一种大口径二次成像r-c光学系统的制作方法

一种大口径二次成像r-c光学系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种大口径二次成像R?C光学系统，所述R?C光学系统依次设置有双曲面反射镜、孔径光阑、视场光阑、二次转像透镜组和冷光阑，所有镜面同轴设置，双曲面反射镜、孔径光阑、视场光阑组成一次成像系统，对外界景物实现一次成像会聚，会聚面位于视场光阑上，二次转像透镜组和冷光阑组成二次成像系统，对视场光阑会聚光线面进行二次成像，所得光谱成像位于像面上。相对于现有技术，本发明通过增设视场光阑和二次转像透镜组，在两镜R?C系统第一次成像后进行第二次成像，成像系统的出瞳与冷屏重合，使得位于主镜的入瞳和冷光阑互为共轭，较好的抑制杂散辐射，提高信噪比。
【专利说明】
一种大口径二次成像R-C光学系统
技术领域
[0001 ]本发明属于红外成像技术领域，具体涉及一种大口径二次成像R-C光学系统。
【背景技术】
[0002] -般的光学玻璃在红外波段是不透明的，少数玻璃能透过3wii以下的波长。对于使 用在中远红外波段的物镜，则需要用特殊的红外光学材料制造才行。另一方面，为了收集更 多的辐射能量，物镜的口径往往做得很大。目前，透红外波段的材料品种虽然已有一些，但 其性能和成型尺寸还不能完全满足使用上的要求，有时选择合适的材料来消除波段内的色 差有一定的困难。因此，目前的红外光学系统中多采用反射式。
[0003] 红外探测系统对弱目标进行探测时，为了在探测器表面得到足够的辐照度，光学 系统往往要求口径比较大，工作波段比较宽，常采用典型的R-C光学系统。反射式系统可以 不受材料的限制，它可以用普通的光学玻璃或金属制成，只要在其工作表面上镀一层高反 射膜层就可以了，口径也可以做得很大。反射式系统的另一个优点是没有色差。
[0004] R-C系统是校正了球差及慧差的改进的卡塞格林式系统，具有大口径、无色差，反 射波段宽的特点，成为大口径探测系统常用的光学系统型式，R-C系统的结构型式如图1。
[0005] 红外接收器需要制冷才能有更好的结果，带制冷器的红外焦平面阵列，在光敏面 前面一定距离处设有冷屏。如果只使用R-C光学系统，不能满足冷光阑效率100%，会引入较 多的杂散光。

【发明内容】

[0006] 本发明要解决的技术问题是红外接收器需要制冷才能有更好的结果，带制冷器的 红外焦平面阵列，在光敏面前面一定距离处设有冷屏。如果只使用R-C光学系统，不能满足 冷光阑效率100%，会引入较多的杂散光，为解决上述问题，本发明提供一种大口径二次成 像R-C光学系统。
[0007] 本发明的目的是以下述方式实现的：
[0008] -种大口径二次成像R-C光学系统，所述R-C光学系统依次设置有双曲面反射镜、 孔径光阑、视场光阑、二次转像透镜组和冷光阑，所有镜面同轴设置，双曲面反射镜、孔径光 阑、视场光阑组成一次成像系统，对外界景物实现一次成像会聚，会聚面位于视场光阑上， 二次转像透镜组和冷光阑组成二次成像系统，对视场光阑会聚光线面进行二次成像，所得 光谱成像位于像面上。
[0009] 所述二次转像透镜组包括四片透镜，从视场光阑到冷光阑的方向看，依次为第一 弯月透镜、第二弯月透镜、双凹透镜和双凸透镜，其中视场光阑与第一弯月透镜相对应，双 凸透镜与冷光阑相对应。
[0010] 所述双曲面反射镜的曲率半径为-1152mm，孔径光阑的曲率半径为-2400mm，第一 弯月透镜的第一弯月面的曲率半径为-115~-121mm，第一弯月透镜的第二弯月面的曲率半 径为-68~-74mm，第二弯月透镜的第三弯月面的曲率半径为31-37mm，第二弯月透镜的的第 四弯月面的曲率半径为47~53mm，双凹透镜的第五弯月面的曲率半径为-119~-125mm，双 凹透镜的第六弯月面的曲率半径为46~52mm，双凸透镜的第七弯月面的曲率半径为161-167mm，双凸透镜的第八弯月面的曲率半径为-53~-59mm; 双曲面反射镜像侧表面至孔径光阑物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑像侧 表面至视场光阑物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑像侧表面至第一弯月透镜物 侧表面于光轴上的距离为34~40mm，第一弯月透镜像侧表面至第二弯月透镜物侧表面于光 轴上的距离为l_7mm，第二弯月透镜像侧表面至双凹透镜物侧表面于光轴上的距离为1-7mm，双凹透镜像侧表面至双凸透镜物侧表面于光轴上的距离为2-8mm，双凸透镜像侧表面 至冷光阑物侧表面于光轴上的距离为36-42mm; 第一弯月透镜的第一弯月面至第二弯月面于光轴上的距离为12-18mm，第二弯月透镜 的第三弯月面至第四弯月面于光轴上的距离为8_14mm，双凹透镜的第五弯月面至第六弯月 面于光轴上的距离为l_7mm，双凸透镜的第七弯月面至第八弯月面于光轴上的距离为12-1 8mm 〇
[0011]所述双曲面反射镜的曲率半径为-1152mm，孔径光阑的曲率半径为-2400mm，第一 弯月透镜的第一弯月面的曲率半径为-118~-119mm，第一弯月透镜的第二弯月面的曲率半 径为-71~-72mm，第二弯月透镜的第三弯月面的曲率半径为34-35mm，第二弯月透镜的的第 四弯月面的曲率半径为50~51mm，双凹透镜的第五弯月面的曲率半径为-122~-123mm，双 凹透镜的第六弯月面的曲率半径为49~50mm，双凸透镜的第七弯月面的曲率半径为164-165mm，双凸透镜的第八弯月面的曲率半径为-56~-57mm; 双曲面反射镜像侧表面至孔径光阑物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑像侧 表面至视场光阑物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑像侧表面至第一弯月透镜物 侧表面于光轴上的距离为36~38mm，第一弯月透镜像侧表面至第二弯月透镜物侧表面于光 轴上的距离为3-5mm，第二弯月透镜像侧表面至双凹透镜物侧表面于光轴上的距离为3-5mm，双凹透镜像侧表面至双凸透镜物侧表面于光轴上的距离为4-7mm，双凸透镜像侧表面 至冷光阑物侧表面于光轴上的距离为39-41mm; 第一弯月透镜的第一弯月面至第二弯月面于光轴上的距离为14-16mm，第二弯月透镜 的第三弯月面至第四弯月面于光轴上的距离为l〇_12mm，双凹透镜的第五弯月面至第六弯 月面于光轴上的距离为3_5mm，双凸透镜的第七弯月面至第八弯月面于光轴上的距离为14-16mm〇
