專利名稱：大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型所屬光電技術(shù)，光學設(shè)計在數(shù)碼成像中的運用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
二十世紀電子工業(yè)的發(fā)展達到了一個新的高峰，光的特質(zhì)性越來越體現(xiàn)其運用的廣泛性。光電結(jié)合的產(chǎn)品-數(shù)碼相機、激光設(shè)備等正在不斷的發(fā)展和完善，現(xiàn)代光學在國防、航天等各個方面如激光信息元件、光電子應用領(lǐng)域已非常很廣泛。
光電子信息處理產(chǎn)品包括數(shù)碼照相機、照相手機、掃描儀、激光讀取頭、多媒體投影儀、投影電視、網(wǎng)絡攝像頭等，光學在電子領(lǐng)域的運用已經(jīng)不斷的沖擊傳統(tǒng)光學領(lǐng)域每一種產(chǎn)品，如何將光學傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)如照相機、望遠鏡等合理的與現(xiàn)代光電子學進行接洽、融合，是傳統(tǒng)光學設(shè)計的一大難點。目前，光學系統(tǒng)在光電領(lǐng)域的運用主要包括1、光學設(shè)計的領(lǐng)域中，涉及到光電轉(zhuǎn)換器件的鏡頭設(shè)計主要是中、小口徑的透鏡設(shè)計，如數(shù)碼照相機、照相手機、掃描儀、激光讀取頭、多媒體投影儀、投影電視、網(wǎng)絡攝像頭等；以數(shù)碼照相機、照相手機為例，其特性是鏡頭片數(shù)多，焦距短，鏡片小型化較多，對材料特殊性要求高；多運用非球面設(shè)計，加工困難；2、大口徑的產(chǎn)品主要是運用在天文望遠鏡上，但其光學設(shè)計的要求一般都是很高的，根據(jù)其使用方式的劃分，可分為專業(yè)性的和業(yè)余愛好性的兩大種類，對專業(yè)性的來講，其光學性能的要求不僅僅只是中心分辨率要幾乎等于理論設(shè)計值，其在光學設(shè)計中的光學傳遞函數(shù)等的要求都很高，無論設(shè)計或是制造都很困難；3、光電數(shù)碼成像器件在傳統(tǒng)光學系統(tǒng)中的運用是困難的，無法做到高像素，即使是所謂的高像素也僅僅在無窮遠成像的中心分辨率處，例如原業(yè)余愛好型天體望遠鏡，目視時在中心是沒有太多像差的，但總是不會得到清晰、一致的視場成像；還有雙筒望遠鏡的數(shù)碼成像系統(tǒng)更是讓人感到有無法同步、又得不到更高像素的缺憾；4、在長焦鏡頭數(shù)碼鏡頭的設(shè)計中，日本Kowa公司曾設(shè)計了一個長焦300萬像素的變倍照相鏡頭，它是一個物鏡、目鏡都可變倍的觀靶鏡頭，但卻需要特殊光學材料才能制成，成本十分高昂。
目前市場上常見的折反射式遠攝光學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)即馬克斯托夫-卡塞格林系統(tǒng)(見圖1)，該系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用在望遠鏡系統(tǒng)之中，其工作原理是光線先通過一個彎月形校正透鏡，然后經(jīng)過第一反射鏡反射到第二反射面，然后再經(jīng)過第二反射面反射，通過第二個光欄射出。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，能在相同口徑和焦距的情況下，比其他類型的望遠鏡的機身短，并且玻璃元件都是由球面組成，容易加工制造。但是它還存在一些缺點如球差大，彗差大，僅對目視時成像情況可以認可，在用作數(shù)碼系統(tǒng)的時候，此光學系統(tǒng)的分辨率不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種鏡身短、口徑大、焦距長、采用普通光學材料制成反射鏡、其鏡面形狀為球形，極易于生產(chǎn)加工的大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)。本實用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本實用新型由折反射主鏡、反射主鏡、轉(zhuǎn)向機構(gòu)和鏡頭筒體組成，折反射主鏡位于反射主鏡前端，本實用新型的其特征是，在折反射主鏡的前端還設(shè)置有一分離式的，至少一面為曲面的修正透鏡；本實用新型修正透鏡所具有的曲面均為球面；本實用新型修正透鏡即可以是一面為凸球面一面為凹球面，還可以是一面為平面一面為凸球面。本實用新型修正透鏡與折反射主鏡有效口徑D一致，其有效口徑D范圍為60-300mm，其中優(yōu)選相對口徑為D/F＝1/6～1/10；本實用新型修正透鏡與折反射主鏡的間隔距離為L＝HR2+HR3+t，該公式中HR2=R2-R22-(D/2)2,]]>HR3=R3-R32-(D/2)2,]]>t＝0～50mm；其中R2為修正透鏡的第二面半徑，R3為折反射主鏡的第一面的半徑，HR2為R2面的弧高，HR3為R3面的弧高，D為修正透鏡的有效口徑，t為間隔的最合理變化區(qū)域。
