[发明专利]一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统

权利要求书

1.一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统，其特征在于：包括可变光阑、主反射镜、次反射镜、第三反射镜、第四反射镜、探测器，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；

所述主反射镜为固定反射镜，空间位置不变；所述次反射镜、第三反射镜和第四反射镜为变倍组和补偿组元件，通过非轴向移动所述次反射镜、第三反射镜和第四反射镜实现变焦成像；其中，所述非轴向移动基于非轴向移动矢量实现，非轴向移动矢量为轴向移动量与垂轴移动量合成的非轴向移动矢量；通过轴向移动实现非轴向变焦成像光学系统焦距的变化；通过垂轴方向移动增加变焦成像光学系统的自由度，利用次反射镜、第三反射镜和第四反射镜三个反射镜偏心量对像差场的作用主动平衡变焦成像光学系统多重结构之间的波像差，实现不同焦距结构下非轴向变焦成像光学系统高阶像散与彗差的校正；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，无需使用自由曲面；

所述主反射镜、次反射镜与第四反射镜为凹面反射镜，第三反射镜为凸面反射镜，四个反射镜面型均为8阶非球面；主反射镜和次反射镜的反射面相对放置构成反射镜组，并通过反射镜组形成一次中间像；通过非轴向移动次反射镜改变所述反射镜组的光焦度，实现初步变焦，降低大相对孔径与大变倍比带来的各个反射镜的面型优化压力以及后续中继子系统的变倍与补偿压力；次反射镜和第三反射镜的反射面相对放置；第三反射镜和第四反射镜的反射面相对放置，第三反射镜和第四反射镜组成中继子系统，通过非轴向移动第三反射镜和第四反射镜改变该中继子系统的放大倍率；第四反射镜和探测器像面相对放置；可变光阑与主反射镜镜面中心沿Y轴方向偏移光轴放置，次反射镜、第三反射镜和第四反射镜均相对光轴偏心和倾斜放置，各镜的偏心量与倾斜量不相同。

2.如权利要求1所述的一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统，其特征在于：为了保证变焦成像光学系统稳定成像，所述次反射镜、第三反射镜和第四反射镜的放大倍率满足共轭距不变的变焦关系，从而确保探测器像面位置不变。

3.如权利要求1或2所述的一种大相对孔径离轴四反射式非轴向变焦成像光学系统，其特征在于：工作方法为，

通过可变光阑的光入射到所述主反射镜的反射面上，经该主反射镜的反射面反射后形成第一反射光，该第一反射光入射到所述次反射镜的反射面上，经该次反射镜的反射面反射后形成第二反射光，该第二反射光入射到所述第三反射镜的反射面上，经该第三反射镜的反射面反射后形成第三反射光，该第三反射光入射到所述第四反射镜的反射面上，经该第四反射镜的反射面反射后形成第四反射光被所述探测器像面接收到并成像；

次反射镜、第三反射镜和第四反射镜位于指定位置处时系统可对较大视场进行清晰成像，当次反射镜、第三反射镜和第四反射镜各自非轴向移动到相应位置时，系统切换为分辨率更高的长焦状态，对视场范围内物体进行更高物方空间分辨率的清晰成像；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，无需使用自由曲面。