[0012]所述双曲面反射镜的曲率半径为-1152mm，孔径光阑的曲率半径为-2400mm，第一 弯月透镜的第一弯月面的曲率半径为-118~-118.1mm，第一弯月透镜的第二弯月面的曲率 半径为-71.5~-71.6mm，第二弯月透镜的第三弯月面的曲率半径为34-34.1mm，第二弯月透 镜的的第四弯月面的曲率半径为50.5~50.6mm，双凹透镜的第五弯月面的曲率半径为-122.5~-122.6mm，双凹透镜的第六弯月面的曲率半径为49.9~50.0mm，双凸透镜的第七弯 月面的曲率半径为164.7-164.8mm，双凸透镜的第八弯月面的曲率半径为-56.7~-56.8mm; 双曲面反射镜像侧表面至孔径光阑物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑像侧 表面至视场光阑物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑像侧表面至第一弯月透镜物 侧表面于光轴上的距离为37~38mm，第一弯月透镜像侧表面至第二弯月透镜物侧表面于光 轴上的距离为3.5-4.5mm，第二弯月透镜像侧表面至双凹透镜物侧表面于光轴上的距离为 3.5-4.5mm，双凹透镜像侧表面至双凸透镜物侧表面于光轴上的距离为5-6mm，双凸透镜像 侧表面至冷光阑物侧表面于光轴上的距离为39.5-40.5mm; 第一弯月透镜的第一弯月面至第二弯月面于光轴上的距离为14.5-15.5mm，第二弯月 透镜的第三弯月面至第四弯月面于光轴上的距离为ll_12mm，双凹透镜的第五弯月面至第 六弯月面于光轴上的距离为3.5-4.5mm，双凸透镜的第七弯月面至第八弯月面于光轴上的 距离为 14.5-15.5mm。
[0013]所述双曲面反射镜的曲率半径为-1152mm，孔径光阑的曲率半径为-2400mm，第一 弯月透镜的第一弯月面的曲率半径为-118.03~-118.04mm，第一弯月透镜的第二弯月面的 曲率半径为-71.51~-71.52mm，第二弯月透镜的第三弯月面的曲率半径为34.02-34.03mm， 第二弯月透镜的的第四弯月面的曲率半径为50.50~50.51mm，双凹透镜的第五弯月面的曲 率半径为-122.59~-122.60mm，双凹透镜的第六弯月面的曲率半径为49.99~50.00mm，双 凸透镜的第七弯月面的曲率半径为164.71 -164.72mm，双凸透镜的第八弯月面的曲率半径 为-56?78~-56?79mm; 双曲面反射镜像侧表面至孔径光阑物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑像侧 表面至视场光阑物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑像侧表面至第一弯月透镜物 侧表面于光轴上的距离为37.2~37.3mm，第一弯月透镜像侧表面至第二弯月透镜物侧表面 于光轴上的距离为3.9-4.1mm，第二弯月透镜像侧表面至双凹透镜物侧表面于光轴上的距 离为3 ? 9-4 ? 0mm，双凹透镜像侧表面至双凸透镜物侧表面于光轴上的距离为5 ? 5-5 ? 6mm，双 凸透镜像侧表面至冷光阑物侧表面于光轴上的距离为39.7-39.8mm; 第一弯月透镜的第一弯月面至第二弯月面于光轴上的距离为14.9-15.1mm，第二弯月 透镜的第三弯月面至第四弯月面于光轴上的距离为11.5-11.6mm，双凹透镜的第五弯月面 至第六弯月面于光轴上的距离为3.9-4.1mm，双凸透镜的第七弯月面至第八弯月面于光轴 上的距离为14.9-15.1謹。
[0014] 第一弯月透镜的第一弯月面的曲率半径为-118.038~-118.039mm，第一弯月透镜 的第二弯月面的曲率半径为-71.519~-71.520_，第二弯月透镜的第三弯月面的曲率半径 为34.029-34.030mm，第二弯月透镜的的第四弯月面的曲率半径为50.502~50.503mm，双凹 透镜的第五弯月面的曲率半径为-122.595~-122.596mm，双凹透镜的第六弯月面的曲率半 径为49.991~49.992mm，双凸透镜的第七弯月面的曲率半径为164.716~164.717_，双凸 透镜的第八弯月面的曲率半径为-56.783~-56.784mm; 所述双曲面反射镜像侧表面至孔径光阑物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑 像侧表面至视场光阑物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑像侧表面至第一弯月透 镜物侧表面于光轴上的距离为37.24~37.25mm，第一弯月透镜像侧表面至第二弯月透镜物 侧表面于光轴上的距离为3.99~4.01mm，第二弯月透镜像侧表面至双凹透镜物侧表面于光 轴上的距离为3.99~4.0mm，双凹透镜像侧表面至双凸透镜物侧表面于光轴上的距离为 5.52~5.53mm，双凸透镜像侧表面至冷光阑物侧表面于光轴上的距离为39.78~39.79mm; 第一弯月透镜的第一弯月面至第二弯月面于光轴上的距离为14.99~15.01mm，第二弯 月透镜的第三弯月面至第四弯月面于光轴上的距离为11.54~11.55mm，双凹透镜的第五弯 月面至第六弯月面于光轴上的距离为3.99~4.01mm，双凸透镜的第七弯月面至第八弯月面 于光轴上的距离为14.99~15.01mm。
