一種大口徑折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大口徑折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法，利用替換主鏡系統(tǒng)，后面顯微變倍成像鏡組不變，達(dá)到折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展，通過替換更大口徑的主鏡增大系統(tǒng)的入瞳口徑，替換后系統(tǒng)保持F數(shù)不變，探測器尺寸不變，探測能力增大，系統(tǒng)焦距得到擴(kuò)展。
【專利說明】一種大口徑折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于應(yīng)用光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及長焦距、大口徑、折反變焦光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從1608年荷蘭人漢斯.利伯希發(fā)明第一部望遠(yuǎn)鏡，400年來望遠(yuǎn)鏡從小口徑往大口徑發(fā)展一直是不變的趨勢。在眾多望遠(yuǎn)鏡中，大口徑折反變焦系統(tǒng)組成的望遠(yuǎn)鏡是其中一種。在設(shè)計(jì)制造不同口徑折反變焦系統(tǒng)時(shí)，不同口徑的折反變焦系統(tǒng)需要單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。為了提高制造折反變焦系統(tǒng)的效率，不同口徑折反變焦系統(tǒng)共用部分光學(xué)組件成為必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有的一種口徑(即一種焦距段)折反變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工一套光機(jī)組件，相互間沒有共用組件的不足，提供一種大口徑折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:折反變焦系統(tǒng)可以看成兩鏡系統(tǒng)(即主鏡系統(tǒng))和顯微變倍成像系統(tǒng)組成。對(duì)不同口徑系列的折反變焦系統(tǒng)，共用后面的顯微變倍成像系統(tǒng)，只替換主鏡系統(tǒng)(卡塞格林系統(tǒng)、R-C系統(tǒng)、牛頓式折反系統(tǒng)等焦距為正的鏡組)即可實(shí)現(xiàn)折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展。具體按下面的方法或者鏡組進(jìn)行系統(tǒng)焦距擴(kuò)展，達(dá)到增大系統(tǒng)的入瞳口徑，保持系統(tǒng)F數(shù)不變，探測器尺寸不變，增大系統(tǒng)探測能力:
[0005]①、不同入瞳口徑折反變焦系統(tǒng)(如具體實(shí)施例中400mm 口徑和600mm 口徑系統(tǒng))具有相同的F數(shù)；
[0006]②、不同入瞳口徑折反變焦系統(tǒng)(如具體實(shí)施例中400mm 口徑和600mm 口徑系統(tǒng))具有相同的最大成像面尺寸；
[0007]③、不同入瞳口徑折反變焦系統(tǒng)(如具體實(shí)施例中400mm 口徑和600mm 口徑系統(tǒng))間主鏡系統(tǒng)可相互替換，替換后能滿足①和②；
[0008]④、滿足①、②和③的不同入瞳口徑折反變焦系統(tǒng)(如具體實(shí)施例中400mm 口徑和600mm 口徑系統(tǒng))具有相同的成像質(zhì)量。
[0009]其中，主鏡系統(tǒng)可以是典型消球差兩鏡系統(tǒng)(如具體實(shí)施例中400mm 口徑和600mm口徑系統(tǒng)，它們的主鏡系統(tǒng)即為消球差兩鏡系統(tǒng))等，也可以是牛頓式折反系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的原理在于:
