一次成像折反射式步进变焦距物镜

　　1 引 言

　　作者要设计一个用于远距离监视电视折反射式步进变焦距物镜。要求可用微光、白光和近红外三个波段切换应用。为了简化总体结构和降低成本，作者想使三个波段共用一个光学系统，这首先遇到的是二级光谱校正问题。按传统的办法，采用二次成像折反射式步进变焦方式，二级光谱不可能得到校正。经作者研究提出一次成像折反射式变焦方式，成功地解决了二级光谱校正问题。

　　2 理论解释

　　二次成像方式是在主反射镜后边(牛顿式)或次镜后边(卡塞格林式)成一中间像。后边再加进有步进变焦功能的转像系统，二级光谱就是由这一转像系统产生的。为估算二级光谱大小，作者得出如下公式，对近距离成像二级光谱LCD可表示为

　　其中：f ′为转像系统的焦距，m 为该系统的倍率。对于普通光学玻璃(p1-p2)/(v1-v2)接近一常数，因此当 m和f ′确定后，二级光谱是个定值。对于二次成像 m 为负数，且m 的绝对值大于或等于1。一个两倍的步进变焦物镜通常应取m=-1 和m=-2(这有利于避免在像面中心出现黑斑现象。黑斑为次镜(卡塞格林式)或小反射镜(牛顿式)的影像)。于是(1-m)2值为 4 和 9，即比 m=0，即为物在无限远时该系统的二级光谱的4倍和9 倍。(通常估算二级光谱都指的是物在无限远的情况)这也就是二次成像折反射步进变焦距物镜产生较大或很大二级光谱的原因，是过去设计经纬仪光学系统着重考虑过的问题。但对一次成像系统，m 为正值，如果取 m=1，则(1-m)2=0，即二级光谱为零，如果取 m=2，则(1-m)2=1，即相当于物在无限远时的二级光谱。由此可见一次成像比二次成像要小得多。此外，通过 m=1 的焦距位置的选择(通常是虚的)还可以进一步成倍地降低二级光谱，因为m=1 的焦距位置处在中间，因此长焦距和短焦距的二级光谱反号。

　　3 设计实例

　　设计一个远距离监视电视的折反射式步进变焦距物镜：

　　焦距：0.5 m、0.7 m、1 m 和 1.5 m;

　　相对孔径：F/2、F/2.8、F/4 和 F/6;

　　工作波段：微光：0.5 ～0.92 μm;

　　白光：0.4 ～0.7 μm;

　　近红外：0.78 ～1.1 μm;

　　像面尺寸：微光：18 mm(对角线);

　　白光和近红外：8 mm(对角线)。

　　设计方案见图1。采用卡塞格林式，用加倍率镜方式实现步进变焦，主镜前边为一无光焦度透镜组，在次镜后面为一负光焦度组，它将来自前面的光线变为平行光。在此平行光路中加进倍率镜，这样可以降低因倍率镜与系统的不同心对产生的像点移动的影响。图中虚线表示倍率镜，它由分离的正组和负组组成。