[0015] 第一弯月透镜的第一弯月面的曲率半径为-118.038935mm，第一弯月透镜的第二 弯月面的曲率半径为-71 .5196 37mm，第二弯月透镜的第三弯月面的曲率半径为 34.029043mm，第二弯月透镜的的第四弯月面的曲率半径为50.502668mm，双凹透镜的第五 弯月面的曲率半径为-122.595805mm，双凹透镜的第六弯月面的曲率半径为49.991644mm， 双凸透镜的第七弯月面的曲率半径为164.716504mm，双凸透镜的第八弯月面的曲率半径 为-56?783803mm; 所述双曲面反射镜像侧表面至孔径光阑物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑 像侧表面至视场光阑物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑像侧表面至第一弯月透 镜物侧表面于光轴上的距离为37.24309mm，第一弯月透镜像侧表面至第二弯月透镜物侧表 面于光轴上的距离为4.00000mm，第二弯月透镜像侧表面至双凹透镜物侧表面于光轴上的 距离为3.99999mm，双凹透镜像侧表面至双凸透镜物侧表面于光轴上的距离为5.524138mm， 双凸透镜像侧表面至冷光阑物侧表面于光轴上的距离为39.78488mm; 第一弯月透镜的第一弯月面至第二弯月面于光轴上的距离为15.00000mm，第二弯月透 镜的第三弯月面至第四弯月面于光轴上的距离为11.54612mm，双凹透镜的第五弯月面至第 六弯月面于光轴上的距离为4.00000mm，双凸透镜的第七弯月面至第八弯月面于光轴上的 距离为 15.00000mm。
[0016] 所述第一弯月透镜、双凹透镜和双凸透镜的材质为硅，第二弯月透镜的材质为锗。
[0017] 所述R-C光学系统的工作波段为3~5_，视场角为0.5°，口径800mm，F数为4，MTF彡 0.4〇
[0018] 为了最大限度地限制背景辐射的影响，红外焦平面的冷屏必须是整个系统的出 瞳。所以在两镜系统第一次成像之后应有一个二次转像透镜组，以达到位于主镜的入瞳成 像到冷屏上。为满足系统距离调焦要求，将负一倍物镜设计为由两组焦距相等镜组组成，中 间置为平行光，见图2。由透镜f 0.3向后移动，来实现调焦，而系统像面位置保持不变。
[0019] 相对于现有技术，本发明通过增设视场光阑和二次转像透镜组，在两镜R-C系统第 一次成像后进行第二次成像，成像系统的出瞳与冷屏重合，使得位于主镜的入瞳和冷光阑 互为共辄，较好的抑制杂散辐射，提高信噪比。
【附图说明】
[0020] 图1是R-C系统的结构型式。
[0021] 图2是负一倍物镜示意图。
[0022]图3是本发明的光学系统结构图。
[0023]图4是二次成像系统放大图。
[0024] 图5是全波段全视场调制传递函数值。
[0025] 图6是红外探测光学系统的场曲图。
[0026] 图7是红外探测光学系统的畸变图。
[0027] 其中，1是双曲面反射镜；2是孔径光阑；3是视场光阑；4是二次转像透镜组;5是冷 光阑；6是像面;7是第一弯月透镜;8是第二弯月透镜;9是双凹透镜；10是双凸透镜；11是第 一弯月面；12是第二弯月面;13是第三弯月面;14是第四弯月面;15是第五弯月面;16是第六 弯月面;17是第七弯月面;18是第八弯月面。
【具体实施方式】
[0028]曲率半径若为正，则代表该镜面为凸向物侧的面；曲率半径若为负，则代表该曲面 为凸向像侧的面。
[0029] 实施例1: 一种大口径二次成像R-C光学系统，所述R-C光学系统依次设置有双曲面反射镜1、孔径 光阑2、视场光阑3、二次转像透镜组4和冷光阑5,所有镜面同轴设置，双曲面反射镜1、孔径 光阑2、视场光阑3组成一次成像系统，对外界景物实现一次成像会聚，会聚面位于视场光阑 3上，二次转像透镜组4和冷光阑5组成二次成像系统，对视场光阑3会聚光线面进行二次成 像，所得光谱成像位于像面6上。
[0030]二次转像透镜组4包括四片透镜，从视场光阑3到冷光阑5的方向看，依次为第一弯 月透镜7、第二弯月透镜8、双凹透镜9和双凸透镜10，其中视场光阑3与第一弯月透镜7相对 应，双凸透镜10与冷光阑5相对应。
[0031] 双曲面反射镜1的曲率半径为-1152mm，孔径光阑2的曲率半径为-2400mm，第一弯 月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-115~-121mm，第一弯月透镜7的第二弯月面12的曲 率半径为-68~-74mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13的曲率半径为31-37mm，第二弯月透 镜8的的第四弯月面14的曲率半径为47~53mm，双凹透镜9的第五弯月面15的曲率半径为-119~-125mm，双凹透镜9的第六弯月面16的曲率半径为46~52mm，双凸透镜10的第七弯月 面17的曲率半径为161-167mm，双凸透镜10的第八弯月面18的曲率半径为-53~-59mm; 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为34~40mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜8物侧 表面于光轴上的距离为l_7mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表面于光轴上的 距离为l_7mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的距离为2-8mm，双凸透 镜10像侧表面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为36-42mm; 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为12-18mm，第二弯月 透镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为8-14mm，双凹透镜9的第五弯月面 15至第六弯月面16于光轴上的距离为l-7mm，双凸透镜10的第七弯月面17至第八弯月面18 于光轴上的距离为12_18mm。
