專利名稱：一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，特別涉及一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
望遠(yuǎn)鏡是一種用于觀察遠(yuǎn)距離物體的目視光學(xué)儀器。作為望遠(yuǎn)鏡主要部件的望遠(yuǎn)鏡物鏡主要有三種結(jié)構(gòu)形式折射式、反射式和折反射式。折射式望遠(yuǎn)物鏡結(jié)構(gòu)簡單，鏡片個(gè)數(shù)2 3片，制造方便,光能損失小,通過合理選擇玻璃對,可以校正球差、正弦差、色差，不能校正二級光譜，所成象為倒像。相比于反射式、折反射式系統(tǒng)，在相同物鏡焦距條件下，它的筒長最長，和焦距長度相當(dāng)。天文望遠(yuǎn)鏡常用反射式望遠(yuǎn)物鏡。因?yàn)樘煳耐h(yuǎn)鏡需要的光學(xué)口徑非常大，若用折射式物鏡，一是無法保證玻璃熔煉時(shí)的均勻性，二是玻璃的自重使面形精度無法保證。反射式系統(tǒng)可 以克服這些問題，而且反射式系統(tǒng)無需校正色差，系統(tǒng)筒長短，但口徑有部分遮攔，光能損失大。常見的反射式望遠(yuǎn)物鏡，主要是卡塞格林系統(tǒng)和格列果里系統(tǒng)，其中卡塞格林系統(tǒng)主鏡是拋物鏡，次鏡是雙曲面，所成象是倒像；格列果里系統(tǒng)的主鏡為拋物面，次鏡為橢球面，所成象為正像。反射系統(tǒng)對軸外像差的校正很困難，因此反射系統(tǒng)的視場角一般都比較小。折反射系統(tǒng)以一塊反射鏡為基礎(chǔ)，加入折射元件，用來校正球差，得到了較好的效果。比較典型的折反射系統(tǒng)有施密特物鏡和馬克蘇托夫物鏡。施密特物鏡由球面主鏡和施密特校正板組成。校正板是個(gè)透射元件，其中一個(gè)面是平面，另一個(gè)面是非球面。該系統(tǒng)焦面在校正板和球面主鏡之間，觀察時(shí)需靠反射鏡引出光路外。馬克蘇托夫物鏡由球面主鏡和彎月型厚透鏡組成。同樣，馬克蘇托夫物鏡的焦面也在彎月型厚透鏡和球面主鏡之間，需要靠反射鏡引出光路外。由以上分析可以知，折射式望遠(yuǎn)物鏡無法滿足大口徑天文望遠(yuǎn)鏡的需要，且光路較長，攜帶很不方便；反射式望遠(yuǎn)物鏡口徑大，筒長短，但對軸外像差的校正很困難，視場較小；相比而言，透射加反射的望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)筒長短，其像質(zhì)好于反射式系統(tǒng)，但不利于觀察。其次，要達(dá)到較好的像質(zhì)，望遠(yuǎn)物鏡的鏡面數(shù)都在2個(gè)及2個(gè)以上，要在單片透鏡或單片反射鏡上達(dá)到良好的成像質(zhì)量存在一定的困難，因此，材料和加工成本較高。中國實(shí)用新型專利“非球面反射鏡-非球面透鏡整體成型鏡片”(CN 201867533U)公開了一種具有復(fù)合功能且為整體成型的光學(xué)鏡片，是由非球面反射鏡和非球面透鏡構(gòu)成，用于折反射攝影物鏡及折反射望遠(yuǎn)鏡。該鏡片外環(huán)域?yàn)榉乔蛎娣瓷溏R，內(nèi)環(huán)域?yàn)殡p面非球面透鏡，非球面反射鏡和非球面透鏡同軸且一體，采用光學(xué)塑料或光學(xué)玻璃整體成型。該技術(shù)方案僅為一個(gè)整體成型的鏡片，鏡片很薄，無法在鏡片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)光線的二次反射；其次該鏡片僅為折反射物鏡系統(tǒng)中的一個(gè)元件，不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)物鏡功能；另外，該鏡片外環(huán)域的兩個(gè)面都為反射面，內(nèi)環(huán)域的兩個(gè)面都為折射面。中國發(fā)明專利“折衍混合望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)”(CN 100498414C)公開了一種折衍混合望遠(yuǎn)鏡物鏡系統(tǒng)。