CN118259438A - 一种同轴反射式光学望远*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种同轴反射式光学望远***，属于应用光学技术，包括沿光路方向设置的主镜、次镜、三镜、中心反射镜和成像组件；其中，所述主镜和所述三镜共轴一体设置，所述主镜、所述次镜和所述三镜同轴设置；所述中心反射镜具有中心孔洞，位置位于次镜和三镜中间，所述中心孔洞的位置满足从所述次镜反射的光线穿过所述中心孔洞入射至所述三镜，并经由所述三镜反射后入射至所述中心反射镜，经由所述中心反射镜反射后的光线入射至所述成像组件。本申请实施例的光学望远***采用同轴三反光学结构，具有响应波段宽、高分辨率、结构紧凑的优点。

Description

一种同轴反射式光学望远***

技术领域

本申请涉及应用光学技术领域，尤其涉及一种同轴反射式光学望远***。

背景技术

机载光电探测领域对光学***的需求日益提升，宽波段、高分辨是其中两个突出的需求。宽波段响应要求光学***在机载环境有限包络内，覆盖可见光、激光、中波红外以及长波红外波段的探测、识别；高分辨要求光学***有足够长的焦距来满足空间分辨率的要求，同时要求光学***提高口径来满足探测距离的要求。

机载望远共孔径光学***对***布局、响应波段、性能指标有关键影响，常见的光学望远***可以分为反射式、折反式、透射式，其中折反式和透射式在色差校正上存在很大难度，需要很多片透镜来校正可见光、中长波红外的色差，不符合机载平台的紧凑包络要求。

发明内容

为满足机载光学***宽波段、高分辨率、长焦距、空间紧凑等要求，本申请实施例提供一种同轴反射式光学望远***，采用同轴三反光学结构，具有响应波段宽、高分辨率、结构紧凑的优点。

本申请实施例提供一种同轴反射式光学望远***，包括沿光路方向设置的主镜、次镜、三镜、中心反射镜和成像组件；其中，

所述主镜和所述三镜共轴一体设置，所述主镜、所述次镜和所述三镜同轴设置；

所述中心反射镜具有中心孔洞，位置位于次镜和三镜中间，所述中心孔洞的位置满足从所述次镜反射的光线穿过所述中心孔洞入射至所述三镜，并经由所述三镜反射后入射至所述中心反射镜，经由所述中心反射镜反射后的光线入射至所述成像组件。

可选的，所述主镜和所述三镜的形状为凹面朝向所述次镜的抛物面；

所述主镜、所述三镜的抛物面顶点距离d1满足：|d₁|≤3mm。

可选的，所述主镜、所述三镜为一体化镜片，材料包括铝合金或硅单晶；

所述次镜为凸面朝向所述主镜的高次非球面镜，材料铝合金或硅单晶材料。

可选的，所述主镜的曲率半径R₁满足：-310mm≤R₁≤-290mm；

所述次镜曲率半径R₂满足：-100mm≤R₂≤-80mm；

所述三镜曲率半径R₃满足：-120mm≤R₃≤-100mm；

所述主镜与所述次镜的间距L₁满足：-130mm≤L₁≤-120mm；

所述主镜与所述次镜的组合焦距f₁满足：320mm≤f₁≤380mm；

所述主镜的口径D₁满足：210mm≤D₁≤230mm；

所述次镜的口径D₂满足：40mm≤D₂≤50mm；

所述三镜的口径D₃满足：45mm≤D₃≤50mm。

可选的，所述中心反射镜靠近所述主镜的表面镀有反射膜；

所述中心孔洞为靠近所述主镜的一侧表面的椭圆柱面开口和另一侧表面的喇叭形柱面开口；其中，

椭圆柱面开口相应椭圆的长轴a₁和短轴b₁满足：10mm≤a₁≤15mm，7mm≤b₁≤11mm，柱面高度c₁满足：0mm≤c₁≤0.5mm；

喇叭形柱面开口的小口径与椭圆柱面开口一致，大口径为椭圆形，其长轴a₂和短轴b₂满足：33mm≤a₂≤36mm，28mm≤b₂≤33mm,柱面高度c₂满足：3mm≤c₂≤5mm。