[0032] 双曲面反射镜1的曲率半径为-1152mm，孔径光阑2的曲率半径为-2400mm，第一弯 月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-118~-119mm，第一弯月透镜7的第二弯月面12的曲 率半径为-71~-72mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13的曲率半径为34-35mm，第二弯月透 镜8的的第四弯月面14的曲率半径为50~51mm，双凹透镜9的第五弯月面15的曲率半径为-122~-123mm，双凹透镜9的第六弯月面16的曲率半径为49~50mm，双凸透镜10的第七弯月 面17的曲率半径为164-165mm，双凸透镜10的第八弯月面18的曲率半径为-56~-57mm; 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为36~38mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜8物侧 表面于光轴上的距离为3_5mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表面于光轴上的 距离为3-5mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的距离为4-7mm，双凸透 镜10像侧表面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为39-41mm; 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为14-16mm，第二弯月 透镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为10-12mm，双凹透镜9的第五弯月 面15至第六弯月面16于光轴上的距离为3-5mm，双凸透镜10的第七弯月面17至第八弯月面 18于光轴上的距离为14-16mm。
[0033] 双曲面反射镜1的曲率半径为-1152mm，孔径光阑2的曲率半径为-2400mm，第一弯 月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-118~-118.1mm，第一弯月透镜7的第二弯月面12的 曲率半径为-71.5~-71.6mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13的曲率半径为34-34.1mm，第 二弯月透镜8的的第四弯月面14的曲率半径为50.5~50.6mm，双凹透镜9的第五弯月面15的 曲率半径为-122.5~-122.6mm，双凹透镜9的第六弯月面16的曲率半径为49.9~50.0mm，双 凸透镜10的第七弯月面17的曲率半径为164.7-164.8mm，双凸透镜10的第八弯月面18的曲 率半径为 _56.7~-56.8mm ； 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为37~38mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜8物侧 表面于光轴上的距离为3.5-4.5mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表面于光轴 上的距离为3.5-4.5mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的距离为5-6mm，双凸透镜10像侧表面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为39.5-40.5mm; 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为14.5-15.5mm，第二 弯月透镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为ll-12mm，双凹透镜9的第五 弯月面15至第六弯月面16于光轴上的距离为3.5-4.5mm，双凸透镜10的第七弯月面17至第 八弯月面18于光轴上的距离为14.5-15.5mm。
[0034] 双曲面反射镜1的曲率半径为-1152mm，孔径光阑2的曲率半径为-2400mm，第一弯 月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-118.03~-118.04mm，第一弯月透镜7的第二弯月面 12的曲率半径为-71.51~-71.52mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13的曲率半径为34.02-34.03mm，第二弯月透镜8的的第四弯月面14的曲率半径为50.50~50.51mm，双凹透镜9的第 五弯月面15的曲率半径为-122.59~-122.60mm，双凹透镜9的第六弯月面16的曲率半径为 49.99~50.00mm，双凸透镜10的第七弯月面17的曲率半径为164.71-164.72mm，双凸透镜10 的第八弯月面18的曲率半径为-56.78~-56.79mm; 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为37.2~37.3mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜8 物侧表面于光轴上的距离为3.9-4.1mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表面于 光轴上的距离为3.9-4.0mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的距离为 5.5-5.6mm，双凸透镜10像侧表面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为39.7-39.8mm; 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为14.9-15.1mm，第二 弯月透镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为11.5-11.6mm，双凹透镜9的 第五弯月面15至第六弯月面16于光轴上的距离为3.9-4.1mm，双凸透镜10的第七弯月面17 至第八弯月面18于光轴上的距离为14.9-15.1mm。
