專利名稱：一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，尤其 涉及一種適合空間環(huán)境的用于航天空間交會對接等高精度定位系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
航天空間交會對接等高精度定位系統(tǒng)中需要有一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光 學(xué)系統(tǒng)，其使用要求很高，設(shè)計的技術(shù)難度很大，國內(nèi)尚無此類光學(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可滿足定位系統(tǒng) 高精度以及不同視場照度均勻性的要求、各視場彌散較均勻并且能夠使得鏡頭無漸暈的 超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系 統(tǒng)，其特殊之處在于所述超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)包括第一負(fù)透鏡、第一正 透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡；所述第一負(fù)透 鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡依次設(shè) 置于同一光路上。上述超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括帶通濾光片，所述帶通濾光片置 于第一負(fù)透鏡之前，并和第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、 第二正透鏡以及第三正透鏡處于同一光路上。上述超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括保護(hù)玻璃，所述保護(hù)玻璃置于帶 通濾光片之前，并和帶通濾光片處于同一光路上。上述超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括帶通濾光片，所述帶通濾光片置 于第三正透鏡之后，并和第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、 第二正透鏡以及第三正透鏡處于同一光路上。上述超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括保護(hù)玻璃，所述保護(hù)玻璃置于第 一負(fù)透鏡之前，并和第一負(fù)透鏡處于同一光路上。上述第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第 三正透鏡是采用普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。上述帶通濾光片選用顏色濾光玻璃。上述保護(hù)玻璃和第一負(fù)透鏡采用JGSl光學(xué)石英玻璃。上述第一正透鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡是鑭冕光學(xué)玻璃。上述第二負(fù)透鏡以及第三負(fù)透鏡是重火石光學(xué)玻璃。本發(fā)明的優(yōu)點是1、滿足定位系統(tǒng)高精度以及不同視場照度均勻性的要求。本發(fā)明采用多組元反 遠(yuǎn)距的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計像方遠(yuǎn)心光路，通過特殊布局，使之滿足在2m ⑴清晰成像，對使用譜段范圍可通過帶通濾光片實現(xiàn)。為了能使不同物距的物在像面所成的像的中心位置 基本不變，設(shè)計成像方遠(yuǎn)心光路才能滿足定位系統(tǒng)高精度以及不同視場照度均勻性的要 求。2、各視場彌散較均勻。本發(fā)明選用高折射率材料來減少軸外像差，使整個視場 角范圍內(nèi)像面較平整，做到各視場彌散較均勻。而且使入射角很大的面彎向光闌，以使 主光線的偏角盡量小，以減少軸外像差。為了改變球差和彗差，用整體彎曲的方法改變 光闌位置附近的透鏡。而對像散、畸變和倍率色差的校正通過改變遠(yuǎn)離光闌位置的透鏡 或透鏡組減小。3、鏡頭無漸暈且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。本發(fā)明采用波長范圍900nm-1000nm，因而帶 通濾光片玻璃選用HB850紅外濾光玻璃，考慮到航天環(huán)境中粒子輻射等對光學(xué)系統(tǒng)的影 響，保護(hù)玻璃和透鏡材料采用JGSl光學(xué)石英玻璃，其余正透鏡采用鑭冕光學(xué)玻璃，所有 負(fù)透鏡采用重火石光學(xué)玻璃，按上述結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)進(jìn)行制作要求其光學(xué)系統(tǒng)的焦距26mm， 視場角大于30.4°，后工作距離大于8.5mm，在2m 150m物距范圍內(nèi)，0.8視場內(nèi)最大 絕對畸變小于等于0.589 μ m，出瞳距29614.8mm且鏡頭無漸暈。


圖1為本發(fā)明所提供的較佳的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)的場曲和相對畸變曲線；圖3為本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線；圖4為本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)的彌散斑。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明提供了一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包 括第一負(fù)透鏡1、第一正透鏡2、第二負(fù)透鏡3、光闌7、第三負(fù)透鏡4、第二正透鏡5以 及第三正透鏡6 ；第一負(fù)透鏡1、第一正透鏡2、第二負(fù)透鏡3、光闌7、第三負(fù)透鏡4、 第二正透鏡5以及第三正透鏡6依次設(shè)置于同一光路10上。為了使得本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)能夠得到精度高的成像質(zhì)量，在該光學(xué)系統(tǒng) 中還包括帶通濾光片9，帶通濾光片9可以置于第一負(fù)透鏡1之前或第三正透鏡6之后， 并和第一負(fù)透鏡1、第一正透鏡2、第二負(fù)透鏡3、光闌7、第三負(fù)透鏡4、第二正透鏡5 以及第三正透鏡6處于同一光路10上?？紤]到航天環(huán)境中粒子輻射等對光學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)的影響，本發(fā)明所提供的上述系 統(tǒng)在包括以上部件外，還包括保護(hù)玻璃8，該保護(hù)玻璃8置于第一負(fù)透鏡1之前，如果帶 通濾光片9處于第一負(fù)透鏡1之前，那么保護(hù)玻璃8則置于帶通濾光片9之前，并和帶通 濾光片9處于同一光路10上。本發(fā)明所提及的光學(xué)系統(tǒng)是采用普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。耐輻照光學(xué) 玻璃可以在高能輻射(如Y射線、X射線及宇宙射線)作用下，具有一定抗輻射穩(wěn)定性， 主要表現(xiàn)在不易著色或變暗。該發(fā)明也可用在反應(yīng)堆、熱室及各種強(qiáng)放射性輻射的場合下。帶通濾光片9選用HB850紅外或者其它顏色濾光玻璃；保護(hù)玻璃7和第一負(fù)透鏡1采用JGSl光學(xué)石英玻璃；第一正透鏡2、第二正透鏡5以及第 學(xué)玻璃；第二負(fù)透鏡3以及第三負(fù)透鏡4是重火石光學(xué)玻璃。本發(fā)明中各個透鏡的技術(shù)參數(shù)是對于第一負(fù)透鏡正透鏡6是鑭冕光-2f' < f' ！ < -1.5f'0.5f' ！ < R1 < f' ！對于第一正透鏡0.5f' < f' 2 < f'0.5f' 2 < R3 < f' 2對于第二負(fù)透鏡-1.5Γ < f 3 < "f'0.2f' 3 < R5 < 0.5f'對于第三負(fù)透鏡-1.5Γ < f 4 < -f'