可选的，所述中心反射镜(4)距离所述次镜(2)的距离L₂满足：55mm≤L₂≤65mm；

所述中心反射镜距离所述三镜的距离L₃满足：55mm≤L₃≤65mm。

可选的，所述同轴反射式光学望远***的出瞳位于所述中心反射镜的出光方向，其与所述中心反射镜的距离P₁满足：30mm≤P₁≤50mm；

所述同轴反射式光学望远***的工作波段为0.4μm～14μm，放大倍率β满足：6≤β≤7，全视场角ω满足：0°≤ω≤2°；

所述同轴反射式光学望远***的F#范围为1.4～6。

本申请实施例的光学望远***采用同轴三反光学结构，具有响应波段宽、高分辨率、结构紧凑的优点，能够满足机载光学***宽波段、高分辨率、长焦距、空间紧凑等要求。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请实施例的光学望远***的光路组成示意。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

反射式光学望远***不引入色差，可以分为同轴反射式和离轴反射式，离轴反射式***结构尺寸大、装调难度高，因此同轴反射式望远***在机载宽波段、高分辨光学***中，具有使用前景。

为了满足机载光学***宽波段、高分辨率、长焦距、空间紧凑等要求，本申请实施例提供一种同轴反射式光学望远***，如图1所示，包括沿光路方向设置的主镜1、次镜2、三镜3、中心反射镜4和成像组件6；其中，

所述主镜1和所述三镜3共轴一体设置，所述主镜1、所述次镜2和所述三镜3同轴设置；

所述中心反射镜4具有中心孔洞，位置位于次镜和三镜中间，所述中心孔洞的位置满足从所述次镜2反射的光线穿过所述中心孔洞入射至所述三镜3，并经由所述三镜3反射后入射至所述中心反射镜4，经由所述中心反射镜4反射后的光线入射至所述成像组件6。

在一些具体示例中，成像组件6可以包括可见光、近红外、中波红外、长波红外成像传感器，其形式可以是共光路、共焦面成像，也可以是分光路、不共焦面成像。

本申请实施例的光学望远***采用同轴三反光学结构，具有响应波段宽、高分辨率、结构紧凑的优点，能够满足机载光学***宽波段、高分辨率、长焦距、空间紧凑等要求。

在一些实施例中，所述主镜1和所述三镜3的形状为凹面朝向所述次镜2的抛物面；

所述主镜1、所述三镜3的抛物面顶点距离d₁满足：|d₁|≤3mm。一些具体示例中，例如主镜、三镜的抛物面顶点距离d₁＝1.5mm。

本申请实施例中控制次镜、三镜的抛物面顶点距离，能够调整主镜内圆和三镜外圆的矢高差为正数，便于加工。

在一些实施例中，所述主镜、所述三镜3为一体化镜片，材料包括铝合金或硅单晶；所述次镜2为凸面朝向所述主镜1的高次非球面镜，材料铝合金或硅单晶材料。一些具体应用中，主镜、三镜是一体化的镜片，材料为硅材料，次镜为凸面朝向主镜的高次非球面镜，材料为硅材料。

本申请实施例中主镜、三镜一体化镜片和次镜镜片材料均为硅单晶材料，兼顾可加工性和面型精度。主镜和三镜的面型为抛物面，用来校正望远***的球差，次镜的面型为高次非球面，主要用来校正望远***的彗差和像散。

