[发明专利]大视场离轴主焦点式平行光管光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光机电一体化设备领域，具体涉及一种大视场离轴主焦点式平行光管光学系统（带有偏置于离轴抛物面焦点前的无光焦度校正镜组的平行光管）的设计。

背景技术

平行光管是一种光学度量仪器，主要用于光电检测、光学系统检校等。它能提供一束平行光，模拟无限远的目标。在平行光管物镜的焦面上放置分划板、星点板、玻罗板、鉴别板等焦平面用的光学元件，可检测和标定被测光学系统的各种参数和性能。配置测微目镜或显微镜系统，可以测定透镜及透镜组的焦距、鉴别率、成像质量，还可进行干涉检测等多种光学测量。将平面反光镜放置在直线运动的工件上，通过平行光管上的高斯目镜观察，可检验工件的直线性。

随着科学技术的进步，加工能力的增强，空间光学得到了很大的发展，越来越多的空间相机、太空望远镜被送入宇宙为人类服务，大口径、长焦距是其主流发展方向，各国航天相机、地基天文望镜等大口径光学系统也得到很大的发展。研发与其配套的检测设备就成为当务之急。大口径、长焦距光学系统的检校，离不开相应的大口径、长焦距平行光管。

在很多情况下，必须保证平行光管的口径超过被测光学系统的口径，提供全口径的平行光束，才能有效对被测系统进行检测。虽然子孔径拼接检测技术可以减小对检测系统口径的要求，但是检测数米口径的系统，检测系统的口径必须比较大。检测系统口径越小，就意味着需要拼接的检测结果越多，必然增大拼接误差。

要检测长焦距光学系统，要么检测系统焦距也很长，要么检测方法非常复杂。所以，大口径、长焦距平行光管的研制就成为必需。同时为了检测空间相机在太空环境下的成像质量，在相机送入太空之前，必须在模拟太空环境下对其像质进行检测，往往将相机放置在大型真空环境模拟器内进行测量，这就要求其光学检测设备必须与大型真空环境模拟器联接为一体使用，也就是必须发明一种可适用于抽真空下平行光管光学系统。

目前平行光管的结构形式种类主要有以下：

1、常规的透射平行光管：很难校正色差，同时口径太大（口径为的透射原材料很难提供。采用透射形式从原材料及安装调试难度上就很难达到要求，所以只可采用反射式形式；

2、经典牛顿式平行光管：采用抛物面镜作为主镜，在焦点前用平面镜折转，该类型平行光管结构形式简单，无色差，适用波长宽，最为常用。其缺点是存在中心遮拦、视场范围小，仅轴上视场效果好。

3、两镜系统平行光管：采用主次两块反射镜共轴或离轴的布局，主次镜一般均为非球面。较常用的两镜系统有①经典卡塞格林系统、②格里哥里系统、③R-C系统及马克苏托夫系统、④库特系统、⑤史瓦希尔德系统。此类系统最大优点是：口径可以做得较大，远远超过透射系统的尺寸；反射式光路，无色差，适合波段宽；采用非球面，最多能同时消除四种像差。其缺点是：像质优良的有效视场小；共轴系统存在中心遮拦，非共轴系统中的离轴非球面加工困难，且不易于装调；当不考虑球差的情况下同时消除三种像差或球差等于零的情况下同时消除四种像差时，此类系统为定型结构，即，次镜或主次反射镜的偏心率、遮拦比、次镜的放大率均为定值，不适合优化设计以进一步提升像质。

4、三镜系统平行光管：采用三块反射镜共轴或离轴的布局，系统中的反射镜一般为非球面。此类系统的优点：相较于两镜系统，三镜系统消像差的自由变量由四个增加为七个，从而大大增加了消像差的能力，可以在较大视场内获得很好的像质；结构紧凑，体积大大缩小。其主要缺点：共轴系统存在中心遮拦，非共轴系统中的离轴非球面加工数量较多，提高了加工难度；三块反射镜的光路极不易于装调，在真空环境下，结构变量多，像质不稳定；成本高昂。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提出了一种大视场离轴主焦点式平行光管光学系统（带有偏置于离轴抛物面焦点前的无光焦度校正镜组的平行光管），这是一种新型的平行光管结构及其设计方法，本发明能够克服现有技术的有效视场小、难于装调、在真空环境下结构不稳定或成本高昂，等等不足，利用无光焦度校正镜组在不引入色差的情况下可校正其他像差的特性，校正离轴抛物面轴外视场的其他像差，以扩大单个离轴抛物面结构的有效视场。

完成上述发明任务的技术方案是，一种大视场离轴主焦点式平行光管光学系统（带有偏置于离轴抛物面焦点前的无光焦度校正镜组的平行光管），其特征在于，在所述的离轴抛物面主焦点前安放无光焦度校正镜组，且该无光焦度校正镜组相对于离轴抛物面母抛物面的对称轴有偏心和倾斜，系统焦面垂直于该无光焦度校正镜组光轴，该无光焦度校正镜组由三块材料相同的单透镜组成。