一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统的制作方法

本发明涉及光学装调检测领域，具体涉及一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统。

背景技术：

平行光管是装校调整光学仪器的重要工具，常用来模拟无穷远目标发射的平行光束。同时也是光学度量仪器中的重要组成部分，在平行光管的焦面上放置分划板、星点板、鉴别率板等焦平面组件，可检测和标定待测光学系统的各种参数和性能。

在很多情况下，必须保证平行光管出射光束的光谱范围尽量宽广，包含紫外到红外，以满足不同工作谱段的光学仪器测试需求。

透射式平行光管是最为常见的一种平行光管，设计加工都比较成熟，适用于大批量生产；但由于采用透射玻璃元件，不可避免的存在色差问题，尤其是在大视场、长焦距、宽谱段应用中，系统的二级光谱难以矫正。

反射式平行光管覆盖的范围宽广，但可用的视场较小。且通常反射式平行光管采用共轴光学系统，存在中心遮拦，同时其反射面均为非球面，其加工、装配较为困难，成本较高；而离轴反射式平行光管虽不存在中心遮拦，但反射面均为离轴非球面，其加工、装配更为困难，造价十分昂贵，且成像视场较小，不利于测试。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统，以解决离轴反射式平行光管加工、装配困难，造价昂贵，且成像视场较小的问题。本发明平行光管光学系统具有成像视场大、焦距长、工作谱段宽、成像质量高等特点。

本发明的技术解决方案是提供一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统，其特殊之处在于：沿光束传播方向依次包括靶标板、折轴镜、三镜、次镜与主镜；还包括设置在主镜反射光路中的光阑；所述三镜、次镜与主镜同轴；

光束经过靶标板入射至折轴镜，经折轴镜反射后以离轴的方式入射至三镜，依次经过三镜、次镜、主镜的反射后达到光阑，以平行光出射；

所述主镜和三镜均为凹二次曲面镜，所述次镜为球面反射镜；

所述主镜的曲率半径r1满足-2f’<r1<-f’，所述次镜的曲率半径r2满足-f’<r2<-0.5f’，所述三镜的曲率半径r3满足-f’<r3<-0.5f’，其中f’为光学系统的焦距。

进一步地，所述主镜与次镜的间距l1满足l1≤0.5f’，所述主镜的conic系数c1满足为-1<c1<-2；

所述次镜与三镜的间距l2满足l2≤0.5f’；

所述三镜与折轴镜的间距l3满足l3≤0.5f’，所述三镜的conic系数c3满足为-0.5<c3<0。

进一步地，所述折轴镜为光学平板，材料为融石英，厚度≤30mm。

进一步地，所述主镜与次镜、次镜与三镜及三镜与折轴镜之间的间距相等。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用离轴三反式设计，实现了焦距1500mm、入瞳直径200mm、方视场1°×1°的系统参数，全视场出射波前rms值优于λ/78@632.8nm；

2、本发明中次镜面型为球面，避免了凸非球面的检测难题，且非常有利于系统装调；主镜三镜均采用凹二次曲面，在检测方面较为便利；

3、本发明采用偏视场偏孔径的方式实现反射镜之间无遮拦设计，且三个反射镜之间为同轴关系，且三个镜子之间的轴向光学间隔一致，非常有利于装调。

附图说明

图1为实施例光学系统的总体结构示意图；

图2为实施例光学系统的光路结构示意图；

图3为实施例光学系统的mtf曲线；

图4为实施例光学系统弥散斑图；

图5为实施例光学系统波前rms值。

图中附图标记为：1-主镜，2-次镜，3-三镜，4-折轴镜，5-靶标板。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