本實用新型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點1、短鏡身，長焦距，大口徑；2、透鏡少，可依據(jù)成像系統(tǒng)的需要，采用低色散的光學材料；3、可在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在后添加像差校正透鏡；
4、回避開了透鏡過多、材料特殊、結(jié)構(gòu)復雜等的問題；5、也回避了透鏡加工復雜的問題6、最主要的解決了在數(shù)碼成像系統(tǒng)中，原來無法做到的大口徑、高像素的遠心光路的市場需求；7、比現(xiàn)有產(chǎn)品易于加工，沒有非球面零件的介入，沒有薄壁零件的介入，沒有內(nèi)反射鏡零件的介入，沒有膠合零件的介入，沒有打孔透鏡的介入等；8、成像質(zhì)量良好，在相對一致的視場比較中，具有低球差、低彗差、高分辨率的成像質(zhì)量；9、可以廣泛的將此光學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)運用在地面觀測如長焦數(shù)碼照相鏡頭，并兼?zhèn)淠恳暫吞煳耐h使用之中，甚至可以使用在微光、紅外的產(chǎn)品設(shè)計中。
下面結(jié)合說明書附圖及實施例進一步闡述本實用新型內(nèi)容
圖1為現(xiàn)有的折反射式遠攝光學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)即馬克斯托夫-卡塞格林系統(tǒng)原理圖；圖2為本實用新型折反射式遠攝光學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)原理圖；圖3為本實用新型折反射式遠攝光學結(jié)構(gòu)系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
見圖2，修正透鏡1、折反射主鏡2、反射主鏡3均采用普通光學材料按同軸安裝在鏡頭筒體5上，轉(zhuǎn)向機構(gòu)4位于鏡頭筒體5后部，修正透鏡1為一面凸一面凹的球面；折反射主鏡2也為一面凸一面凹的球面，其凹面向著折反射主鏡2的凹面；反射主鏡3為一面凹球面一面平面，其凹球面向著折反射主鏡2的凸面，修正透鏡1、折反射主鏡2、反射主鏡3的球面半徑分別是R1、R2、R3、R4、R5，此光學結(jié)構(gòu)是修正透鏡1、折反射主鏡2的4個透射面為前組物鏡組，兩個外反射面為后組物鏡組；其工作原理是光線通過修正透鏡1、折反射主鏡2的球面R1、R2、R3、R4后到達反射主鏡3的球面R5，將光線反射到折反射主鏡2的R4上，再經(jīng)過R4的反射，將不同物點的光線會聚到視場成像面6上對應的像點位置，最終將不同物點在視場成像面上的成像點組成了一個像面。在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同的需要(如目視、膠片照相、數(shù)碼照相等)連接相關(guān)的光學成像器件，滿足人們觀測的需要。
修正透鏡1的球面半徑R1、R2是根據(jù)具體的光學儀器產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)如口徑、焦距、透鏡間距、后截距、光學材料、像差等要求進行相應變化而確定的，可以是一凸一凹球面組成，也可是一平面一凸面組成；修正透鏡1的曲面皆為球面或平面與球面組成，只有在特殊用途下方可以改用非球面的面型；所有透鏡的光學材質(zhì)可采用普通光學材料，通常采用K9材料，并且如果采用更低色散的光學材料，如ED材料，像差減小、成像效果會更好；如果采用非球面，則也可改用樹脂鏡片；折反射主鏡2的球面半徑R3、R4也是根據(jù)具體的設(shè)計參數(shù)如口徑、焦距、透鏡間距、后截距、光學材料、像差等要求進行相應變化而確定的，通常是由一凹一凸球面組成，并在半徑R4上通常采用了反射球面的運用；折反射主鏡2通常上只采用球面設(shè)計，只有在特殊用途要求下可以將R3改用非球面的面型；折反射主鏡2的光學材質(zhì)一般化，通常采用K9材料，并且如果采用更低色散的光學材料，如ED材料，像差減小、成像效果會更好；如果采用非球面，也可改用樹脂鏡片；反射主鏡3的反射鏡R5采用的是外反射設(shè)計；反射主鏡3通常采用球面設(shè)計，只有在特殊用途要求下可以將R5改用非球面的面型；反射主鏡3光學材質(zhì)一般化，基本只采用K9材料，如果采用非球面，可改用樹脂鏡片；此光學結(jié)構(gòu)的幾個重要參數(shù)的控制修正透鏡1、折反射主鏡2、反射主鏡3的口徑D(入射光瞳)一般不作限制，最實用范圍為φ60~300mm，本實用新型相對口徑D/F＝1/6～1/10；在圖2中，修正透鏡1、折反射主鏡2組成的前組物鏡中，透鏡的大小基本一致，其間隔L在D＝φ60~300mm之下的控制范圍是L＝HR2+HR3+t其中HR2=R2-R22-(D/2)2,]]>HR3=R3-R32-(D/2)2,]]>t＝0～50mm；
