專利名稱：一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)測量儀器領(lǐng)域，尤其是一種將目標(biāo)物的紅外輻射收集并傳遞至紅外探測器的光學(xué)系統(tǒng)，具體為一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國外一些紅外透射式物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)的方法多采用雙膠合或者雙分離物 鏡來進行設(shè)計，雙膠合物鏡中正透鏡使用低色散材料，負(fù)透鏡用高色散材料，除了能校正球 差、正弦差并保證光焦度外，還可以校正色差，但實際上可用的紅外材料并不多，通常將兩 個透鏡分開，中間有一定的空氣間隔，相鄰?fù)哥R面的曲率也可以不相等，這就可以在較大范 圍內(nèi)選用材料。現(xiàn)在中紅外區(qū)常采用硅和鍺作為透鏡材料。就整個系統(tǒng)中的濾光片尺寸和 所要求的視場角度9° x6.8°而言，該紅外物鏡的焦距需在60mm左右才能達到觀測要求， 但因后續(xù)光路中有轉(zhuǎn)動機構(gòu)，所以該紅外物鏡必須設(shè)計成一短焦距、長后截距的物鏡系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中紅外透射 物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)測量帶來的后截距過小，不利于后續(xù)整體結(jié)構(gòu)的安裝的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，依次包括有同光軸設(shè)置的紅外物鏡組、透鏡組，其 特征在于所述紅外物鏡組和透鏡組之間的光路上相對所述光軸傾斜設(shè)置有可轉(zhuǎn)動的濾光 輪，所述濾光輪上開有多個窗口，窗口中分別安裝有帶通濾光片，不同窗口中的帶通濾光片 波長范圍均不相同。所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述紅外物鏡組包括依次同 光軸設(shè)置的第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡和正透鏡，所述第一、第二負(fù)透鏡之間的光路上設(shè)置有 光闌，所述第二負(fù)透鏡的兩個鏡面、正透鏡面向第二負(fù)透鏡的鏡面均為偶次非球面面型。所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述濾光輪上開有五個窗口， 所述窗口按圓周均勻分布在濾光輪上，相應(yīng)的帶通濾光片有五個。所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述帶通濾光片的波長范圍 分別為2. 7 2. 95 μ m、3 4 μ m、3. 6 4. 2 μ m、4. 2 4. 45 μ m、4 5 μ m。所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述濾光輪相對所述光軸傾 斜角度為30度。本發(fā)明利用反攝遠(yuǎn)物鏡式，在視場9° x6.8°范圍內(nèi)有五種帶通濾光片(2. 7 2. 95 μ m、3 4 μ m、3. 6 4. 2 μ m、4. 2 4. 45 μ m、4 5 μ m)，尺寸大小為 17 X 28mm,安裝在 濾光輪上，呈一定角度在主光路上放置。實際安裝結(jié)構(gòu)需要使后截距放大到焦距的3. 5倍 以上，為有效的校正球差和某些軸外像差，系統(tǒng)中三個面采用偶次非球面面型，從而來提高 測量的準(zhǔn)確性，并因此大大的減少透鏡的片數(shù)(只用了 3片透鏡，若不用非球面則需要6-7 片透鏡才能達到效果)，盡可能地控制成本。
本發(fā)明中設(shè)置有紅外物鏡組，紅外物鏡組的后續(xù)光路上依次設(shè)置有濾光片、透鏡 組，從透鏡組出射的光成像在紅外探測器上；濾光片為五種帶通濾光片(2. 7 2. 95 μ m、 3 4 μ m、3. 6 4· 2 μ m、4. 2 4· 45 μ m、4 5 μ m)，尺寸大小為17 X 28謹(jǐn)，分別安裝在濾 光輪的結(jié)構(gòu)形式上；透鏡組是將濾光片上的像再二次成像到紅外探測器上。紅外物鏡由分離的負(fù)、正光組構(gòu)成，負(fù)光組由第一負(fù)透鏡構(gòu)成，正光組由第二負(fù)透 鏡、正透鏡構(gòu)成，靠近物空間的光組具有負(fù)光焦度，稱為前組，靠近像平面的光組具有正光 焦度，稱為后組，光闌設(shè)在負(fù)、正光組中間。入射光經(jīng)過負(fù)組后，軸外光束有較大的入射高 度，產(chǎn)生了較大的初級軸外像差和高級軸外像差。視場不大時，前組可以采用單片負(fù)透鏡。 前組產(chǎn)生的軸外像差能力求其本身解決，剩余的量可以由后組補償。反攝遠(yuǎn)物鏡的后組承 擔(dān)較大的孔徑，其視場由于前組的發(fā)散作用，已經(jīng)有所減小。為了校正球差和某些軸外像 差，后組兩片鏡子有三個面采用了偶次非球面面型。入射光線經(jīng)過前組發(fā)散后，再經(jīng)過后組 會聚于焦平面上。由于像方主面位于正組的右側(cè)靠近像平面的空間里，因此后工作距可以 大于焦距。這里的焦距為60mm左右，而后截距為220mm左右，大約是焦距的3. 5倍。