[0035] 第一弯月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-118.038~-118.039mm，第一弯月 透镜7的第二弯月面12的曲率半径为-71.519~-71.520mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13 的曲率半径为34.029-34.030mm，第二弯月透镜8的的第四弯月面14的曲率半径为50.502~ 50 ? 503mm，双凹透镜9的第五弯月面15的曲率半径为-122 ? 595~-122 ? 596mm，双凹透镜9的 第六弯月面16的曲率半径为49.991~49.992mm，双凸透镜10的第七弯月面17的曲率半径为 164.716~164.717mm，双凸透镜10的第八弯月面18的曲率半径为-56.783~-56.784mm; 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为37.24~37.25mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜 8物侧表面于光轴上的距离为3.99~4.01mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表 面于光轴上的距离为3.99~4.0mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的 距离为5.52~5.53mm，双凸透镜10像侧表面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为39.78~ 39.79mm； 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为14.99~15.01mm， 第二弯月透镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为11.54~11.55mm，双凹 透镜9的第五弯月面15至第六弯月面16于光轴上的距离为3.99~4.01mm，双凸透镜10的第 七弯月面17至第八弯月面18于光轴上的距离为14.99~15.01mm。
[0036] 第一弯月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-118.038935mm，第一弯月透镜7的 第二弯月面12的曲率半径为-71.519637mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13的曲率半径为 34.029043mm，第二弯月透镜8的的第四弯月面14的曲率半径为50.502668mm，双凹透镜9的 第五弯月面15的曲率半径为-122.595805mm，双凹透镜9的第六弯月面16的曲率半径为 49.991644mm，双凸透镜10的第七弯月面17的曲率半径为164.716504mm，双凸透镜10的第八 弯月面18的曲率半径为-56.783803mm; 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为37.24309mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜8物 侧表面于光轴上的距离为4.00000mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表面于光 轴上的距离为3.99999mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的距离为 5.524138mm，双凸透镜10像侧表面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为39.78488mm; 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为15.00000mm，第二 弯月透镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为11.54612mm，双凹透镜9的第 五弯月面15至第六弯月面16于光轴上的距离为4.00000mm，双凸透镜10的第七弯月面17至 第八弯月面18于光轴上的距离为15.00000mm。
[0037]第一弯月透镜7、双凹透镜9和双凸透镜10的材质为硅，第二弯月透镜8的材质为 锗。
[0038] R-C光学系统的工作波段为3~5_，视场角为0.5°，口径800mm，F数为4，MTF彡0.4。 [0039] 实施例2: 一种大口径二次成像R-C光学系统，所述R-C光学系统依次设置有双曲面反射镜1、孔径 光阑2、视场光阑3、二次转像透镜组4和冷光阑5,所有镜面同轴设置，双曲面反射镜1、孔径 光阑2、视场光阑3组成一次成像系统，对外界景物实现一次成像会聚，会聚面位于视场光阑 3上，二次转像透镜组4和冷光阑5组成二次成像系统，对视场光阑3会聚光线面进行二次成 像，所得光谱成像位于像面6上。
[0040] 二次转像透镜组4包括四片透镜，从视场光阑3到冷光阑5的方向看，依次为第一弯 月透镜7、第二弯月透镜8、双凹透镜9和双凸透镜10，其中视场光阑3与第一弯月透镜7相对 应，双凸透镜10与冷光阑5相对应。
[0041] 第一弯月透镜7、双凹透镜9和双凸透镜10的材质为硅，第二弯月透镜8的材质为 锗。