該系統(tǒng)有校正鏡、主反射鏡和副反射鏡組成，在系統(tǒng)前端的校正鏡為一塊二元光學(xué)衍射透鏡，主反射鏡和副反射鏡為球面鏡。由于采用了球面鏡，系統(tǒng)的加工、檢驗(yàn)、裝配的難度大大降低、制造成本也大大下降，加工效率提高；且采用模壓復(fù)制工藝制作二元衍射元件也使制造成本降低。該系統(tǒng)光路長度縮短為焦距的一半左右，但系統(tǒng)中的元件個(gè)數(shù)相比與傳統(tǒng)的望遠(yuǎn)物鏡類型并沒有減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種光路短，視場大，像差校正能力強(qiáng)，系統(tǒng)像質(zhì)高的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)，它為一片軸對稱的圓形鏡片，按光路順序，鏡片的前表面和后表面分別包括一個(gè)與光軸同心、位于鏡片中心的圓形孔徑和一個(gè)包圍該圓形孔徑的環(huán)形孔徑，它們的面形為軸對稱非球面或球面；所述鏡片的前表面，它的圓形孔徑鍍有內(nèi)反射膜，其口徑小于等于鏡片全口徑的30%，它的環(huán)形孔徑鍍有減反射膜；所述鏡片的后表面，它的圓形孔徑鍍有減反射膜，其口徑小于等于鏡片全口徑的30%，它的環(huán)形孔徑鍍有內(nèi)反射膜。所述鏡片的前表面，其中心圓形孔徑面與環(huán)形孔徑面在光軸上的頂點(diǎn)之間的距離小于等于3mmο所述鏡片的后表面，其中心圓形孔徑面與環(huán)形孔徑面在光軸上的頂點(diǎn)之間的距離小于等于3mmο所述的鏡片，其材料為光學(xué)塑料、光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在一個(gè)單片上實(shí)現(xiàn)了望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)，減少了鏡片個(gè)數(shù)，降低了材料和加工成本；在一個(gè)單片上實(shí)現(xiàn)了折射和反射的結(jié)合，繼承了反射式望遠(yuǎn)物鏡的優(yōu)點(diǎn)，極大地縮短了光路長度，縮短長度到物鏡焦距的15%左右，使望遠(yuǎn)鏡小型化，便于攜帶；由于增加了透射面，且采用了非球面，提高了校正像差的能力。既可用于一般觀察，也可用于天文觀測；鏡面材料可以是光學(xué)塑料，光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的垂軸像差圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的波像差圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的望遠(yuǎn)物鏡加入目鏡后組成的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的成正像的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖；其中、I、第一折射面；2、第一反射面；3、第二反射面；4、第二折射面；5、物鏡像面；6、單片式望遠(yuǎn)物鏡；7、目鏡系統(tǒng)；8、出瞳面(該處設(shè)有一片理想透鏡，焦距為16.9mm) ;9、像平面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例I
