空間目標成像光學系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空間目標成像光學系統(tǒng)，屬于空間成像【技術(shù)領(lǐng)域】。解決了現(xiàn)有技術(shù)中空間目標成像光學系統(tǒng)運動部件多、可靠性差、質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)繁瑣的技術(shù)問題。本發(fā)明的光學系統(tǒng)包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第一透鏡、第一透鏡組、光闌和第二透鏡組，其中，第一透鏡的左表面為球面，右表面為高次非球面，第一透鏡的材料為熔融石英；高次非球面的非球面系數(shù)滿足下列公式：其中：z是透鏡在光軸方向上的矢高，c是頂點曲率，k是二次曲線常數(shù)，y是軸向距離，非球面系數(shù)D，E，F(xiàn)，G至少一個不為零。本發(fā)明的光學系統(tǒng)在保證大視場的前提下，具有大相對孔徑，畸變值小，系統(tǒng)可靠性強，且體積小、質(zhì)量輕。
【專利說明】空間目標成像光學系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種空間目標成像光學系統(tǒng)，屬于空間成像【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]小視場空間目標成像光學系統(tǒng)存在成像范圍小的問題，所以需要擴大其目標成像范圍?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常以加前置掃描鏡的方式擴大目標成像范圍，該系統(tǒng)雖然起到了擴大目標成像范圍的作用，但由于增加了前置掃描鏡，導致系統(tǒng)運動部件多，可靠性差。
[0003]此外，空間目標成像光學系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，容易受到?jīng)_擊和振動，造成光學系統(tǒng)內(nèi)部光學元件發(fā)熱，進而導致成像質(zhì)量差。現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用在光學系統(tǒng)前額外設(shè)置保護窗口進行被動熱控來解決這一問題，但這種光學系統(tǒng)質(zhì)量大、體積大，為工程應(yīng)用帶來不便。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中空間目標成像光學系統(tǒng)運動部件多、可靠性差、質(zhì)量大、體積大的技術(shù)問題，提供一種空間目標成像光學系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的空間目標成像光學系統(tǒng)包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第一透鏡、第一透鏡組、光闌和第二透鏡組；
[0006]所述第一透鏡的左表面為球面，右表面為高次非球面，第一透鏡的材料為熔融石英；
[0007]所述高次非球面的非球面系數(shù)滿足下列公式:
[0008]z =C> ，, + Oy4 + Eyb + FyH + Gy0
I + [1- (I + A:)i;".V"J
[0009]其中:z是透鏡在光軸方向上的矢高，c是頂點曲率，k是二次曲線常數(shù)，y是軸向距離，非球面系數(shù)D，E，F(xiàn)，G至少一個不為零；
[0010]所述第一透鏡組降低入射光線的出射角；
[0011]所述第二透鏡組對第一透鏡組的像差進行校正。
[0012]進一步的，所述第一透鏡組為反攝遠物鏡結(jié)構(gòu)。
[0013]進一步的，所述第一透鏡組包括從左至右沿同一光軸設(shè)置的第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡和第六透鏡；所述第二透鏡為平凹透鏡，第二透鏡的右表面為凹面；所述第三透鏡和第四透鏡均為彎月透鏡，第三透鏡和第四透鏡的左表面為凹面；所述第五透鏡和第六透鏡均為正透鏡。
[0014]進一步的，所述第二透鏡組為倒置的顯微物鏡結(jié)構(gòu)。
[0015]進一步的，所述第二透鏡組包括從左至右沿同一光軸設(shè)置的第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡和第十一透鏡；所述第七透鏡和第八透鏡為雙膠合透鏡，第七透鏡為負透鏡，第八透鏡為正透鏡；所述第九透鏡具有濾光片作用；所述第十透鏡與第十一透鏡為雙膠合透鏡，第十透鏡為正透鏡，第十一透鏡為負透鏡。[0016]進一步的，所述第七透鏡的材料為TF3，第八透鏡的材料為CAF2。
[0017]進一步的，所述第十透鏡的材料為CAF2，第十一透鏡的材料為TF3。
[0018]進一步的，所述第九透鏡的材料為熔融石英。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020](I)本發(fā)明的空間目標成像光學系統(tǒng)采用的窗口透鏡既起到保護窗口的作用，又具備像差校正的作用；
[0021](2)本發(fā)明光學系統(tǒng)在保證大視場的前提下，無需外加前置掃描鏡，減少了系統(tǒng)運動部件，提高了系統(tǒng)可靠性，且無需外加保護窗口，保證系統(tǒng)體積小、質(zhì)量輕；
[0022](3)本發(fā)明的系統(tǒng)具有大相對孔徑，有效保障了系統(tǒng)的探測概率與信噪比，且系統(tǒng)畸變值小，有利于圖像判讀。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例的空間目標成像光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實施 例的空間目標成像光學系統(tǒng)的像面照度曲線；
[0025]圖3為本發(fā)明實施例的空間目標成像光學系統(tǒng)在400nm-800nm工作譜段的傳遞函數(shù)曲線；
[0026]圖4為本發(fā)明實施例的空間目標成像光學系統(tǒng)的幾何畸變曲線；