[0042] R-C光学系统的工作波段为3~5wn，视场角为0.5°，口径800mm，F数为4，MTF彡0.4。 [0043] 双曲面反射镜1的曲率半径为-1152mm，孔径光阑2的曲率半径为-2400mm，第一弯 月透镜7的第一弯月面11的曲率半径为-115mm，第一弯月透镜7的第二弯月面12的曲率半径 为-68mm，第二弯月透镜8的第三弯月面13的曲率半径为31mm，第二弯月透镜8的的第四弯月 面14的曲率半径为47mm，双凹透镜9的第五弯月面15的曲率半径为-119mm，双凹透镜9的第 六弯月面16的曲率半径为46mm，双凸透镜10的第七弯月面17的曲率半径为161mm，双凸透镜 10的第八弯月面18的曲率半径为-53mm; 双曲面反射镜1像侧表面至孔径光阑2物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光阑2像 侧表面至视场光阑3物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑3像侧表面至第一弯月透 镜7物侧表面于光轴上的距离为34mm，第一弯月透镜7像侧表面至第二弯月透镜8物侧表面 于光轴上的距离为1mm，第二弯月透镜8像侧表面至双凹透镜9物侧表面于光轴上的距离为 1mm，双凹透镜9像侧表面至双凸透镜10物侧表面于光轴上的距离为2mm，双凸透镜10像侧表 面至冷光阑5物侧表面于光轴上的距离为36mm; 第一弯月透镜7的第一弯月面11至第二弯月面12于光轴上的距离为12mm，第二弯月透 镜8的第三弯月面13至第四弯月面14于光轴上的距离为8mm，双凹透镜9的第五弯月面15至 第六弯月面16于光轴上的距离为1mm，双凸透镜10的第七弯月面17至第八弯月面18于光轴 上的距离为12mm。
[0044]实施例3-49的R-C光学系统的参数见表1-7,其他同实施例2。
[0045]表1实施例3-9中R-C光学系统的参数
[0046] 表2实施例10-16中R-C光学系统的参数
[0047]表3实施例17-23中R-C光学系统的参数
[0048] 表4实施例24-30中R-C光学系统的参数
[0049] 表5实施例31 -37中R-C光学系统的参数
[0050] 表6实施例38-44中R-C光学系统的参数
[0051 ] 表7实施例45-49中R-C光学系统的参数
[0052] 实验例： 以实施例46为例，ZEMAX软件中红外探测光学系统的光路图如图3所示，图4为二次转像 透镜组的放大图，在两镜R-C系统第一次成像后进行第二次成像，成像系统的出瞳与冷屏重 合，使得位于主镜的入瞳和冷光阑互为共辄，较好的抑制杂散辐射，提高信噪比。
[0053] 图5为完成设计的红外探测光学系统的调制传递函数图，该函数值全面的反映了 系统的设计评价结果，随着视场的增大，调制传递函数值在逐渐下降。其中边缘视场的调制 传递函数值仍优于0.48,说明设计系统在全视场全波段均实现了非常好的成像质量。
[0054]图6和图7为完成设计的红外探测光学系统的场曲率图和畸变率图，图中选择了中 心波长和两个边缘波长进行分析。在场曲显示中，产生最大场曲的波长是5wii，离焦量约为 0.14mm;而在畸变显示中，系统的最大畸变低于2%，这些数值证明系统达到了良好的畸变 和场曲设计控制结果。
[0055]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说， 在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述R-C光学系统依次设置有双曲 面反射镜（1)、孔径光阑（2)、视场光阑（3)、二次转像透镜组(4)和冷光阑（5)，所有镜面同轴 设置，双曲面反射镜（1)、孔径光阑（2)、视场光阑（3)组成一次成像系统，对外界景物实现一 次成像会聚，会聚面位于视场光阑（3)上，二次转像透镜组(4)和冷光阑（5)组成二次成像系 统，对视场光阑（3)会聚光线面进行二次成像，所得光谱成像位于像面(6)上。2. 根据权利要求1所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述二次转像透 镜组(4)包括四片透镜，从视场光阑（3)到冷光阑（5)的方向看，依次为第一弯月透镜(7)、第 二弯月透镜(8)、双凹透镜(9)和双凸透镜（10)，其中视场光阑（3)与第一弯月透镜(7)相对 应，双凸透镜(10)与冷光阑（5)相对应。3. 根据权利要求2所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述双曲面反射 镜（1)的曲率半径为-1152_，孔径光阑（2 )的曲率半径为-2400mm，第一弯月透镜(7 )的第一 弯月面（11)的曲率半径为-115~-121mm，第一弯月透镜(7)的第二弯月面（12)的曲率半径 为-68~-74mm，第二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)的曲率半径为31-37mm，第二弯月透镜 (8) 的的第四弯月面（14)的曲率半径为47~53mm，双凹透镜(9)的第五弯月面（15)的曲率半 径为-119~-125mm，双凹透镜(9)的第六弯月面（16)的曲率半径为46~52mm，双凸透镜（10) 的第七弯月面（17)的曲率半径为161-167mm，双凸透镜（10)的第八弯月面（18)的曲率半径 为-53~_59mm; 双曲面反射镜（1)像侧表面至孔径光阑（2)物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光 阑（2)像侧表面至视场光阑（3)物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑（3)像侧表面至 第一弯月透镜(7)物侧表面于光轴上的距离为34~40mm，第一弯月透镜(7)像侧表面至第二 弯月透镜(8)物侧表面于光轴上的距离为l_7mm，第二弯月透镜(8)像侧表面至双凹透镜(9) 物侧表面于光轴上的距离为l-7mm，双凹透镜(9)像侧表面至双凸透镜（10)物侧表面于光轴 上的距离为2_8mm，双凸透镜（10)像侧表面至冷光阑（5)物侧表面于光轴上的距离为36-42mm； 第一弯月透镜(7)的第一弯月面（11)至第二弯月面（12)于光轴上的距离为12-18mm，第 二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)至第四弯月面（14)于光轴上的距离为8-14mm，双凹透镜 (9) 的第五弯月面（15)至第六弯月面（16)于光轴上的距离为l-7mm，双凸透镜（10)的第七弯 月面(17)至第八弯月面(18)于光轴上的距离为12-18mm。