一种离轴球面平行光管光学系统的制作方法

1.本发明涉及光学检测技术领域，具体为一种离轴球面平行光管光学系统。


背景技术：

2.平行光管光学系统作为一种典型的光学标定系统，是进行光学系统参数测量的必要工具。其主要作用是提供一束平行光来模拟一个无穷远的目标，可在其焦面位置放置不同的光学器件检测不同被测系统的性能参数，例如放置分划板测量被测系统焦距，放置鉴别率板、星点板等测量系统分辨率及其他成像质量。传统的平行光管具有同轴和离轴两种形式。
3.同轴平行光管会产生视场小、存在中心遮拦的问题，对成像质量影响很大。离轴平行光管光学系统则没有中心遮拦，可避免能量损耗。离轴平行光管一般采用反射形式，因其不受光学材料限制可实现大口径，无色差，无中心遮挡，结构紧凑而被广泛使用。但是传统离轴反射式平行光管光学系统其反射面一般采用非球面，非球面可以很好改善像质，但非球面加工难度大，成本也很高。在后续的装调检测时，较一般球面镜，非球面镜往往更加困难，不同类型非球面镜还需要的特定的检测方法。在口径较大时，上述加工检测难度还会进一步加大，成本更高。同时，反射式平行光管光学系统一般低于0.5
°
，视场较小，不利于测试。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：提供一种离轴球面平行光管光学系统及其检测方法，以解决以上缺陷。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种离轴球面平行光管光学系统，包括第一平凸透镜、第二平凹透镜、第三球面反射镜，所述第一平凸透镜、第二平凹透镜、第三球面反射镜的曲面均为球面，所述第三球面反射镜采用倾斜设置，所述第一平凸透镜与第二平凹透镜之间采用非平行设置。
7.优选地，所述离轴球面平行光管光学系统的x-视场角、y-视场角均为
±1°
。
8.优选地，入射光透射经过第一平凸透镜和第二平凹透镜，最终由第三球面反射镜反射聚焦。
9.优选地，所述第一平凸透镜、第二平凹透镜材料均为bk7材质，所述第三球面反射镜为微晶玻璃。
10.优选地，所述第一平凸透镜和第二平凹透镜曲面曲率互为相反数。
11.优选地，所述第三反射镜倾斜一定角度完成离轴设计。
12.本发明的有益效果在于：
13.本发明一种离轴球面平行光管光学系统，入射光透射经过第一平凸透镜和第二平凹透镜，再经第三反射镜反射后成像。该系统采用全球面离轴设计，既没有中心遮拦，加工检测也更加简单，避免了同轴有遮拦，离轴反射式平行光管光学系统存在的加工装配检测
难、造价昂贵等技术问题，大大减小了加工以及检测难度，降低了生产成本。同时第一平凸透镜倾斜呈一定角度，第一平凸透镜与第二平凹透镜之间采用非平行设置，能够消除色差，校正像质，像质效果好，视场角较大。
附图说明
14.图1：本发明的离轴球面平行光管光学系统的光路图；
15.图2：实施例1的离轴球面平行光管光学系统点列图；
16.图3：实施例1的离轴球面平行光管光学系统的 y视场波前差图；
17.图4：实施例1的离轴球面平行光管光学系统的-y视场波前差图；
18.图5：实施例1的离轴球面平行光管光学系统的 x视场波前差图；
19.图6：实施例1的离轴球面平行光管光学系统的-x视场波前差图；
20.图7：实施例2的离轴球面平行光管光学系统点列图；
21.图8：实施例2的离轴球面平行光管光学系统的 y视场波前差图；
22.图9：实施例2的离轴球面平行光管光学系统的-y视场波前差图；
23.图10：实施例2的离轴球面平行光管光学系统的 x视场波前差图；
24.图11：实施例2的离轴球面平行光管光学系统的-x视场波前差图。
具体实施方式
25.结合附图1-11，对本发明的具体实施方式作如下说明：