[0011]折反變焦系統(tǒng)可以看成兩鏡系統(tǒng)，即主鏡系統(tǒng)和顯微變倍成像系統(tǒng)組成。對(duì)不同口徑系列的折反變焦系統(tǒng)，共用后面的顯微變倍成像系統(tǒng)，只替換主鏡系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展。所述的主鏡系統(tǒng)可以是典型消球差兩鏡系統(tǒng)，也可以是牛頓式系統(tǒng)。本發(fā)明利用不同口徑的主鏡系統(tǒng)和相同的顯微變倍成像系統(tǒng)組成一系列的不同口徑折反變焦系統(tǒng)，每種口徑的折反變焦系統(tǒng)焦距范圍不同，但F數(shù)相同，探測器尺寸相同，這樣就達(dá)到了系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的目的。。本發(fā)明通過替換主鏡系統(tǒng)，共用變焦成像鏡組降低了折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展成本。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)本發(fā)明顛覆了傳統(tǒng)的折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展時(shí)，一種口徑折反變焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)和加工一套光機(jī)組件，各口徑折反變焦系統(tǒng)間沒有公用組件，提供一種有共用組件的折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法。
[0014](2)采用各口徑折反變焦系統(tǒng)共用組件的辦法，可以提高折反變焦系統(tǒng)的成品效率。
[0015](3)采用各口徑折反變焦系統(tǒng)共用組件的辦法，可以降低折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的成本。
[0016](4)本發(fā)明同樣適用于牛頓式折反變焦系統(tǒng)，具有普適性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為400_ 口徑折反變焦系統(tǒng),包括主鏡系統(tǒng)+顯微變倍成像系統(tǒng)；圖中，I為主鏡，2為次鏡,3為保護(hù)玻璃,4為反射鏡,5為一次像面,6為調(diào)焦鏡組,7為反射鏡,8為調(diào)光器件，9為變焦成像鏡組，10為成像靶面。
[0018]圖2為400mm 口徑兩鏡系統(tǒng)，即圖1中系統(tǒng)的前半部分,也可稱為主鏡系統(tǒng),焦距擴(kuò)展時(shí)可替換部分。
[0019]圖3為400mm 口徑折反變焦系統(tǒng)中顯微變倍成像系統(tǒng)(即圖1中系統(tǒng)的后半部分)；即400mm 口徑與600mm 口徑共用組件(變焦成像鏡組)。
[0020]圖4(a)為400毫米口徑系統(tǒng)短焦位置時(shí)的MTF(調(diào)制傳函)曲線；
[0021]圖4(b)為400毫米口徑系統(tǒng)長焦位置時(shí)的MTF(調(diào)制傳函)曲線；
[0022]圖5為600mm 口徑折反變焦系統(tǒng)；
[0023]圖6 (a)為600毫米口徑折反變焦系統(tǒng)短焦位置時(shí)的MTF (調(diào)制傳函)曲線；
[0024]圖6(b)為600毫米口徑折反變焦系統(tǒng)時(shí)的MTF(調(diào)制傳函)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0026]如圖1，圖2，圖3所示，折反變焦系統(tǒng)可以看成兩鏡系統(tǒng)(即主鏡系統(tǒng))和顯微變倍成像系統(tǒng)組成。
[0027]如圖1所示，400_ 口徑折反變焦系統(tǒng):光束通過主鏡1、次鏡2、保護(hù)玻璃3、反射鏡4后形成一次像面，一次像面后依次為調(diào)焦鏡組5、反射鏡6、調(diào)光器件7，最后光束通過顯微變倍成像鏡組8成像在成像靶面9上。
[0028]在進(jìn)行折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展時(shí)，只需替換圖2所示的折反變焦系統(tǒng)前半部分，圖3所示的折反變焦系統(tǒng)后半部分為公用組件。如口徑400mm(焦距:1000mm?2000mm)，600mm(焦距:1500mm?3000mm)…等折反變焦系統(tǒng)，只需將圖2所示的折反變焦系統(tǒng)前半部分分別設(shè)計(jì)和加工為相應(yīng)口徑的兩鏡系統(tǒng)，再和圖3所示的共用組件結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)口徑400mm(焦距:1000mm?2000mm), 600mm(焦距:1500mm?3000mm)…等不同焦距段的折反變焦系統(tǒng)，并且各焦距段折反變焦系統(tǒng)的F數(shù)相同，探測器尺寸相同。
[0029]下面以400mm 口徑和600毫米口徑折反變焦系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。