4. 根据权利要求3所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述双曲面反射 镜（1)的曲率半径为-1152_，孔径光阑（2 )的曲率半径为-2400mm，第一弯月透镜(7 )的第一 弯月面（11)的曲率半径为-118~-119mm，第一弯月透镜(7)的第二弯月面（12)的曲率半径 为-71~-72mm，第二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)的曲率半径为34-35mm，第二弯月透镜 (8)的的第四弯月面（14)的曲率半径为50~51mm，双凹透镜(9)的第五弯月面（15)的曲率半 径为-122~-123mm，双凹透镜(9)的第六弯月面（16)的曲率半径为49~50mm，双凸透镜（10) 的第七弯月面（17)的曲率半径为164-165mm，双凸透镜（10)的第八弯月面（18)的曲率半径 为-56~_57mm; 双曲面反射镜（1)像侧表面至孔径光阑（2)物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光 阑（2)像侧表面至视场光阑（3)物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑（3)像侧表面至 第一弯月透镜(7)物侧表面于光轴上的距离为36~38mm，第一弯月透镜(7)像侧表面至第二 弯月透镜(8)物侧表面于光轴上的距离为3-5mm，第二弯月透镜(8)像侧表面至双凹透镜(9) 物侧表面于光轴上的距离为3-5mm，双凹透镜(9)像侧表面至双凸透镜（10)物侧表面于光轴 上的距离为4_7mm，双凸透镜（10)像侧表面至冷光阑（5)物侧表面于光轴上的距离为39-41mm； 第一弯月透镜(7)的第一弯月面（11)至第二弯月面（12)于光轴上的距离为14-16mm，第 二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)至第四弯月面（14)于光轴上的距离为10-12mm，双凹透镜 (9)的第五弯月面（15)至第六弯月面（16)于光轴上的距离为3-5mm，双凸透镜（10)的第七弯 月面(17)至第八弯月面(18)于光轴上的距离为14-16mm。5. 根据权利要求4所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述双曲面反射 镜（1)的曲率半径为-1152_，孔径光阑（2 )的曲率半径为-2400mm，第一弯月透镜(7 )的第一 弯月面（11)的曲率半径为-118~-118.1mm，第一弯月透镜(7)的第二弯月面（12)的曲率半 径为-71.5~-71.6mm，第二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)的曲率半径为34-34.1mm，第二 弯月透镜(8)的的第四弯月面（14)的曲率半径为50.5~50.6mm，双凹透镜(9)的第五弯月面 (15)的曲率半径为-122.5~-122.6mm，双凹透镜(9)的第六弯月面（16)的曲率半径为49.9 ~50.0謹，双凸透镜（10)的第七弯月面（17)的曲率半径为164.7-164.8謹，双凸透镜（10)的 第八弯月面(18)的曲率半径为-56.7~-56.8mm; 双曲面反射镜（1)像侧表面至孔径光阑（2)物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光 阑（2)像侧表面至视场光阑（3)物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑（3)像侧表面至 第一弯月透镜(7)物侧表面于光轴上的距离为37~38mm，第一弯月透镜(7)像侧表面至第二 弯月透镜(8)物侧表面于光轴上的距离为3.5-4.5mm，第二弯月透镜(8)像侧表面至双凹透 镜(9)物侧表面于光轴上的距离为3.5-4.5mm，双凹透镜(9)像侧表面至双凸透镜（10)物侧 表面于光轴上的距离为5_6mm，双凸透镜（10)像侧表面至冷光阑（5)物侧表面于光轴上的距 离为39 · 5-40 · 5mm; 第一弯月透镜（7)的第一弯月面（11)至第二弯月面（12)于光轴上的距离为14.5-15.5mm，第二弯月透镜（8)的第三弯月面（13)至第四弯月面（14)于光轴上的距离为11-12mm，双凹透镜(9)的第五弯月面（15)至第六弯月面（16)于光轴上的距离为3.5-4.5mm，双 凸透镜（10)的第七弯月面(17)至第八弯月面(18)于光轴上的距离为14.5-15.5mm。6. 根据权利要求5所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述双曲面反射 镜（1)的曲率半径为-1152_，孔径光阑（2 )的曲率半径为-2400mm，第一弯月透镜(7 )的第一 弯月面（11)的曲率半径为-118.03~-118.04mm，第一弯月透镜(7)的第二弯月面（12)的曲 率半径为-71.51~-71.52mm，第二弯月透镜（8)的第三弯月面（13)的曲率半径为34.02-34.03mm，第二弯月透镜(8)的的第四弯月面（14)的曲率半径为50.50~50.51mm，双凹透镜 (9)的第五弯月面（15)的曲率半径为-122.59~-122.60mm，双凹透镜(9)的第六弯月面（16) 的曲率半径为49.99~50.00mm，双凸透镜（10)的第七弯月面（17)的曲率半径为164.71-164.72mm，双凸透镜（10)的第八弯月面（18)的曲率半径为-56.78~-56.79mm; 双曲面反射镜（1)像侧表面至孔径光阑（2)物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光 阑（2)像侧表面至视场光阑（3)物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑（3)像侧表面至 