通過本發(fā)明中紅外物鏡鏡頭的MTF傳遞函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)設(shè)計的鏡頭在一定 的空間頻率范圍內(nèi)具有良好的分辨率和對比度，滿足紅外成像系統(tǒng)的需求，進而解決因后 截距過短，結(jié)構(gòu)空間上無法滿足的問題。利用反攝遠(yuǎn)物鏡的方式通過不同材料的配合以及 三個偶次非球面面型提高了成像質(zhì)量。具體地說，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)、采用反攝遠(yuǎn)紅外物鏡成像的方法實現(xiàn)短焦距、長后截距的效果，從而為后繼 光機系統(tǒng)提供安裝空間；(2)、采用不同材料的正負(fù)透鏡組校正球差、色差，同時結(jié)合光闌完成對軸外像差的校正工作；(3)、其中后組中的兩塊鏡子有三個面采用了偶次非球面面型，在更好控制像差的 同時也減少了鏡片的片數(shù)。


圖1為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)圖。圖2為本發(fā)明紅外物鏡組光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖1、圖2所示。一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)置一組紅外物鏡組1，紅外物 鏡組1的后續(xù)光路上依次設(shè)置有濾光輪2、透鏡組3，紅外探測器4。紅外物鏡組1為第一負(fù) 透鏡a、第二負(fù)透鏡b和正透鏡c依次同光軸組成，紅外物鏡組1采用反攝遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)，由分離的 負(fù)、正光組構(gòu)成，分別由三塊鏡子組成，前組一塊，后組兩塊，選用硅(Si)作為前組第一負(fù) 透鏡a的材料，鍺(Ge)作為后組中的第二負(fù)透鏡b的材料，硅(Si)作為后組中正透鏡c的 材料。通過不斷優(yōu)化鏡片的曲率半徑、厚度以及各鏡片之間的間距來達到最佳的像質(zhì)效果。 另外，后組中的兩塊鏡子中有三個面采用偶次非球面面型，其中第二負(fù)透鏡b的兩個鏡面、 正透鏡c朝向第二負(fù)透鏡b的鏡面為偶次非球面面型。濾光輪2中開有五個窗口，每個窗 口中安裝有一個波長范圍的帶通濾光片，五種帶通濾光片波長范圍分別為2. 7 2. 95 μ m、 3 4μπι、3. 6 4. 2μπι、4. 2 4. 45μπι、4 5μπι，尺寸大小為17 X 28mm，安裝在濾光輪上，濾光輪呈30度傾斜設(shè)置在主光路上。目標(biāo)物的紅外輻射入射光進入紅外物鏡組1后匯聚到濾光輪2的濾光片上，再通過透鏡組3成像到紅外探測器4上。
權(quán)利要求
一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，依次包括有同光軸設(shè)置的紅外物鏡組、透鏡組，其特征在于所述紅外物鏡組和透鏡組之間的光路上相對所述光軸傾斜設(shè)置有可轉(zhuǎn)動的濾光輪，所述濾光輪上開有多個窗口，窗口中分別安裝有帶通濾光片，不同窗口中的帶通濾光片波長范圍均不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述紅外物鏡 組包括依次同光軸設(shè)置的第一負(fù)透鏡、第二負(fù)透鏡和正透鏡，所述第一、第二負(fù)透鏡之間的 光路上設(shè)置有光闌，所述第二負(fù)透鏡的兩個鏡面、正透鏡面向第二負(fù)透鏡的鏡面均為偶次 非球面面型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述濾光輪上 開有五個窗口，所述窗口按圓周均勻分布在濾光輪上，相應(yīng)的帶通濾光片有五個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述帶通濾光 片的波長范圍分別為2. 7 2. 95 μ m、3 4 μ m、3. 6 4. 2 μ m、4. 2 4. 45 μ m、4 5 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述濾光輪相 對所述光軸傾斜角度為30度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反攝遠(yuǎn)物鏡導(dǎo)入光學(xué)系統(tǒng)，依次包括有同光軸設(shè)置的紅外物鏡組、透鏡組，紅外物鏡組和透鏡組之間的光路上相對光軸傾斜設(shè)置有可轉(zhuǎn)動的濾光輪，濾光輪上開有多個窗口，窗口中分別安裝有帶通濾光片，不同窗口中的帶通濾光片波長范圍均不相同。通過本發(fā)明中紅外物鏡鏡頭的MTF傳遞函數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)設(shè)計的鏡頭在一定的空間頻率范圍內(nèi)具有良好的分辨率和對比度，滿足紅外成像系統(tǒng)的需求，進而解決因后截距過短，結(jié)構(gòu)空間上無法滿足的問題。利用反攝遠(yuǎn)物鏡的方式通過不同材料的配合以及三個偶次非球面面型提高了成像質(zhì)量。
文檔編號G02B5/20GK101840058SQ20101017294
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者劉文清, 司福祺, 方武, 江宇, 王亞萍, 謝品華 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所