专利名称：一种曲面探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于光学成像技术或光学检测技术，具体涉及一种曲面探测器。
背景技术：
现有的光学系统在设计过程中是通过将不同镜片的组合来达到系统所需要的指 标；不论如何复杂的光学系统基本都可以通过在合适的位置添加一定数量的镜片然后用软 件优化，最后达到我们所需要的指标；但是添加镜片会带来两个问题1、成本增加这个是 所有光学设计工作者不太愿意看到的；2、对于某些有特殊要求的镜头，如果加入更多的镜 片将会导致镜头重量及尺寸的超标，然而对于某些如星敏感器等载荷器件而言，重量及尺 寸的超标是不能被接受的。在这样的情况下只能减少镜片的数量重新设计，那么很有可能 最后只能降低光学系统本身的成像质量。探测器对于光学系统来说提供的是一个成像像面，现有探测器一般类似长方体形 状，通过其上面的光电转换装置将光学系统所传递的光学信号转换为电信号，后续经过处 理形成图片。现阶段国内外的同行进行光学系统设计的时候，都是将探测器的表面当做平面来 进行光学系统设计，以求用不同镜片的不同组合完成相应的设计指标，其存在结构复杂、成 像性能差的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曲面探测器，以克服现有的光学系统设计中存在的结 构复杂、易超重、成像性能差的技术问题。本发明的技术解决方案是—种曲面探测器，其特征在于该探测器的外形为曲面。上述曲面是球面或椭球面。上述球面的曲率半径的取值范围是(_⑴，+⑴)，其单位是mm。上述球面的曲率半径为-94mm或-58. 9mm。由于本发明所提供的曲面探测器的外型为曲面，因此，在光学系统设计时由于探 测器自身为曲面这一特征，本发明所提供的探测器相对于平面探测器能够校正过多的场曲 和象散，从而会使其他的镜片可以更多的去分担其他几种单色像差，进而改善光学系统的 成像质量并适度改善其结构，使其结构简单，总重量减轻，降低成本，便于携带。
图1是现有平面探测器为成像像面的光学系统示意图；图2是图1所示系统的MTF示意图；图3是图1所示系统的像差曲线示意图；图4是曲面探测器为成像像面的光学系统示意3
图5是图4所示系统的MTF示意图；图6是图4所示系统的像差曲线示意图；图7是曲面探测器为成像像面的另一光学系统示意图；图8是图7所示系统的MTF示意图；图9是图7所示系统的像差曲线示意图。
具体实施例方式参见图1，该光学系统主要由八片透镜自左而右组成透射式光学系统，最后的不同 视场光线(即入射光线角度)的出射光线全部成像到平面探测器上，形成像面。其具体光 路是光线在图中从左至右方向传播，光线首先入射到图中的透镜1的入射面，然后遵循折 射定律分别经过透镜2、3后，再通过通光孔4 (此孔径限制了整个光学系统的成像光束即孔 径以外的光线将被此孔径所遮挡将无法在像面上成像)，从该通光孔4出来的光线经过一 个由5和6组成的双胶合透镜，再依次经过透镜7、8、9后，最后不同视场的光线将会相交在 平面探测器10的不同位置上。该系统总长为105mm (系统第一个镜片的第一个表面到探测器的距离)。总重量约 为338克，且满足系统所要求的各种指标。参见图2，该光学系统对于光线传递调制的结果，大致能表征系统成像质量，在截 至频率(40对线处)各视场的MTF值都高于0.5，这样的结果是可以接受的。参见图3，最右边一栏表征的是该系统的畸变结果，从曲线可以看出系统畸变是小 于0.5%的；中间的曲线表征的是系统的象散和场曲，场曲校正的不是特别的好，在最大视 场位置弧矢和子午场曲曲线成开口形，且张口较大。参见图4，在图1所示的光系统中，将平面探测器10替换为本发明的曲面探测器 11 (即外形为曲面的探测器)，且该曲面探测器是像面曲率半径为-94的一个球面，该系统 的总长大概在IOOmm左右，比原来(图1所示光学系统)减少5mm，总重量下降为300克左 右，大约只有原来(图1所示光学系统)的90% (光学结构变紧凑和轻便意味着装卡镜片 的机械结构相应的减少)。参见图5，在截止频率(40对线处)处，各视场的MTF值都大于0. 7，在一定程度上 提高了系统的成像质量。参见图6，同时比较图3，可见图6的系统的弧矢场曲与子午场曲在最大视场处所 成的开口明显要小于图3中的情况，从图中可以看到是子午场曲在大视场处有大幅度改
業
口 ο从以上图中可以看出，该光学系统相对于图1所示的光学系统而言一、成像质量有比较大的提高，更大程度上保证了镜头的质量，这是由于曲面探测 器的引入帮助系统校正了部分种类的像差，转而让其它镜片分担另外几种像差而导致的结 果；二、系统的总长度减少了几个毫米，这使得系统的重量减少了 10%左右——这是 由于设计过程中前3片镜片重量减小了不少导致的结果。由此不难看出，大致同样的光学系统，用曲面探测器时系统在成像质量方面有显 著提高，同时略微减少了系统的重量，压缩了系统结构。
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参见图7，该系统由7片镜片组成(相对于图1或4所示的光学系统减少了凹透镜 8)，所用探测器为半径等于-58. 9的球面探测器，系统总长为100mm，总重量为237克，仅为 图1所示光学系统重量的68%。参见图8，该系统MTF在截至频率(40对线处)最大视场MTF大于0. 55，其余视场 MTF大于0. 65，由此可看出该光学系统的成像质量和图4所示的光学系统的设计结果差不
^^ ο参见图9，由图中的中间那个曲线图可以看系统的场曲有些大，但是不影响系统总 体指标，畸变还是在0. 5 %以内还是满足指标的。从以上图中可以看出，该光学系统相对于图1所示的光学系统而言一、两者的成像质量大致差不多，但该光学系统只用了 7片镜片，系统设计时充分 利用曲面探测器本身的弯曲外型，能在系统中分担部分象散和场曲这个特点来保证了成像 质量大致相同；二、该光学系统总长为100mm，比图1所示的光学系统少一些；但是总重量仅为237 克，为图1所示的光学系统总重量的68 %左右，这是此系统相比图1所示系统最为突出的优
点ο由此可见，两系统的指标一样，成像质量大致相同，用曲面探测器代替平面探测 器，使得系统结构尺寸及重量要远远小于使用平面探测器的光学系统。本发明的曲面探测器的外形曲面的曲率半径的取值范围是(_⑴，+⑴)，其单位是 mm，具体的取值，根据光学系统的设计要求进行设定。
权利要求
一种曲面探测器，其特征在于该探测器的外形为曲面。
2.根据权利要求1所述的曲面探测器，其特征在于所述曲面是球面或椭球面。
3.根据权利要求1所述的曲面探测器，其特征在于所述球面的曲率半径的取值范围是(_ OO，+ OO )，其单位是讓。
4.根据权利要求3所述的曲面探测器，其特征在于所述球面的曲率半径为-94mm 或-58. 9mm。
全文摘要
本发明涉及一种曲面探测器，该探测器的外形为曲面。由于本发明所提供的探测器的外型为曲面，相对于平面探测器能够校正过多的场曲和象散，从而会使其他的镜片可以更多的去分担其他几种单色像差，进而改善光学系统的成像质量并适度改善其结构，使其结构简单，总重量减轻，降低成本，便于携带。
文档编号G01D21/00GK101943589SQ200910023260
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者张彭舜, 白秋菊, 达争尚 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所