本實(shí)施例提供一種望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)系統(tǒng)，鏡片材料采用光學(xué)塑料，光學(xué)系統(tǒng)具體指標(biāo)如下望遠(yuǎn)物鏡通光口徑 Φ 80mm ；相對口徑D/F:1/8 ；系統(tǒng)焦距640mm ;工作波長O. 4861 μ m O . 6563 μ m ；全視場1° ;本實(shí)施例提供一種望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)系統(tǒng),它為一片軸對稱的圓形鏡片，按光路順序，鏡片的前表面和后表面分別包括一個(gè)與光軸同心、位于鏡片中心的圓形孔徑和一個(gè)包圍該圓形孔徑的環(huán)形孔徑，它們的面形可以為軸對稱非球面或球面，相比較，使用球面的系統(tǒng)像質(zhì)差于非球面。參見圖1，按光線經(jīng)過的順序，入射的平行光首先經(jīng)過第一折射面1，即鏡片前表面的環(huán)形孔徑，折射到第一反射面2，即鏡片后表面的環(huán)形孔徑，然后反射到第二反射面3，即鏡片前表面的圓形孔徑上，再反射到第二折射面4，即鏡片后表面的圓形孔徑上，經(jīng)折射，最后會聚到物鏡像面5。本實(shí)施例中，第一折射面I (鏡片前表面的環(huán)形孔徑)為鍍有減反射膜的凸面，第一反射面2(鏡片后表面的環(huán)形孔徑)為鍍有內(nèi)反射膜的凹面，第二反射面3(鏡片前表面的圓形孔徑)為鍍有內(nèi)反射膜的凹面，第二折射面4(鏡片后表面的圓形孔徑)為鍍有減反射膜的凸面，入射光為平行光，出射光為會聚光，所成像為倒像，構(gòu)成一個(gè)單片式的望遠(yuǎn)物鏡。光學(xué)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如表I和表2所示。厚度指各面在光軸上的頂點(diǎn)之間的距離。折射面I和4為高次非球面，反射面2和3為二次非球面。表I
權(quán)利要求
1.一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于它為一片軸對稱的圓形鏡片，按光路順序，鏡片的前表面和后表面分別包括一個(gè)與光軸同心、位于鏡片中心的圓形孔徑和一個(gè)包圍該圓形孔徑的環(huán)形孔徑，它們的面形為軸對稱非球面或球面；所述鏡片的前表面，它的圓形孔徑鍍有內(nèi)反射膜，其口徑小于等于鏡片全口徑的30%，它的環(huán)形孔徑鍍有減反射膜；所述鏡片的后表面，它的圓形孔徑鍍有減反射膜，其口徑小于等于鏡片全口徑的30%，它的環(huán)形孔徑鍍有內(nèi)反射膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述鏡片的前表面，其中心圓形孔徑面與環(huán)形孔徑面在光軸上的頂點(diǎn)之間的距離小于等于3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述鏡片的后表面，其中心圓形孔徑面與環(huán)形孔徑面在光軸上的頂點(diǎn)之間的距離小于等于3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的鏡片，其材料為光學(xué)塑料、光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)。它為一片軸對稱的圓形鏡片，按光路順序，鏡片的前表面和后表面分別包括一個(gè)與光軸同心、位于鏡片中心的圓形孔徑和一個(gè)包圍該圓形孔徑的環(huán)形孔徑，它們的面形為軸對稱非球面或球面；所述鏡片的前表面，它的圓形孔徑鍍有內(nèi)反射膜,它的環(huán)形孔徑鍍有減反射膜；所述鏡片的后表面，它的圓形孔徑鍍有減反射膜,它的環(huán)形孔徑鍍有內(nèi)反射膜。本發(fā)明在一個(gè)單片上實(shí)現(xiàn)了望遠(yuǎn)物鏡系統(tǒng)，減少了鏡片個(gè)數(shù)；在一個(gè)單片上實(shí)現(xiàn)了折射和反射的結(jié)合，在保持了反射式望遠(yuǎn)物鏡優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，極大地縮短了光路長度，使望遠(yuǎn)鏡小型化；由于增加了透射面，且采用了非球面，提高了校正像差的能力，既可用于一般觀察，也可用于天文觀測。
文檔編號G02B13/18GK102621666SQ20111044479
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者余景池, 曾春梅 申請人:蘇州大學(xué)