[发明专利]一种激光发射与成像共孔径的光学系统及设计方法

权利要求书

1.一种激光发射与成像共孔径光学系统，其特征在于，包括：

扩束望远组、后置成像组、扩束望远组与后置成像组之间设置的二向色镜，其中，

所述扩束望远组为包括A组主镜和A组次镜的离轴两反无焦卡塞格林系统，且A组主镜和A组次镜均为抛物面，A组主镜和A组次镜的焦点重合，无中间像点；

所述后置成像组为包括B组主镜、B组次镜和B组三镜组成的光路折叠的离轴三反射成像系统，其中，B组主镜、B组次镜和B组三镜均为自由曲面，B组次镜后的中间像点处设置平面反射镜。

2.如权利要求1所述的激光发射与成像共孔径光学系统，其特征在于，

作为激光发射光学系统时，激光束从二向色镜一侧入射，经二向色镜透射后，依次经A组次镜、A组主镜出射。

3.如权利要求1所述的激光发射与成像共孔径光学系统，其特征在于，

作为成像光学系统时，远处被观察物体的光束从A组主镜入射后经A组次镜、二向色镜反射后进入后置成像组，在后置成像组中依次经过B组主镜、B组次镜和B组三镜，并成像于CCD或CMOS上。

4.如权利要求1所述的激光发射与成像共孔径光学系统，其特征在于，

所述扩束望远组及后置成像组均采用全反射方式。

5.如权利要求1-4中任一项所述的激光发射与成像共孔径光学系统的设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：设计共口径系统的扩束望远组；

步骤2：设计后置成像组；

步骤3：将步骤1得到的扩束望远组与步骤2得到的后置成像组拼接，其中，扩束望远组同时作为激光发射窗口和后置成像组的无焦望远部分；

步骤4：对拼接得到的系统进行视场扩展和结构的进一步优化，得到激光发射与成像共口径光学系统。

6.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1.1，根据同轴两反卡塞格林系统并基于计算式：

得到A组主镜、A组次镜的距f′_A1和f′_A2，再由曲率半径等于焦距两倍的关系得A组主镜、A组次镜的曲率半径R_A1和R_A2，即R_A1＝2f′_A1，R_A2＝2f′_A2，再按照轴向机械尺寸要求确定A组主镜与A组次镜间隔d_A，以确定同轴扩束系统的结构参数R_A1、R_A2、k_A1、k_A2、d_A。

7.如权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述步骤1.1后还包括：

步骤1.2，对同轴扩束系统进行离轴处理，基于计算式

以得到离轴量Δ，p为装配余量，N为扩束倍率。

8.如权利要求5所述的设计方法，其特征在于，

所述步骤3中还包括：

A组主镜与B组三镜产生交叠，添加45°角放置的二向色镜使成像系统折转。