[0030]鏡頭設(shè)計(jì)指標(biāo):
[0031]400 口徑系統(tǒng)
[0032]?工作波段:可見光
[0033]?焦距范圍:1000mm ?2000mm
[0034].f/#:2.5 ?5
[0035]?瞳面尺寸:入瞳固定為400mm
[0036]?象面尺寸:對(duì)角線8_
[0037]?光學(xué)傳遞函數(shù):MTF 彡 0.4i601p/mm
[0038]系統(tǒng)圖如圖1所示,系統(tǒng)由兩鏡系統(tǒng)和顯微變倍成像系統(tǒng)組成,成像質(zhì)量如圖4所
/Jn ο
[0039]600 口徑系統(tǒng)
[0040]?工作波段:可見光
[0041]?焦距范圍:1500mm ?3000mm
[0042].f/#:2.5 ?5
[0043]?瞳面尺寸:入瞳固定為600mm
[0044]?象面尺寸:對(duì)角線8_
[0045]?光學(xué)傳遞函數(shù):MTF 彡 0.4i601p/mm
[0046]系統(tǒng)圖如圖5所示，系統(tǒng)由兩鏡系統(tǒng)和顯微變倍成像系統(tǒng)組成，成像質(zhì)量如圖6所
/Jn ο
[0047]400mm 口徑和600毫米口徑折反變焦系統(tǒng)的共用組件為圖3所示的變焦成像鏡組。
[0048]對(duì)于倍率為m的顯微變倍系統(tǒng)和焦距為fw的兩鏡系統(tǒng)組合而成的折反變焦系統(tǒng)，它的焦距f由下式?jīng)Q定:
[0049]f = HiXfli，故用相同倍率m的顯微變倍成像系統(tǒng)和不同焦距的兩鏡系統(tǒng)組合，即可組合不同焦距范圍的折反變焦系統(tǒng)，達(dá)到焦距擴(kuò)展的目的。
[0050]當(dāng)然在具體實(shí)施時(shí)，兩鏡系統(tǒng)和顯微變倍成像系統(tǒng)可以組合消象差。兩鏡系統(tǒng)不一定是嚴(yán)格意義的無象差的系統(tǒng)，可以具有一定的象差，它的出瞳和顯微變倍成像系統(tǒng)的入瞳正好匹配。兩鏡系統(tǒng)的象差和顯微變倍系統(tǒng)的象差符號(hào)相反，正好互補(bǔ)，從而組合系統(tǒng)的象差幾乎為零。
[0051]本發(fā)明未詳細(xì)公開的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0052]盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種大口徑折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法，利用替換主鏡系統(tǒng)，后面顯微變倍成像鏡組不變，達(dá)到折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展，其特征在于:采用如下方式進(jìn)行系統(tǒng)焦距擴(kuò)展，達(dá)到增大系統(tǒng)的入瞳口徑，保持系統(tǒng)F數(shù)不變，探測器尺寸不變，增大系統(tǒng)探測能力: ①、不同入瞳口徑具有相同F(xiàn)數(shù)的折反變焦系統(tǒng)之間通過替換主鏡系統(tǒng)擴(kuò)展焦距； ②、不同入瞳口徑具有相同最大成像面尺寸的折反變焦系統(tǒng)之間通過替換主鏡系統(tǒng)擴(kuò)展焦距； ③、不同入瞳口徑折反變焦系統(tǒng)間通過替換主鏡系統(tǒng)(兩鏡系統(tǒng))擴(kuò)展焦距，替換后能滿足F數(shù)相同，最大成像面的尺寸相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法，其特征在于:只替換主鏡系統(tǒng)(即兩鏡系統(tǒng))后面顯微變倍成像鏡組不變，就能變換系統(tǒng)入瞳口徑而系統(tǒng)F數(shù)不變，達(dá)到折反變焦系統(tǒng)探測能力提高及系統(tǒng)焦距擴(kuò)展。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反變焦系統(tǒng)焦距擴(kuò)展的方法，其特征在于:主鏡系統(tǒng)是典型消球差兩鏡系統(tǒng)，或是牛頓式折反系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G02B23/02GK104297916SQ201410610318
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月2日
【發(fā)明者】劉銀輝, 馬文禮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所