一种大口径折反变焦系统焦距扩展的方法
【专利摘要】本发明涉及一种大口径折反变焦系统焦距扩展的方法，利用替换主镜系统，后面显微变倍成像镜组不变，达到折反变焦系统焦距扩展，通过替换更大口径的主镜增大系统的入瞳口径，替换后系统保持F数不变，探测器尺寸不变，探测能力增大，系统焦距得到扩展。
【专利说明】一种大口径折反变焦系统焦距扩展的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于应用光学【技术领域】，涉及长焦距、大口径、折反变焦光学系统，具体涉及一种折反变焦系统焦距扩展的方法。
【背景技术】
[0002]从1608年荷兰人汉斯.利伯希发明第一部望远镜，400年来望远镜从小口径往大口径发展一直是不变的趋势。在众多望远镜中，大口径折反变焦系统组成的望远镜是其中一种。在设计制造不同口径折反变焦系统时，不同口径的折反变焦系统需要单独进行设计和加工。为了提高制造折反变焦系统的效率，不同口径折反变焦系统共用部分光学组件成为必要。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有的一种口径(即一种焦距段)折反变焦系统设计和加工一套光机组件，相互间没有共用组件的不足，提供一种大口径折反变焦系统焦距扩展方法。
[0004]本发明的技术解决方案是:折反变焦系统可以看成两镜系统(即主镜系统)和显微变倍成像系统组成。对不同口径系列的折反变焦系统，共用后面的显微变倍成像系统，只替换主镜系统(卡塞格林系统、R-C系统、牛顿式折反系统等焦距为正的镜组)即可实现折反变焦系统焦距扩展。具体按下面的方法或者镜组进行系统焦距扩展，达到增大系统的入瞳口径，保持系统F数不变，探测器尺寸不变，增大系统探测能力:
[0005]①、不同入瞳口径折反变焦系统(如具体实施例中400mm 口径和600mm 口径系统)具有相同的F数；
[0006]②、不同入瞳口径折反变焦系统(如具体实施例中400mm 口径和600mm 口径系统)具有相同的最大成像面尺寸；
[0007]③、不同入瞳口径折反变焦系统(如具体实施例中400mm 口径和600mm 口径系统)间主镜系统可相互替换，替换后能满足①和②；
[0008]④、满足①、②和③的不同入瞳口径折反变焦系统(如具体实施例中400mm 口径和600mm 口径系统)具有相同的成像质量。
[0009]其中，主镜系统可以是典型消球差两镜系统(如具体实施例中400mm 口径和600mm口径系统，它们的主镜系统即为消球差两镜系统)等，也可以是牛顿式折反系统。
[0010]本发明的原理在于:
[0011]折反变焦系统可以看成两镜系统，即主镜系统和显微变倍成像系统组成。对不同口径系列的折反变焦系统，共用后面的显微变倍成像系统，只替换主镜系统即可实现折反变焦系统焦距扩展。所述的主镜系统可以是典型消球差两镜系统，也可以是牛顿式系统。本发明利用不同口径的主镜系统和相同的显微变倍成像系统组成一系列的不同口径折反变焦系统，每种口径的折反变焦系统焦距范围不同，但F数相同，探测器尺寸相同，这样就达到了系统焦距扩展的目的。。本发明通过替换主镜系统，共用变焦成像镜组降低了折反变焦系统焦距扩展成本。
[0012]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0013](I)本发明颠覆了传统的折反变焦系统焦距扩展时，一种口径折反变焦系统设计和加工一套光机组件，各口径折反变焦系统间没有公用组件，提供一种有共用组件的折反变焦系统焦距扩展的方法。
[0014](2)采用各口径折反变焦系统共用组件的办法，可以提高折反变焦系统的成品效率。
[0015](3)采用各口径折反变焦系统共用组件的办法，可以降低折反变焦系统焦距扩展的成本。
[0016](4)本发明同样适用于牛顿式折反变焦系统，具有普适性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为400_ 口径折反变焦系统,包括主镜系统+显微变倍成像系统；图中，I为主镜，2为次镜,3为保护玻璃,4为反射镜,5为一次像面,6为调焦镜组,7为反射镜,8为调光器件，9为变焦成像镜组，10为成像靶面。
[0018]图2为400mm 口径两镜系统，即图1中系统的前半部分,也可称为主镜系统,焦距扩展时可替换部分。
[0019]图3为400mm 口径折反变焦系统中显微变倍成像系统(即图1中系统的后半部分)；即400mm 口径与600mm 口径共用组件(变焦成像镜组)。
[0020]图4(a)为400毫米口径系统短焦位置时的MTF(调制传函)曲线；
[0021]图4(b)为400毫米口径系统长焦位置时的MTF(调制传函)曲线；
[0022]图5为600mm 口径折反变焦系统；
[0023]图6 (a)为600毫米口径折反变焦系统短焦位置时的MTF (调制传函)曲线；