R2為修正透鏡(1)的第二面半徑，R3為折反射主鏡(2)的第一面的半徑，HR2為R2面的弧高，HR3為R3面的弧高，D為修正透鏡的有效口徑，t為間隔的最合理變化區(qū)域?？趶紻(入射光瞳)與R4上反射區(qū)域d4的相對比例B的控制B＝D/d4≈2.0～3.5，之間由以上的參數(shù)控制和相關(guān)的設(shè)計要求(口徑、焦距、透鏡間距、后截距、光學材料、像差要求等等)已經(jīng)確定了圖2中L1、L2的變化范圍；本實用新型系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)采用歸一化數(shù)據(jù)，以80mm口徑的光學系統(tǒng)為例，具體結(jié)構(gòu)形成以下參數(shù)口徑D＝80mm相對口徑1/7.5后工作距離L2210.0mm視場至少1.4°的目視視場，1°的數(shù)碼成像范圍；歸一化后的系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)

本實用新型使用范圍1、地面觀測——如觀靶鏡、數(shù)碼長焦照相鏡頭、攝影鏡頭等；2、帶數(shù)碼成像技術(shù)的天文望遠物鏡；3、近紅外儀器、微觀觀測鏡等；
例如本實用新型使用在觀靶鏡時，如圖3，按照本實用新型的結(jié)構(gòu)，將修正透鏡1、折反射主鏡2、反射主鏡3分別安裝在鏡頭筒體5內(nèi)，轉(zhuǎn)向機構(gòu)4設(shè)置在反射主鏡3的后面，通過修正透鏡1、折反射主鏡2、反射主鏡3在轉(zhuǎn)向機構(gòu)4后面形成視場成像面6，在視場成像面6上設(shè)置有數(shù)碼成像電路7，能夠?qū)崿F(xiàn)照相、實時觀測，分辨率達到300萬像素。
權(quán)利要求1.大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，由折反射主鏡(2)、反射主鏡(3)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)(4)和鏡頭筒體(5)組成，折反射主鏡(2)位于反射主鏡(3)前端，其特征是，在折反射主鏡(2)的前端還設(shè)置有一分離式的，至少一面為曲面的修正透鏡(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，其特征是，修正透鏡(1)所具有的曲面均為球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，其特征是，修正透鏡(1)是一面為凸球面一面為凹球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，其特征是，修正透鏡(1)為一面為平面一面為凸球面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，其特征是，修正透鏡(1)與折反射主鏡(2)有效口徑D一致，其有效口徑D范圍為60-300mm，其中優(yōu)選相對口徑為D/F＝1/6～1/10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，其特征是，修正透鏡(1)與折反射主鏡(2)的間隔距離為L＝HR2+HR3+t，該公式中HR2＝R2-√R22-(D/2)2，HR3＝R3-√R32-(D/2)2，t＝0～50mm；其中R2為修正透鏡(1)的第二面半徑，R3為折反射主鏡(2)的第一面的半徑，HR2為R2面的弧高，HR3為R3面的弧高，D為修正透鏡的有效口徑，t為間隔的最合理變化區(qū)域。
專利摘要大口徑長焦距遠攝物鏡光學結(jié)構(gòu)，折反射主鏡(2)位于反射主鏡(3)前端，本實用新型特征是在折反射主鏡(2)的前端還設(shè)置有一分離式的，至少一面為曲面的修正透鏡(1)。本實用新型可使光學儀器短鏡身、口徑大、焦距長、并可采用普通光學材料制成反射鏡、其鏡面形狀均為球形，極易于生產(chǎn)加工，具有低球差、低彗差、高分辨率的成像質(zhì)量。
文檔編號G02B15/00GK2812032SQ20052002243
公開日2006年8月30日 申請日期2005年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月1日
發(fā)明者韓燕宏 申請人:韓燕宏