在一些实施例中，所述中心反射镜4靠近所述主镜1的表面镀有反射膜；

所述中心孔洞为靠近所述主镜1的一侧表面的椭圆柱面开口和另一侧表面的喇叭形柱面开口；其中，

椭圆柱面开口相应椭圆的长轴a₁和短轴b₁满足：10mm≤a₁≤15mm，7mm≤b₁≤11mm，柱面高度c₁满足：0mm≤c₁≤0.5mm；

喇叭形柱面开口的小口径与椭圆形开口一致，大口径为椭圆形，其长轴a₂和短轴b₂满足：33mm≤a₂≤36mm，28mm≤b₂≤33mm,柱面高度c₂满足：3mm≤c₂≤5mm。

一些应用示例中，中心反射镜靠近主镜的表面镀反射膜，表面具有椭圆形开口，椭圆的长轴a₁＝14mm，短轴b₁＝10mm，高度c₁＝0.5mm,中心反射面背部具有喇叭状开口，喇叭开口小口径与前表面椭圆形开口一致，大口径为椭圆形，其长轴a₂＝35mm，短轴b₂＝30mm,高度c₂＝5mm。具体而言，中心反射镜的开孔大小和开孔形状，在保证不挡光和反射镜面型精度的前提下，基于光线的走向设置，且尽量减小开孔大小，提高望远***的工作效率。

在一些实施例中，所述主镜1的曲率半径R₁满足：-310mm≤R₁≤-290mm；

所述次镜2曲率半径R₂满足：-100mm≤R₂≤-80mm；

所述三镜3曲率半径R₃满足：-120mm≤R₃≤-100mm；

所述主镜1与所述次镜2的间距L₁满足：-130mm≤L₁≤-120mm；

所述主镜1与所述次镜2的组合焦距f₁满足：320mm≤f₁≤380mm；

所述主镜1的口径D₁满足：210mm≤D₁≤230mm；

所述次镜2的口径D₂满足：40mm≤D₂≤50mm；

所述三镜3的口径D₃满足：45mm≤D₃≤50mm。

在本申请的一些应用示例中，主镜的曲率半径R₁＝-295mm，次镜曲率半径R₂＝-83.6mm，三镜曲率半径R₃＝-116.3mm，次镜的非球面系数A＝4.1099e-6，B＝-2.4653e-9，C＝3.3757e-14，非球面的面型方程为：

主镜与次镜的间距L₁＝-122mm，主、次镜的组合焦距f₁＝378mm；中心反射镜距离次镜的距离L₂＝61.5mm，中心反射镜距离三镜的距离L₃＝62mm。

在一些实施例中，所述中心反射镜4距离所述次镜2的距离L₂满足：55mm≤L₂≤65mm；所述中心反射镜距离所述三镜3的距离L₃满足：55mm≤L₃≤65mm。

本的一些应用示例中，主镜的口径D₁＝220mm，次镜的口径D₂＝50mm，三镜的口径D₃＝48mm。三镜的口径不大于次镜，有利于减小光学***的杂散光影响。

在一些实施例中，所述同轴反射式光学望远***的出瞳位于所述中心反射镜的出光方向，其与所述中心反射镜的距离P₁满足：30mm≤P₁≤50mm；

所述同轴反射式光学望远***的工作波段为0.4μm～14μm，放大倍率β满足：6≤β≤7，全视场角ω满足：0°≤ω≤2°。例如一些具体示例中，光学望远***的工作波段为0.4μm～1.1μm，3.7μm～5μm，7,7μm～11.5μm，放大倍率β＝6.5，全视场角ω＝1.5°。具体而言，光学望远***在每个波段都不存在色差，大大降低了成像组件的设计难度。

所述同轴反射式光学望远***的F#范围为1.4～6。

一些示例中，光学望远***的出瞳位于中心反射镜的出光方向，其与中心反射镜的距离P₁＝35mm。通过控制望远***的出瞳位置，可以有效控制中心反射镜的尺寸及其开孔大小，进而减小***的遮挡，提高***的探测识别能力。