如图1所示，为本实施例光学系统的总体结构示意图，在光学路径上放置主镜1、次镜2，三镜3，折轴镜4及靶标板5。系统光阑位于主镜1前方，且系统中不存在中间像面。光线在传播方向上依次经过靶标板5、折轴镜4、三镜3、次镜2和主镜1，之后通过光阑以平行光出射。主镜1、次镜2，三镜3同轴设置，且光束以离轴的方式依次进入三镜3，次镜2及主镜1，采用偏视场偏孔径的方式实现反射镜之间无遮拦设计。该光学系统中，主镜1和三镜3均为二次曲面镜，次镜为球面反射镜，折轴镜为光学平板。

定义该光学系统焦距为f’，主镜的曲率半径r1满足-2f’<r1<-f’，主镜与次镜的间距l1满足l1≤0.5f’，主镜的conic系数c1满足为-1<c1<-2；次镜的曲率半径r2满足-f’<r2<-0.5f’，次镜与三镜的间距l2满足l2≤0.5f’；三镜的曲率半径r3满足-f’<r3<-0.5f’，三镜与折轴镜的间距l3满足l3≤0.5f’，三镜的conic系数c3满足为-0.5<c3<0；折轴镜的材料为融石英，厚度≤30mm。

本实施例所提供的光学系统的系统焦距为1500mm，成像视场为圆视场2°×2°，工作波段为400-900nm，系统入瞳直径为200mm，全视场无渐晕。如图3、图4和图5所示，在400-900nm波段范围内全视场范围内mtf均接近衍射极限，全视场范围内波前rms误差值优于λ/78@632.8nm。

技术特征：

1.一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统，其特征在于：沿光束传播方向依次包括靶标板(5)、折轴镜(4)、三镜(3)、次镜(2)与主镜(1)；还包括设置在主镜(1)反射光路中的光阑；所述三镜(3)、次镜(2)与主镜(1)同轴；

光束经过靶标板(5)入射至折轴镜(4)，经折轴镜(4)反射后以离轴的方式入射至三镜(3)，依次经过三镜(3)、次镜(2)、主镜(1)的反射后达到光阑，以平行光出射；

所述主镜(1)和三镜(3)均为凹二次曲面镜，所述次镜(2)为球面镜；

所述主镜(1)的曲率半径r1满足-2f’<r1<-f’，所述次镜(2)的曲率半径r2满足-f’<r2<-0.5f’，所述三镜(3)的曲率半径r3满足-f’<r3<-0.5f’，其中f’为光学系统的焦距。

2.根据权利要求1所述的一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统，其特征在于：所述主镜(1)与次镜(2)的间距l1满足l1≤0.5f’，所述主镜(1)的conic系数c1满足为-1<c1<-2；

所述次镜(2)与三镜(3)的间距l2满足l2≤0.5f’；

所述三镜(3)与折轴镜(4)的间距l3满足l3≤0.5f’，所述三镜(3)的conic系数c3满足为-0.5<c3<0。

3.根据权利要求2所述的一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统，其特征在于：所述折轴镜(4)为光学平板，材料为融石英，厚度≤30mm。

4.根据权利要求3所述的一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统，其特征在于：所述主镜(1)与次镜(2)、次镜(2)与三镜(3)及三镜(3)与折轴镜(4)之间的间距相等。

技术总结
本发明涉及光学装调检测领域，具体涉及一种大视场长焦距离轴三反式平行光管光学系统。解决离轴反射式平行光管加工、装配困难，造价昂贵，且成像视场较小的问题。沿光束传播方向依次包括靶标板、折轴镜、三镜、次镜与主镜；光束经过靶标板入射至折轴镜，经折轴镜反射后以离轴的方式入射至三镜，依次经过三镜、次镜、主镜的反射后达到光阑，以平行光出射；主镜和三镜均为凹二次曲面镜，次镜为球面反射镜。本发明采用离轴三反式设计，实现了焦距1500mm、入瞳直径200mm、方视场1°×1°的系统参数，全视场出射波前RMS值优于λ/78@632.8nm。

技术研发人员：沈阳;王虎;薛要克;解永杰;刘阳;林上民;刘杰;刘美莹
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2020.05.29
技术公布日：2020.08.28