一种离轴三反多视场光学系统构型的制作方法

本发明属于光学领域，具体涉及一种离轴三反多视场光学系统构型。

背景技术：

1、根据需要观察的目标的远近距离不同，光电观察与监控系统通常需要光学系统具备多个焦距，分别用于不同距离目标的探测、识别、认清以及大范围的监控。同时由于目标在不同的光谱波段的目标特性不同，为了提高目标的探测、识别概率，需要光学系统同时工作在不同的光谱波段。但是，宽光谱的透射光学材料种类有限、并且大口径光学材料制备、加工困难，因此，宽光谱光学系统一般采用反射式光学系统构型，反射镜不引入色差特别有利于宽光谱光学系统的设计，同时反射镜的基底材料和口径不受限制，加工相对容易实现。

2、常用的反射式光学系统构型可以分为同轴反射式光学系统构型和离轴反射式光学系统构型。同轴反射式光学系统构型的最大缺点是存在中心遮拦问题，造成光学系统的能量利用率降低和光学传递函数的中频损失。离轴反射式光学系统构型通过离轴的方法解决了中心遮拦问题，提高了能量利用率。但是反射式光学系统构型一般只适用于长焦距光学系统，其固有缺点是视场较小，不能实现多视场。当前的解决措施是通过设置不同位置、不同大小的两个孔径，分别由不同的光学组件实现长焦距和短焦距，造成占用系统体积空间大、系统复杂程度高、成本高等问题。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种离轴三反多视场光学系统构型，该光学系统构型基于矢量像差理论、光学系统采用孔径偏心设置、通过反射式三镜的轴向切换以及大视场镜组的径向切换，分别实现了光学系统小视场光路、中视场光路和大视场光路的相互切换；解决了离轴三反多视场光学系统构型的实现问题，光路无遮拦、宽光谱、变倍比高、高质量成像及高光学透过率、空间布局紧凑。

3、本发明的技术方案是：一种离轴三反多视场光学系统构型，包括沿光路依次设置的反射式主镜、反射式次镜、第一折叠反射镜、反射式三镜、第二折叠反射镜、红外探测器、可见光探测器，及以可移动方式设置于入射光源与反射式主镜之间的大视场镜组；所述大视场镜组包括第三折叠反射镜和第四折叠反射镜；

4、由反射式主镜、反射式次镜、第一折叠反射镜、反射式三镜、第二折叠反射镜、红外探测器、可见光探测器构成小视场或中视场宽光谱光学系统光路，通过变换反射式三镜的轴向位置，完成小视场宽光谱光学系统光路和中视场宽光谱光学系统光路的切换；

5、由大视场镜组的第三折叠反射镜、第四折叠反射镜、红外探测器、可见光探测器构成大视场宽光谱光学系统光路，通过变换大视场镜组的径向位置，完成小视场宽光谱光学系统光路与大视场宽光谱光学系统光路、或中视场宽光谱光学系统光路与大视场宽光谱光学系统光路之间的却换。

6、本发明的进一步技术方案是：所述小视场宽光谱光学系统光路与中视场宽光谱光学系统光路采用离轴反射式光学系统构型、大视场宽光谱光学系统光路采用同轴光学系统构型。

7、本发明的进一步技术方案是：所述反射式主镜为抛物面，反射式次镜为高次非球面，反射式三镜为关于子午平面对称的自由曲面。

8、本发明的进一步技术方案是：所述小视场宽光谱光学系统光路和中视场宽光谱光学系统光路的光学参数如下：

9、

10、

11、本发明的进一步技术方案是：所述反射式主镜、反射式次镜、反射式三镜的非球面系数为：

12、 k a b c d 反射式主镜 -1 —— —— —— —— 反射式次镜 -0.3654 1.2660e-08 -8.1223e-14 1.0876e-18 -6.6462e-24 反射式三镜 1.7724 —— —— —— ——

13、。

14、本发明的进一步技术方案是：所述大视场宽光谱光学系统光路的光学参数如下：

15、 半径 中心厚度/间隔 第三折叠反射镜 无穷大 -153.25 第四折叠反射镜 无穷大 85.81

16、。

17、本发明的进一步技术方案是：所述反射式三镜、第二折叠反射镜、大视场镜组的位置切换通过电机驱动完成。

18、本发明的进一步技术方案是：所述反射式主镜、反射式次镜和反射式三镜的制造材料为微晶玻璃、熔融石英或碳化硅。

19、本发明的进一步技术方案是：中波红外焦距范围为1200mm～800mm～220mm、可见光焦距范围为1800mm～1200mm～330mm；变倍比：5.45×；光学系统f数：红外f/5.5、可见光f/8。

20、本发明的进一步技术方案是：所述探测器为为1280×1024的制冷型红外焦平面探测器和5120×4096的可见光焦平面探测器，可见光光谱范围：0.6μm～0.9μm、中波红外光谱范围：3μm～5μm。

21、有益效果

22、本发明的有益效果在于：本发明通过孔径离轴的方式实现了小视场光路，通过反射式三镜的轴向切换实现了小视场光路与中视场光路的转换；通过大视场镜组和第二折叠反射镜的径向切换，实现了大视场光路与小视场光路、大视场光路与中视场光路的转换，解决了离轴三反多视场光学系统布局问题，并且光路无遮拦、宽光谱、变倍比高、高质量成像及高光学透过率，空间布局紧凑。具体优势如下：

23、1.离轴三反多视场光路构型；

24、通过反射式三镜的轴向切换实现了小视场光路与中视场光路的转换，通过大视场镜组和第二折叠反射镜的径向切换，实现了大视场光路与小视场光路、大视场光路与中视场光路的转换。

25、2.宽光谱共孔径；

26、通过采用反射式光学系统构型，实现了可见光、中波红外共孔径设计。

27、3.无中心遮拦；

28、通过采用离轴反射式光学系统构型，解决了同轴反射式光学系统构型的中心遮拦问题。

29、4.成像质量优；

30、利用二次曲面、高次非球面、自由曲面等特殊光学面型校正离轴光学系统的像差，平衡了各种非对称像差，得到了优良像质。

31、本发明的离轴三反多视场光学系统构型设计，基于矢量像差理论及近轴光学系统理论计算分析，确定了小视场与中视场光路采用离轴反射式光学系统构型、大视场光路采用同轴光学系统构型，通过光学结构参数优化、像差平衡以及采用二次曲面、高次非球面、自由曲面等特殊面型来校正光学系统的非对称像差，使像质达到最优。