离轴反射式长焦大视场平行光管及其工作方法与流程

1.本发明涉及一种离轴反射式长焦大视场平行光管及其工作方法。


背景技术：

2.平行光管的结构型式包括折射式、反射式和折反射式，其中折射式和折反射式平行光管具有较大的视场，但由于光学玻璃折射率本身就与波长存在非线性关系，随着平行光管的焦距增大与光谱拓宽，光学系统的二级光谱以及色差便难以校正；反射式光学系统不经过材料内部，不存在色散的问题，故能应用于宽光谱的检测需求，其缺点是视场不够大；反射式系统可分为同轴反射和离轴反射两类，同轴反射由于中心存在遮拦，不适宜用在检测设备上，因此，大视场、高分辨率离轴反射式平行光管在装调检测领域具备诸多优势。
3.目前离轴反射式平行光管主要以三片离轴非球面镜组成，离轴反射式系统相较于同轴系统，其加工、装校更为困难，成本高，因此，怎样降低加工难度与成本成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种离轴反射式长焦大视场平行光管，适用光谱范围400-1000 nm，并且设计只采用一片凹二次双曲面镜，另外采用两片离轴球面镜，以降低加工难度与成本。
5.本发明是这样构成的，它包括沿光学入射方向依次设置的靶面d、三镜c、次镜b与主镜a，光束依次经靶面d、三镜c、次镜b、主镜a的反射后以平行光出射，所述主镜a的反射面为离轴凹双曲面，次镜b的反射面为离轴凸球面，三镜c的反射面为离轴凹球面。
6.进一步的，所述主镜a与三镜c的中心距离的y1满足：350 mm≤y1≤375 mm，次镜b与三镜c的中心距离y2满足：350 mm≤y2≤375 mm。
7.进一步的，所述主镜a与三镜c的间隔z1满足：85 mm≤z1≤95 mm，次镜b与三镜c的间隔z2满足：950 mm≤z2≤1000 mm。
8.进一步的，所述主镜a反射面顶点的曲率半径3500 mm≤abs（r1）≤4500 mm，双曲面离心率1.5≤e
²
≤2.1，且主镜a理论旋转角度0.5
°
≤θ1≤1.5
°
。
9.进一步的，所述次镜b反射面的曲率半径满足1500 mm≤abs（r1）≤2000 mm，离轴凹球面三镜c的曲率半径满足1500 mm≤abs（r1）≤2200 mm。
10.进一步的，光学系统的尺寸不超过625mm*1200mm。
11.进一步的，次镜b的反射面上设有光阑。
12.进一步的，一种离轴反射式长焦大视场平行光管的工作方法，光源发出的光束经过靶面d入射至三镜c，经过三镜c的反射后，光轴偏转一定角度，入射至次镜b，同理，光束继续依次经过次镜b与主镜a的离轴反射后，光束最终以平行光出射。
13.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）只采用一片二次曲面，另外采用两片离轴球面镜，以降低加工难度与成本；（2）适用光谱范围广，400-1000 nm；（3）畸变较
低，小于0.3%；（4）系统尺寸较小，小于625 mm*1200 mm。
附图说明
14.图1是本发明实施例光学系统构造示意图；图2是本发明实施例光学系统调制传递函数曲线；图3是本发明实施例光学系统点列图；图4是本发明实施例光学系图ray fan图；图5是本发明实施例光学系统畸变曲线；图6是本发明实施例光学系统相对照度曲线。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
16.实施例1：参照附图1-6所示，本实施例中，提供一种离轴反射式长焦大视场平行光管，离轴反射式长焦大视场平行光管的光学系统包括沿光学入射方向依次设置的靶面d、三镜c、次镜b与主镜a，光束依次经靶面d、三镜c、次镜b、主镜a的反射后以平行光出射，所述主镜a的反射面为离轴凹双曲面，次镜b的反射面为离轴凸球面，三镜c的反射面为离轴凹球面。
17.在本实施例中，所述主镜a与三镜c的中心距离的y1满足：350 mm≤y1≤375 mm，次镜b与三镜c的中心距离y2满足：350 mm≤y2≤375 mm。
18.在本实施例中，所述主镜a与三镜c的间隔z1满足：85 mm≤z1≤95 mm，次镜b与三镜c的间隔z2满足：950 mm≤z2≤1000 mm。
19.在本实施例中，所述主镜a 的离轴量为187 mm，次镜b的离轴量为10 mm，三镜c的离轴量为180 mm。
20.在本实施例中，所述主镜a的离轴凹双曲面顶点的曲率半径3500 mm≤abs（r1）≤4500 mm，双曲面离心率1.5≤e
²
≤2.1，且主镜a理论旋转角度0.5
°
≤θ1≤1.5
°
。
21.在本实施例中，所述次镜b离轴凸球面的曲率半径满足1500 mm≤abs（r1）≤2000 mm，离轴凹球面三镜c的曲率半径满足1500 mm≤abs（r1）≤2200 mm。
22.在本实施例中，光学系统的尺寸不超过625mm*1200mm，且光阑置于次镜b的反射面上。
23.在本实施例中，工作时：光源发出的光束经过靶面d入射至三镜c，经过三镜c的反射后，光轴偏转一定角度，入射至次镜b，同理，光束继续依次经过次镜b、主镜a的离轴反射后，光束最终以平行光出射。
24.实施例2：在本实施例中，离轴反射式长焦大视场平行光管匹配最大靶面为71 mm，视场角大于2
°
*2
°
，畸变小于0.3%，入瞳直径200 mm。
25.本实施例光学系统中各个镜片的具体参数见下表1：
表1参照图2，所述光管光学系统在特征频率50 lp/mm处的传递函数值大于0.4以上。
26.参照图3，所述光管光学系统的畸变较低，小于0.3%。
27.参照图6，所述离轴反射式光管光学系统的相对照度接近100%，不存在渐晕系数，达到预期的设计要求。
28.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
29.同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
30.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
31.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
32.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
33.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。