1.4 < Ii1 < 1.6 R9 < 0.5f,‘
1.6 < n2 < 1.8 50f' 2 < R4 < 60f' 2
透鏡1、第 焦距；Rl、
f
對于第
4 < R7 < 1.5f'正透鏡
< f' , < f'
1.6 < n3 < 1.8
R6 < 0.2f' 3
1.6 < n4 < 1.8 Rs < 2.5f',
1.6 < η, < 1.8
0.5f。
4f' 5 < R9 < 5f' 5 0.5f' ^ … 對于第三正透鏡
1.5f' < f' 6 < 2f' 1.6 < n6 < 1.8 1.5f' 6 < R11 < 2f' 6 f 對于以上各參數(shù)，其中，fl'、f2'、f3'、 -正透鏡2、第二負(fù)透鏡3、第三負(fù)透鏡4、 R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、負(fù)透鏡4、
< Rin < f'
6 < R12 < 1.5f'
6
f4'、f5'以及f6'分別為第一負(fù) 第二正透鏡5以及第三正透鏡6的 RIO、Rll以及R12分別為第一負(fù) 第二正透鏡5以及第三正透鏡6的
正透鏡
透鏡1、第一正透鏡2、第二負(fù)透鏡3、第:
十二個面的曲率半徑；nl、n2、n3、n4、n5以及n6分別為第一負(fù)透鏡1、第-2、第二負(fù)透鏡3、第三負(fù)透鏡4、第二正透鏡5以及第三正透鏡6的折射率。本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)的焦距約26mm，視場角大于30.4°，出瞳距大于 29000mm,在物距為2m ⑴時其光學(xué)系統(tǒng)在0.8視場內(nèi)的絕對畸變小于等于士 1 μ m，倍 率色差在全視場內(nèi)小于1.5 μ m，MTF>0.65 (33.31p/mm)；下面用實例來說明一些具體情況。參見圖2-圖4，以及表1，航天空間交會對接等高精度定位系統(tǒng)中的超低畸變大 視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)鏡頭，本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)的像差校正十分理想、軸外孔徑降低 很少、成像質(zhì)量很高，達(dá)到了設(shè)計的目的。這種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)鏡頭，通 過更換帶通濾光片，還適宜于不同譜段的交會測量系統(tǒng)中，同時可以在強(qiáng)光直接照射和 惡劣的環(huán)境中使用。表1為0.8視場內(nèi)不同物距所對應(yīng)的最大絕對畸變值
權(quán)利要求
1.一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述超低畸變大視場像 方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)包括第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、第二 正透鏡以及第三正透鏡；所述第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透 鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡依次設(shè)置于同一光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述超 低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括帶通濾光片，所述帶通濾光片置于第一負(fù)透鏡之 前，并和第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及 第三正透鏡處于同一光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述超 低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括保護(hù)玻璃，所述保護(hù)玻璃置于帶通濾光片之前， 并和帶通濾光片處于同一光路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述超 低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括帶通濾光片，所述帶通濾光片置于第三正透鏡之 后，并和第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第三正 透鏡處于同一光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述超 低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)還包括保護(hù)玻璃，所述保護(hù)玻璃置于第一負(fù)透鏡之前， 并和第一負(fù)透鏡處于同一光路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特 征在于所述第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第 三正透鏡是采用普通光學(xué)玻璃或耐輻照光學(xué)玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述帶 通濾光片選用顏色濾光玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述保 護(hù)玻璃和第一負(fù)透鏡采用JGSl光學(xué)石英玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第 一正透鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡是鑭冕光學(xué)玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第 二負(fù)透鏡以及第三負(fù)透鏡是重火石光學(xué)玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，該超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)包括第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡；第一負(fù)透鏡、第一正透鏡、第二負(fù)透鏡、光闌、第三負(fù)透鏡、第二正透鏡以及第三正透鏡依次設(shè)置于同一光路上；本發(fā)明提供了一種可滿足定位系統(tǒng)高精度以及不同視場照度均勻性的要求、各視場彌散較均勻并且能夠使得鏡頭無漸暈的超低畸變大視場像方遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號G02B1/00GK102023369SQ20091002394
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者豐善, 劉杰, 初昶波, 汶德勝, 王虎, 王 鋒, 苗興華, 解永杰 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所