第一弯月透镜(7)物侧表面于光轴上的距离为37.2~37.3mm，第一弯月透镜(7)像侧表面至 第二弯月透镜(8)物侧表面于光轴上的距离为3.9-4.1mm，第二弯月透镜(8)像侧表面至双 凹透镜(9)物侧表面于光轴上的距离为3.9-4. Omm，双凹透镜(9)像侧表面至双凸透镜（10) 物侧表面于光轴上的距离为5.5-5.6mm，双凸透镜（10)像侧表面至冷光阑（5)物侧表面于光 轴上的距离为39.7-39.8mm; 第一弯月透镜（7)的第一弯月面（11)至第二弯月面（12)于光轴上的距离为14.9-15.1mm，第二弯月透镜（8)的第三弯月面（13)至第四弯月面（14)于光轴上的距离为11.5-11.6mm，双凹透镜(9)的第五弯月面（15)至第六弯月面（16)于光轴上的距离为3.9-4.1mm， 双凸透镜（10)的第七弯月面(17)至第八弯月面(18)于光轴上的距离为14.9-15.1mm。7. 根据权利要求6所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:第一弯月透镜(7) 的第一弯月面（11)的曲率半径为-118.038~-118.039mm，第一弯月透镜(7)的第二弯月面 (12)的曲率半径为-71.519~-71.520mm，第二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)的曲率半径 为34.029-34.030mm，第二弯月透镜（8)的的第四弯月面（14)的曲率半径为50.502~ 50.503mm，双凹透镜(9)的第五弯月面（15)的曲率半径为-122.595~-122.596mm，双凹透镜 (9)的第六弯月面（16)的曲率半径为49.991~49.992mm，双凸透镜（10)的第七弯月面（17) 的曲率半径为164.716~164.717mm，双凸透镜（10)的第八弯月面（18)的曲率半径为-56.783~-56.784mm; 双曲面反射镜（1)像侧表面至孔径光阑（2)物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光 阑（2)像侧表面至视场光阑（3)物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑（3)像侧表面至 第一弯月透镜(7)物侧表面于光轴上的距离为37.24~37.25mm，第一弯月透镜(7)像侧表面 至第二弯月透镜(8)物侧表面于光轴上的距离为3.99~4.01mm，第二弯月透镜(8)像侧表面 至双凹透镜(9)物侧表面于光轴上的距离为3.99~4.0mm，双凹透镜(9)像侧表面至双凸透 镜（10)物侧表面于光轴上的距离为5.52~5.53mm，双凸透镜（10)像侧表面至冷光阑（5)物 侧表面于光轴上的距离为39.78~39.79mm; 第一弯月透镜（7)的第一弯月面（11)至第二弯月面（12)于光轴上的距离为14.99~ 15.01mm，第二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)至第四弯月面（14)于光轴上的距离为11.54 ~11.55mm，双凹透镜（9)的第五弯月面（15)至第六弯月面（16)于光轴上的距离为3.99~ 4.01mm，双凸透镜（10)的第七弯月面（17)至第八弯月面（18)于光轴上的距离为14.99~ 15·Olmm 08. 根据权利要求7所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:第一弯月透镜(7) 的第一弯月面（11)的曲率半径为-118.038935mm，第一弯月透镜(7)的第二弯月面（12)的曲 率半径为-71.519637mm，第二弯月透镜(8)的第三弯月面（13)的曲率半径为34.029043mm， 第二弯月透镜(8)的的第四弯月面（14)的曲率半径为50.502668mm，双凹透镜(9)的第五弯 月面（15)的曲率半径为-122.595805mm，双凹透镜（9)的第六弯月面（16)的曲率半径为 49.991644mm，双凸透镜（10)的第七弯月面（17)的曲率半径为164.716504mm，双凸透镜（10) 的第八弯月面(18)的曲率半径为-56.783803mm; 双曲面反射镜（1)像侧表面至孔径光阑（2)物侧表面于光轴上的距离为840mm，孔径光 阑（2)像侧表面至视场光阑（3)物侧表面于光轴上的距离为120mm，视场光阑（3)像侧表面至 第一弯月透镜(7)物侧表面于光轴上的距离为37.24309mm，第一弯月透镜(7)像侧表面至第 二弯月透镜(8)物侧表面于光轴上的距离为4.00000mm，第二弯月透镜(8)像侧表面至双凹 透镜(9)物侧表面于光轴上的距离为3.99999mm，双凹透镜(9)像侧表面至双凸透镜（10)物 侧表面于光轴上的距离为5.524138mm，双凸透镜（10)像侧表面至冷光阑（5)物侧表面于光 轴上的距离为39.78488mm; 第一弯月透镜（7)的第一弯月面（11)至第二弯月面（12)于光轴上的距离为 15.00000mm，第二弯月透镜（8)的第三弯月面（13)至第四弯月面（14)于光轴上的距离为 11.54612mm，双凹透镜（9)的第五弯月面（15)至第六弯月面（16)于光轴上的距离为 4.00000mm，双凸透镜（10)的第七弯月面（17)至第八弯月面（18)于光轴上的距离为 15.OOOOOmm 09. 根据权利要求2所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述第一弯月透 镜(7)、双凹透镜(9)和双凸透镜(10)的材质为硅，第二弯月透镜(8)的材质为锗。10. 根据权利要求1所述的大口径二次成像R-C光学系统，其特征在于:所述R-C光学系 统的工作波段为3~5μπι，视场角为0.5°，口径800mm，F数为4，MTF彡0.4。
【文档编号】G02B27/00GK105892049SQ201610518246
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】牛金星, 李恒灿
【申请人】华北水利水电大学