專利名稱：一種曲面探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)成像技術(shù)或光學(xué)檢測技術(shù)，具體涉及一種曲面探測器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中是通過將不同鏡片的組合來達(dá)到系統(tǒng)所需要的指 標(biāo)；不論如何復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)基本都可以通過在合適的位置添加一定數(shù)量的鏡片然后用軟 件優(yōu)化，最后達(dá)到我們所需要的指標(biāo)；但是添加鏡片會帶來兩個(gè)問題1、成本增加這個(gè)是 所有光學(xué)設(shè)計(jì)工作者不太愿意看到的；2、對于某些有特殊要求的鏡頭，如果加入更多的鏡 片將會導(dǎo)致鏡頭重量及尺寸的超標(biāo)，然而對于某些如星敏感器等載荷器件而言，重量及尺 寸的超標(biāo)是不能被接受的。在這樣的情況下只能減少鏡片的數(shù)量重新設(shè)計(jì)，那么很有可能 最后只能降低光學(xué)系統(tǒng)本身的成像質(zhì)量。探測器對于光學(xué)系統(tǒng)來說提供的是一個(gè)成像像面，現(xiàn)有探測器一般類似長方體形 狀，通過其上面的光電轉(zhuǎn)換裝置將光學(xué)系統(tǒng)所傳遞的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，后續(xù)經(jīng)過處 理形成圖片。現(xiàn)階段國內(nèi)外的同行進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，都是將探測器的表面當(dāng)做平面來 進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以求用不同鏡片的不同組合完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成 像性能差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種曲面探測器，以克服現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、易超重、成像性能差的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種曲面探測器，其特征在于該探測器的外形為曲面。上述曲面是球面或橢球面。上述球面的曲率半徑的取值范圍是(_⑴，+⑴)，其單位是mm。上述球面的曲率半徑為-94mm或-58. 9mm。由于本發(fā)明所提供的曲面探測器的外型為曲面，因此，在光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)由于探 測器自身為曲面這一特征，本發(fā)明所提供的探測器相對于平面探測器能夠校正過多的場曲 和象散，從而會使其他的鏡片可以更多的去分擔(dān)其他幾種單色像差，進(jìn)而改善光學(xué)系統(tǒng)的 成像質(zhì)量并適度改善其結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)簡單，總重量減輕，降低成本，便于攜帶。


圖1是現(xiàn)有平面探測器為成像像面的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖2是圖1所示系統(tǒng)的MTF示意圖；圖3是圖1所示系統(tǒng)的像差曲線示意圖；圖4是曲面探測器為成像像面的光學(xué)系統(tǒng)示意3
圖5是圖4所示系統(tǒng)的MTF示意圖；圖6是圖4所示系統(tǒng)的像差曲線示意圖；圖7是曲面探測器為成像像面的另一光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖8是圖7所示系統(tǒng)的MTF示意圖；圖9是圖7所示系統(tǒng)的像差曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，該光學(xué)系統(tǒng)主要由八片透鏡自左而右組成透射式光學(xué)系統(tǒng)，最后的不同 視場光線(即入射光線角度)的出射光線全部成像到平面探測器上，形成像面。其具體光 路是光線在圖中從左至右方向傳播，光線首先入射到圖中的透鏡1的入射面，然后遵循折 射定律分別經(jīng)過透鏡2、3后，再通過通光孔4 (此孔徑限制了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的成像光束即孔 徑以外的光線將被此孔徑所遮擋將無法在像面上成像)，從該通光孔4出來的光線經(jīng)過一 個(gè)由5和6組成的雙膠合透鏡，再依次經(jīng)過透鏡7、8、9后，最后不同視場的光線將會相交在 平面探測器10的不同位置上。該系統(tǒng)總長為105mm (系統(tǒng)第一個(gè)鏡片的第一個(gè)表面到探測器的距離)?？傊亓考s 為338克，且滿足系統(tǒng)所要求的各種指標(biāo)。參見圖2，該光學(xué)系統(tǒng)對于光線傳遞調(diào)制的結(jié)果，大致能表征系統(tǒng)成像質(zhì)量，在截 至頻率(40對線處)各視場的MTF值都高于0.5，這樣的結(jié)果是可以接受的。參見圖3，最右邊一欄表征的是該系統(tǒng)的畸變結(jié)果，從曲線可以看出系統(tǒng)畸變是小 于0.5%的；中間的曲線表征的是系統(tǒng)的象散和場曲，場曲校正的不是特別的好，在最大視 場位置弧矢和子午場曲曲線成開口形，且張口較大。參見圖4，在圖1所示的光系統(tǒng)中，將平面探測器10替換為本發(fā)明的曲面探測器 11 (即外形為曲面的探測器)，且該曲面探測器是像面曲率半徑為-94的一個(gè)球面，該系統(tǒng) 的總長大概在IOOmm左右，比原來(圖1所示光學(xué)系統(tǒng))減少5mm，總重量下降為300克左 右，大約只有原來(圖1所示光學(xué)系統(tǒng))的90% (光學(xué)結(jié)構(gòu)變緊湊和輕便意味著裝卡鏡片 的機(jī)械結(jié)構(gòu)相應(yīng)的減少)。參見圖5，在截止頻率(40對線處)處，各視場的MTF值都大于0. 7，在一定程度上 提高了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。參見圖6，同時(shí)比較圖3，可見圖6的系統(tǒng)的弧矢場曲與子午場曲在最大視場處所 成的開口明顯要小于圖3中的情況，從圖中可以看到是子午場曲在大視場處有大幅度改