在一些实施例中，可见光、激光波段的F数为4，中波波段F数为5，长波波段F数为3。光学望远***的F数由成像组件的相对孔径决定。

本申请实施例的光学望远***采用同轴三反配合带孔中心反射镜，实现了宽波段、高分辨、共孔径望远功能，具备空间紧凑、放大倍率大、工作波段宽、易装调的优点，满足机载光电探测***的使用需求。

需要说明的是，在本申各实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (7)

1.一种同轴反射式光学望远***，其特征在于，包括沿光路方向设置的主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)、中心反射镜(4)和成像组件(6)；其中，

所述主镜(1)和所述三镜(3)共轴一体设置，所述主镜(1)、所述次镜(2)和所述三镜(3)同轴设置；

所述中心反射镜(4)具有中心孔洞，位置位于次镜和三镜中间，所述中心孔洞的位置满足从所述次镜(2)反射的光线穿过所述中心孔洞入射至所述三镜(3)，并经由所述三镜(3)反射后入射至所述中心反射镜(4)，经由所述中心反射镜(4)反射后的光线入射至所述成像组件(6)。

2.如权利要求1所述的同轴反射式光学望远***，其特征在于，所述主镜(1)和所述三镜(3)的形状为凹面朝向所述次镜(2)的抛物面；

所述主镜(1)、所述三镜(3)的抛物面顶点距离d1满足：|d₁|≤3mm。

3.如权利要求2所述的同轴反射式光学望远***，其特征在于，所述主镜、所述三镜(3)为一体化镜片，材料包括铝合金或硅单晶；

所述次镜(2)为凸面朝向所述主镜(1)的高次非球面镜，材料铝合金或硅单晶材料。

4.如权利要求3所述的同轴反射式光学望远***，其特征在于，

所述主镜(1)的曲率半径R₁满足：-310mm≤R₁≤-290mm；

所述次镜(2)曲率半径R₂满足：-100mm≤R₂≤-80mm；

所述三镜(3)曲率半径R₃满足：-120mm≤R₃≤-100mm；

所述主镜(1)与所述次镜(2)的间距L₁满足：-130mm≤L₁≤-120mm；

所述主镜(1)与所述次镜(2)的组合焦距f₁满足：320mm≤f₁≤380mm；

所述主镜(1)的口径D₁满足：210mm≤D₁≤230mm；

所述次镜(2)的口径D₂满足：40mm≤D₂≤50mm；

所述三镜(3)的口径D₃满足：45mm≤D₃≤50mm。

5.如权利要求1所述的同轴反射式光学望远***，其特征在于，所述中心反射镜(4)靠近所述主镜(1)的表面镀有反射膜；

所述中心孔洞为靠近所述主镜(1)的一侧表面的椭圆柱面开口和另一侧表面的喇叭形柱面开口；其中，

椭圆柱面开口相应椭圆的长轴a₁和短轴b₁满足：10mm≤a₁≤15mm，7mm≤b₁≤11mm，柱面高度c₁满足：0mm≤c₁≤0.5mm；

喇叭形柱面开口的小口径与椭圆形开口一致，大口径为椭圆形，其长轴a₂和短轴b₂满足：33mm≤a₂≤36mm，28mm≤b₂≤33mm，柱面高度c₂满足：3mm≤c₂≤5mm。

6.如权利要求4所述的同轴反射式光学望远***，其特征在于，

所述中心反射镜(4)距离所述次镜(2)的距离L₂满足：55mm≤L₂≤65mm；

所述中心反射镜距离所述三镜(3)的距离L₃满足：55mm≤L₃≤65mm。

7.如权利要求1所述的同轴反射式光学望远***，其特征在于，

所述同轴反射式光学望远***的出瞳位于所述中心反射镜的出光方向，其与所述中心反射镜的距离P₁满足：30mm≤P₁≤50mm；

所述同轴反射式光学望远***的工作波段为0.4μm～14μm，放大倍率β满足：6≤β≤7，全视场角ω满足：0°≤ω≤2°；

所述同轴反射式光学望远***的F#范围为1.4～6。