[0024]图6(b)为600毫米口径折反变焦系统时的MTF(调制传函)曲线。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
[0026]如图1，图2，图3所示，折反变焦系统可以看成两镜系统(即主镜系统)和显微变倍成像系统组成。
[0027]如图1所示，400_ 口径折反变焦系统:光束通过主镜1、次镜2、保护玻璃3、反射镜4后形成一次像面，一次像面后依次为调焦镜组5、反射镜6、调光器件7，最后光束通过显微变倍成像镜组8成像在成像靶面9上。
[0028]在进行折反变焦系统焦距扩展时，只需替换图2所示的折反变焦系统前半部分，图3所示的折反变焦系统后半部分为公用组件。如口径400mm(焦距:1000mm?2000mm)，600mm(焦距:1500mm?3000mm)…等折反变焦系统，只需将图2所示的折反变焦系统前半部分分别设计和加工为相应口径的两镜系统，再和图3所示的共用组件结合，即可实现口径400mm(焦距:1000mm?2000mm), 600mm(焦距:1500mm?3000mm)…等不同焦距段的折反变焦系统，并且各焦距段折反变焦系统的F数相同，探测器尺寸相同。
[0029]下面以400mm 口径和600毫米口径折反变焦系统为例进行说明。
[0030]镜头设计指标:
[0031]400 口径系统
[0032]?工作波段:可见光
[0033]?焦距范围:1000mm ?2000mm
[0034].f/#:2.5 ?5
[0035]?瞳面尺寸:入瞳固定为400mm
[0036]?象面尺寸:对角线8_
[0037]?光学传递函数:MTF 彡 0.4i601p/mm
[0038]系统图如图1所示,系统由两镜系统和显微变倍成像系统组成,成像质量如图4所
/Jn ο
[0039]600 口径系统
[0040]?工作波段:可见光
[0041]?焦距范围:1500mm ?3000mm
[0042].f/#:2.5 ?5
[0043]?瞳面尺寸:入瞳固定为600mm
[0044]?象面尺寸:对角线8_
[0045]?光学传递函数:MTF 彡 0.4i601p/mm
[0046]系统图如图5所示，系统由两镜系统和显微变倍成像系统组成，成像质量如图6所
/Jn ο
[0047]400mm 口径和600毫米口径折反变焦系统的共用组件为图3所示的变焦成像镜组。
[0048]对于倍率为m的显微变倍系统和焦距为fw的两镜系统组合而成的折反变焦系统，它的焦距f由下式决定:
[0049]f = HiXfli，故用相同倍率m的显微变倍成像系统和不同焦距的两镜系统组合，即可组合不同焦距范围的折反变焦系统，达到焦距扩展的目的。
[0050]当然在具体实施时，两镜系统和显微变倍成像系统可以组合消象差。两镜系统不一定是严格意义的无象差的系统，可以具有一定的象差，它的出瞳和显微变倍成像系统的入瞳正好匹配。两镜系统的象差和显微变倍系统的象差符号相反，正好互补，从而组合系统的象差几乎为零。
[0051]本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。
[0052]尽管上面对本发明说明性的【具体实施方式】进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本【技术领域】的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【权利要求】
1.一种大口径折反变焦系统焦距扩展的方法，利用替换主镜系统，后面显微变倍成像镜组不变，达到折反变焦系统焦距扩展，其特征在于:采用如下方式进行系统焦距扩展，达到增大系统的入瞳口径，保持系统F数不变，探测器尺寸不变，增大系统探测能力: ①、不同入瞳口径具有相同F数的折反变焦系统之间通过替换主镜系统扩展焦距； ②、不同入瞳口径具有相同最大成像面尺寸的折反变焦系统之间通过替换主镜系统扩展焦距； ③、不同入瞳口径折反变焦系统间通过替换主镜系统(两镜系统)扩展焦距，替换后能满足F数相同，最大成像面的尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的折反变焦系统焦距扩展的方法，其特征在于:只替换主镜系统(即两镜系统)后面显微变倍成像镜组不变，就能变换系统入瞳口径而系统F数不变，达到折反变焦系统探测能力提高及系统焦距扩展。
3.根据权利要求1所述的折反变焦系统焦距扩展的方法，其特征在于:主镜系统是典型消球差两镜系统，或是牛顿式折反系统。
【文档编号】G02B23/02GK104297916SQ201410610318
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年11月2日 优先权日:2014年11月2日
【发明者】刘银辉, 马文礼 申请人:中国科学院光电技术研究所