[0027]圖1中:L1、第一透鏡，L2、第二透鏡，L3、第三透鏡，L4、第四透鏡，L5、第五透鏡，L6、第六透鏡，L7、第七透鏡，L8、第八透鏡，L9、第九透鏡，L10、第十透鏡，L11、第^^一透鏡。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合圖1-4進一步說明本發(fā)明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明的空間目標成像光學系統(tǒng)包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第一透鏡L1、第一透鏡組、光闌和第二透鏡組。其中，第一透鏡LI既起到了保護窗口的作用，又起到了校正系統(tǒng)像差的作用，兼具保護窗口與像差校正能力，第一透鏡的左表面SI為球面，右表面S2為高次非球面，第一透鏡的材料為熔融石英；高次非球面的非球面系數(shù)滿足下列公式:
O
[0030]Z =.C}+ D14 + Ey6 + Fy + Gym
\+[\-(\ + k)c:-y-f-
[0031]其中:z是透鏡在光軸方向上的矢高，c是透鏡的曲率，k是二次常數(shù)，y是軸向距離，非球面系數(shù)D，E，F(xiàn)，G中至少一個不為零。第一透鏡組能夠降低入射光線的出射角，第一透鏡組通常為反攝遠物鏡結(jié)構(gòu)。第二透鏡組對第一透鏡組的像差進行校正，第二透鏡組通常為倒置顯微鏡結(jié)構(gòu)，第二透鏡組物面為光學系統(tǒng)焦面，像面靠近光闌。
[0032]本發(fā)明空間目標成像光學系統(tǒng)的光路走向是:入射光線依次經(jīng)第一透鏡L1、第一透鏡組、光闌和第二透鏡組成像到像面上。
[0033]第一透鏡組可以包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第二透鏡L2、第三透鏡L3、第四透鏡L4、第五透鏡L5和第六透鏡L6 ;第二透鏡L2為平凹透鏡，第二透鏡L2的右表面為凹面，第三透鏡L3和第四透鏡L4均為彎月透鏡，第三透鏡L3和第四透鏡L4的左表面均為凹面；第五透鏡L5和第六透鏡L6均為正透鏡。[0034]第二透鏡組可以包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第七透鏡L7、第八透鏡L8、第九透鏡L9、第十透鏡LlO和第十一透鏡Lll ;第七透鏡L7和第八透鏡L8為雙膠合透鏡，第七透鏡L7為負透鏡，材料為TF3,第八透鏡L8為正透鏡，材料為CAF2 ;第九透鏡L9為小光焦度透鏡，材料為熔融石英，第九透鏡L9具有濾光片作用，第十透鏡LlO與第—^一透鏡Lll為雙膠合透鏡，第十透鏡Lll為透鏡，材料為CAF2,第H^一透鏡Lll為負透鏡，材料為TF3 ;第七透鏡L7和第八透鏡L8具有對色差和二級光譜的校正作用，第十透鏡LlO和第十一透鏡Lll具有對色差和二級光譜的校正作用。
[0035]第一透鏡組組成反攝遠結(jié)構(gòu)，將大入射角光線降低入射角后進入后續(xù)系統(tǒng)進行校正。第二透鏡組聯(lián)合形成消色差顯微結(jié)構(gòu)，完成對第一透鏡組殘余像差的校正。
[0036]實施例
[0037]表1為空間目標成像光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)
[0038]
【權(quán)利要求】
1.空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第一透鏡、第一透鏡組、光闌和第二透鏡組； 所述第一透鏡的左表面為球面，右表面為高次非球面，第一透鏡的材料為熔融石英； 所述高次非球面的非球面系數(shù)滿足下列公式:
2 Z =-^~^―- + Dv4 + Ev6 + Fyi + Gj/0 其中:Z是透鏡在光軸方向上的矢高，c是頂點曲率，k是二次曲線常數(shù)，y是軸向距離，非球面系數(shù)D，E，F(xiàn)，G至少一個 不為零； 所述第一透鏡組降低入射光線的出射角； 所述第二透鏡組對第一透鏡組進行像差校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組為反攝遠物鏡結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一透鏡組包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡和第六透鏡； 所述第二透鏡為平凹透鏡，第二透鏡的右表面為凹面； 所述第三透鏡和第四透鏡均為彎月透鏡，第三透鏡和第四透鏡的左表面為凹面； 所述第五透鏡和第六透鏡均為正透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡組為倒置的顯微物鏡結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第二透鏡組包括從左至右沿同一光軸依次設(shè)置的第七透鏡、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡和第H^一透鏡； 所述第七透鏡和第八透鏡為雙膠合透鏡，第七透鏡為負透鏡，第八透鏡為正透鏡；所述第九透鏡具有濾光片作用；所述第十透鏡與第十一透鏡為雙膠合透鏡，第十透鏡為正透鏡，第H^一透鏡為負透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第七透鏡的材料為TF3，第八透鏡的材料為CAF2。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第十透鏡的材料為CAF2Ji透鏡的材料為TF3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間目標成像光學系統(tǒng)，其特征在于，所述第九透鏡的材料為熔融石英。
【文檔編號】G02B13/04GK103969795SQ201410182050
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】孟慶宇, 紀振華, 董吉洪, 王維 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所