[发明专利]一种大相对孔径离轴六反非轴向变焦成像光学系统

说明书

本发明公开的一种大相对孔径离轴六反射式非轴向变焦成像光学系统，属于光学变焦成像领域。本发明采用二次成像的结构，分为非轴向同步变焦初成像子系统和后置中继成像子系统。非轴向同步变焦初成像子系统在离轴四反射式轴向变焦基础上，加入垂轴方向变焦调节，增加变焦成像光学系统优化自由度；通过非轴向移动矢量实现轴向移动与垂轴移动的同步调节，实现变焦成像光学系统非轴向同步变焦。后置中继成像子系统通过两个固定的反射镜实现一次中间像面的翻转、传输与变倍成像。通过在一次中间像面位置添加视场光阑，能够有效消除进入后置中继成像子系统和探测器像面的杂散光。本发明还具有如下优点：不需要使用自由曲面反射镜，降低加工和检测成本。

技术领域

本发明属于光学变焦成像领域，尤其涉及一种大相对孔径、大变倍比的离轴反射变焦成像光学系统。

背景技术

在机载对地观测领域，宽谱段、大变倍比、高分辨率的变焦距光学系统设计具有重要意义。离轴全反射式变焦光学系统具有无色差宽成像谱段、兼顾大视场搜索和小视场瞄准、无遮拦成像的特点，符合新一代高性能、轻小型机载对地观测载荷的应用需求。

离轴全反射式变焦距光学系统按原理分为主动变焦型和机械变焦型。离轴全反射式主动变焦成像系统通过控制主动光学元件(变形镜、空间光调制器、液体透镜等)的曲率等变化来实现系统光焦度的变化。离轴全反射式主动变焦成像系统响应速度快，体积相对较小，但是仍存在主动光学元件调控难度高、离轴面型拟合难度高、数据传输速度较慢、成本高的限制。离轴全反射式机械变焦成像系统通过控制系统内部反射镜的轴向移动来实现整体光焦度的变化，与离轴全反射式主动变焦成像系统相比，响应速度较慢，体积较大，但是机械控制相对简单，成本较低。传统离轴全反射式机械变焦成像系统一般采用三反射镜和四反射镜的结构，可实现大变倍比变焦成像，但是系统具有固定大小的入瞳直径，相对孔径较小，尤其是在长焦状态下，系统相对孔径极小，难以满足高分辨率成像的要求。此外，为了实现大变倍比范围内的高分辨成像，自由曲面面型反射镜被用来校正系统的高阶非对称像差，但是自由曲面反射镜的加工难度以及检测难度大，大大增加了此类系统的研制难度与成本。

发明内容

为了克服传统离轴全反射式机械变焦成像系统相对孔径小以及面型复杂的缺点，本发明主要目的是提供一种大相对孔径离轴六反射式非轴向变焦成像光学系统，采用二次成像的结构，即将六个反射根据成像结构及功能，分为非轴向同步变焦初成像子系统和后置中继成像子系统。非轴向同步变焦初成像子系统在离轴四反射式轴向变焦基础上，加入垂轴方向变焦调节，增加变焦成像光学系统优化自由度；此外，通过非轴向移动矢量实现轴向移动与垂轴移动的同步调节，实现变焦成像光学系统非轴向同步变焦，从而保证不同焦距状态下成像质量良好。后置中继成像子系统通过两个固定的反射镜实现一次中间像面的翻转、传输与变倍成像。通过在一次中间像面位置添加视场光阑，能够有效消除进入后置中继成像子系统和探测器像面的杂散光。本发明还具有如下优点：不需要使用自由曲面反射镜，降低加工和检测成本。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种大相对孔径离轴六反非轴向变焦成像光学系统，包括可变光阑，主反射镜，次反射镜，第三反射镜，第四反射镜，第五反射镜，第六反射镜，探测器像面，还包括用于移动次反射镜、第三反射镜、第四反射镜的平移台。

所述可变光阑为孔径光阑，孔径光阑的孔径随焦距变化而变化。通过调节孔径光阑的孔径，保证变焦成像光学系统的相对孔径固定。