基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪

技术特征：
1.一种基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：包括沿信号传递方向依次设置的所述离轴三反主动连续变焦系统、aotf、投影系统、ccd、电子器件和cpu；其中，所述离轴三反主动连续变焦系统、aotf和投影系统沿光路依次设置，组成光学系统；定义，入射光线(1)传入离轴三反主动连续变焦系统的一侧为物方，出射光线传出离轴三反主动连续变焦系统的一侧为像方；所述离轴三反主动连续变焦系统包括变形驱动组件和沿光线传输方向依次设置的主镜(2)、孔径光阑、次镜(3)和三镜(4)，主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)均为变曲率反射镜；所述孔径光阑设置在离轴三反主动连续变焦系统的物方焦平面上，物方焦平面设置在次镜(3)上，用于形成像方远心光路系统；根据确定的主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)之间的距离及后截距，用于搭建离轴三反主动连续变焦系统；所述变形驱动组件分别与主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)连接，用于根据实际所需调节主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的曲率半径；所述投影系统用于将前置离轴三反主动连续变焦系统在aotf上的成像投影在ccd上，实现光谱仪中光学系统的二次成像；所述cpu的一个输出端与ccd连接，另一个输出端与射频驱动器连接，用于分别向ccd和射频驱动器发射控制信号；所述射频驱动器与aotf相接，用于向aotf发射控制信号以实现对光信号谱段的选择。2.根据权利要求1所述的基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：所述离轴三反主动连续变焦系统的变焦范围为150mm～600mm，变倍比为4
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，视场角为4.68
°
～1.17
°
，入瞳直径为40mm，f数为3.75～15，系统空间分辨率在5km处优于0.5m。3.根据权利要求2所述的基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：所述投影系统为定焦投影系统，投影系统放大率为n
×
，n≥1；所述光学系统的变焦范围为150mmn～600mmn，变倍比为4n
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。4.根据权利要求3所述的基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：所述变形驱动组件为电压驱动组件，用于通过电压的调节实现对主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的曲率半径进行调节。5.根据权利要求4所述的基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：所述孔径光阑设置在次镜(3)的表面，孔径光阑连接在次镜(3)上或孔径光阑与次镜(3)为一体结构。6.根据权利要求1-5任一所述的基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：所述确定的主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)之间的距离及后截距采用以下步骤确定：s1、根据主动反射式变焦光学系统设计理论，得到三反式主动变焦系统的总光焦度f、
后截距l3与各镜光焦度关系式：与各镜光焦度关系式：其中，d1为主镜(2)与次镜(3)之间的水平距离，d2为次镜(3)与三镜(4)之间的水平距离，为主镜(2)的光焦度，为次镜(3)的光焦度，为三镜(4)的光焦度；结合三阶像差理论，获取离轴三反主动连续变焦系统的初始结构；所述离轴三反主动连续变焦系统的初始结构中，沿入射光线(1)传输方向依次设置的主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)，主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)均为变曲率反射镜；s2、根据离轴三反主动连续变焦系统的目标参数，优化离轴三反主动连续变焦系统的结构参数，所述目标参数包括目标变倍比、目标连续变焦范围及目标连续变焦范围内像方远心，目标变倍比为4
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，目标连续变焦范围为150mm～600mm；优化过程为：s2.1、设置主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的偏心和倾斜量及离轴三反主动连续变焦系统的离轴量，用于保证离轴系统结构的稳定性；s2.2、根据步骤s1，选择d1、d2、l3其中一组，定义为d
′1、d
′2、l
′3并保持不变，通过改变主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的曲率半径，实现对和调节，且满足若通过改变主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的曲率半径，离轴三反主动连续变焦系统在目标连续变焦范围内实现连续变焦，且同时满足目标变倍比和目标连续变焦范围内像方远心，则进入步骤s2.3；若通过改变主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的曲率半径，无法实现目标参数，则选择其他组d
′1、d
′2、l
′3或返回步骤s2.1并重新设置主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的偏心和倾斜量及离轴三反主动连续变焦系统的离轴量，直至离轴三反主动连续变焦系统在目标连续变焦范围内实现连续变焦，且同时满足目标变倍比和目标连续变焦范围内像方远心，进入步骤s2.3；s2.3、根据选择的d
′1、d
′2和l
′3，获得目标连续变焦范围内，离轴三反主动连续变焦系统的总光焦度f与主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)曲率半径的映射关系，完成离轴三反主动连续变焦系统的结构参数确定。7.根据权利要求6所述的基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，其特征在于：步骤s2.1中，设置主镜(2)、次镜(3)和三镜(4)的偏心和倾斜量，使满足：入射光上边缘光线低于次镜(3)下边缘，出射光下边缘光线高于次镜(3)上边缘，主镜(2)的上边缘低于三镜(4)的下边缘；离轴三反主动连续变焦系统的离轴量为2～3。

技术总结
本发明涉及一种基于大变倍比离轴三反主动连续变焦系统的组合变焦光谱仪，以解决AOTF成像光谱仪采用变焦光学系统无法实现大变倍比且调焦通过机械方式实现导致系统不稳定的技术问题。该组合变焦光谱仪包括沿信号传递方向依次设置的主动连续变焦系统、AOTF、投影系统、CCD、电子器件和CPU，采用包括主镜、次镜和三镜的变曲率反射镜，且由在全变焦范围内实现像方远心成像的大变倍比离轴三反主动连续变焦光学系统与定焦投影系统组合变焦。本发明提供了适用于AOTF成像光谱仪的反射式主动连续变焦光学系统，无移动光学部件，光路简单，像面稳定，不受工作谱段限制，解决了主动变焦光学系统无法实现大变倍比的技术问题。系统无法实现大变倍比的技术问题。系统无法实现大变倍比的技术问题。


技术研发人员：常凌颖 王馨幼 王乙天 王冠儒 陈奎 梁驰
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2022/12/1