26.如图1所示，一种离轴球面平行光管光学系统，包括第一平凸透镜1、第二平凹透镜2、第三球面反射镜3，第一平凸透镜1、第二平凹透镜2、第三球面反射镜3的曲面均为球面。第三球面反射镜采用倾斜设置，第一平凸透镜与第二平凹透镜之间采用非平行设置，即第一平凸透镜与第二平凹透镜之间具有一定的倾斜角度，便于光线传输，校正光路。入射光透射经过第一平凸透镜1和第二平凹透镜2，最终由第三球面反射镜3反射聚焦。其中，第一平凸透镜1、第二平凹透镜2材料均为bk7材质，第三球面反射镜3为微晶玻璃。第一平凸透镜1和第二平凹透镜2曲面曲率互为相反数，第三球面反射镜3倾斜一定角度完成离轴设计。
27.实施例1：
28.在离轴球面平行光管光学系统设计时，要求设计出的平行光管系统通光口径320mm，视场角为2
°
，焦距3600
±
20mm。
29.根据已有条件设计如下，一种离轴球面平行光管光学系统,其结构如图1所示，且详细结构如上所述，其具体参数为：系统孔径光阑为320mm，孔径光阑位于第一平凸透镜1前表面；第一平凸透镜1前后表面曲率半径为6052.616mm、∞；第一平凸透镜1到第二平凹透镜2距离为34.5mm；第二平凹透镜2前后表面曲率半径为-6052.616mm、∞，该透镜倾斜-5.412
°
；第二平凹透镜2到第三球面反射镜3距离3167.5mm；第三球面反射镜3曲率半径为-6768.52mm，反射镜倾斜角度为-3
°
。
30.经检测上述光学系统x-视场、y-视场均为
±1°
，焦距为3593.15mm，满足设计要求。实施例1中本发明的离轴球面平行光管光学系统的点列图以及波像差图，如图2-图6所示。由图2-6可知，全视场rms半径小于艾里斑半径(8.051μm)，达到衍射极限，像质良好；波像差全视场最大为0.14λ(λ＝632.8nm)。
31.实施例2：
32.在离轴球面平行光管光学系统设计时，要求设计出的平行光管系统通光口径200mm，视场角为2
°
，焦距1900
±
20mm。
33.根据已有条件设计如下，一种离轴球面平行光管光学系统,其结构如图1所示，且详细结构如上所述，其具体参数为：系统孔径光阑为200mm，孔径光阑位于第一平凸透镜1前表面；第一平凸透镜1前后表面曲率半径为3156.607mm、∞，该透镜倾斜0.376
°
；第一平凸透镜1到第二平凹透镜2距离为21.47mm；第二平凹透镜2前后表面曲率半径为-3056.607mm、∞，该透镜倾斜-5.535
°
；第二平凹透镜2到第三球面反射镜3距离1506.49mm；第三球面反射镜3曲率半径为-3746.141mm，反射镜倾斜角度为-3.068
°
。
34.经检测上述光学系统x-视场、y-视场均为
±1°
，焦距为1882.14mm，满足设计要求。实施例1中本发明的离轴球面平行光管光学系统的点列图以及波像差图，如图2-图6所示。由图2-6可知，全视场rms半径小于艾里斑半径(6.742μm)，达到衍射极限，像质良好；波像差全视场最大为0.12λ(λ＝632.8nm)。
35.对于上述实施例可知，本发明一种离轴球面平行光管光学系统，入射光透射经过第一平凸透镜和第二平凹透镜，再经第三反射镜反射后成像。通过倾斜各个镜体呈一定角度来完成消除色差，校正像质。同时对各个镜子的参数进行优化，rms(均方根)半径小于艾里斑半径，像质良好。采用离轴透反式结构，相对于传统透射式平行光管相比没有中心遮拦，具有更宽的光谱范围，且视场角较大，x-视场角、y-视场角均为
±1°
。该系统采用全球面离轴设计，既没有中心遮拦，加工检测也更加简单，避免了同轴有遮拦，离轴反射式平行光管光学系统存在的加工装配检测难、造价昂贵等技术问题，大大减小了加工以及检测难度，降低了生产成本。同时第一平凸透镜、第二平凹透镜、第三球面反射镜全部或部分倾斜呈一定角度，能够消除色差，校正像质，像质效果好，视场角较大。
36.上述结合附图对发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。