業(yè)
口 ο從以上圖中可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)相對于圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)而言一、成像質(zhì)量有比較大的提高，更大程度上保證了鏡頭的質(zhì)量，這是由于曲面探測 器的引入幫助系統(tǒng)校正了部分種類的像差，轉(zhuǎn)而讓其它鏡片分擔(dān)另外幾種像差而導(dǎo)致的結(jié) 果；二、系統(tǒng)的總長度減少了幾個(gè)毫米，這使得系統(tǒng)的重量減少了 10%左右——這是 由于設(shè)計(jì)過程中前3片鏡片重量減小了不少導(dǎo)致的結(jié)果。由此不難看出，大致同樣的光學(xué)系統(tǒng)，用曲面探測器時(shí)系統(tǒng)在成像質(zhì)量方面有顯 著提高，同時(shí)略微減少了系統(tǒng)的重量，壓縮了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
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參見圖7，該系統(tǒng)由7片鏡片組成(相對于圖1或4所示的光學(xué)系統(tǒng)減少了凹透鏡 8)，所用探測器為半徑等于-58. 9的球面探測器，系統(tǒng)總長為100mm，總重量為237克，僅為 圖1所示光學(xué)系統(tǒng)重量的68%。參見圖8，該系統(tǒng)MTF在截至頻率(40對線處)最大視場MTF大于0. 55，其余視場 MTF大于0. 65，由此可看出該光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量和圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果差不
^^ ο參見圖9，由圖中的中間那個(gè)曲線圖可以看系統(tǒng)的場曲有些大，但是不影響系統(tǒng)總 體指標(biāo)，畸變還是在0. 5 %以內(nèi)還是滿足指標(biāo)的。從以上圖中可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)相對于圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)而言一、兩者的成像質(zhì)量大致差不多，但該光學(xué)系統(tǒng)只用了 7片鏡片，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分 利用曲面探測器本身的彎曲外型，能在系統(tǒng)中分擔(dān)部分象散和場曲這個(gè)特點(diǎn)來保證了成像 質(zhì)量大致相同；二、該光學(xué)系統(tǒng)總長為100mm，比圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)少一些；但是總重量僅為237 克，為圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)總重量的68 %左右，這是此系統(tǒng)相比圖1所示系統(tǒng)最為突出的優(yōu)
點(diǎn)ο由此可見，兩系統(tǒng)的指標(biāo)一樣，成像質(zhì)量大致相同，用曲面探測器代替平面探測 器，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸及重量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于使用平面探測器的光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的曲面探測器的外形曲面的曲率半徑的取值范圍是(_⑴，+⑴)，其單位是 mm，具體的取值，根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)定。
權(quán)利要求
一種曲面探測器，其特征在于該探測器的外形為曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面探測器，其特征在于所述曲面是球面或橢球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面探測器，其特征在于所述球面的曲率半徑的取值范圍是(_ OO，+ OO )，其單位是讓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曲面探測器，其特征在于所述球面的曲率半徑為-94mm 或-58. 9mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種曲面探測器，該探測器的外形為曲面。由于本發(fā)明所提供的探測器的外型為曲面，相對于平面探測器能夠校正過多的場曲和象散，從而會使其他的鏡片可以更多的去分擔(dān)其他幾種單色像差，進(jìn)而改善光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量并適度改善其結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)簡單，總重量減輕，降低成本，便于攜帶。
文檔編號G01D21/00GK101943589SQ200910023260
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者張彭舜, 白秋菊, 達(dá)爭尚 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所