一种紧凑型宽光谱光学系统的制作方法

本发明属于天基遥感
技术领域：
，涉及的一种紧凑型宽光谱光学系统。
背景技术：
：目前，在传统导引红外系统由于受到探测器光谱响应度限制，成像主要分为三个波段成像：近红外波段0.7μm～1.5μm；中波红外波段3μm～5μm，长波红外波段8～12μm。但是在复杂战场环境，目标伪装，干扰弹等干扰方法下，单一的波段很难满足制导系统对真假目标识别。而多光谱光学系统可以克服以上缺点。但由于材料，体积，结构限制，增加了小型化宽光谱光学系统的设计难度。为了实现宽光谱光学系统，目前主要有三种设计方法：一种是采用全透射光学系统，这种系统镜面多，结构较长，整系统透过率地，光学效率很难达到很高；另一是采用离轴光学系统，采用三片离轴光学式反射光学系统。这种光学系统空间体积大，装调困难，加工费用高；第三种为传统折返光学系统，这种系统结构紧凑，但缺点是在需要冷光阑匹配光学系统中，需要采用二次成像光学结构，镜片较多，装调难度大。技术实现要素：有鉴于此，本发明提出了一种紧凑型宽光谱光学系统，实现了1～5μm宽光谱光学系统，具有结构紧凑，装调容易，且稳定性好的优点。本发明提供一种紧凑型宽光谱光学系统，包括一体式折反透镜、反射镜、透镜及光阑，所述一体式折反透镜的前表面外环区域为透射面，所述一体式折反透镜的中心区域为内反射面，所述一体式折反透镜的的后表面为透射面，光线先经过所述一体式折反透镜的前表面外环区s1域透射到达所述一体式折反透镜的后表面s2，再经过所述一体式折反透镜的后表面s2透射，到达所述反射镜s3；光线经所述反射镜反射到达所述一体式折反透镜的后表面s4中心区域，经中心区域透射，光线到达所述一体式折反透镜的前面s5中心区域，光线经所述一体式折反透镜的前面s5反射后，再经过所述一体式折反透镜的后表面中心区域s6透射，经过所述透镜的前表面s7和后表面s8，通过光阑在探测器表面成像。可选地，所述一体式折反透镜的前表面外环区s1与所述一体式折反透镜的后表面s4为透射面，所述一体式折反透镜的后表面s2与所述反射镜s3为反射面。可选地，所述光阑位于所述透镜的后方，所述光阑与所述透镜的出射面的距离为0～30mm。可选地，所述一体式折反透镜为一片镜片在镜片的前表面中心区域与外环区域分别进行面型加工，外环区域镀透射膜，中心区域镀反射膜加工而成。可选地，所述一体式折反透镜的后表面采用一次加工成形。可选地，所述一体式折返透镜的前表面、后表面和表面均为非球面，所述反射镜表面为非球面，所述透镜的前表面和后表面为非球面。可选地，所述透镜为光焦度为正的透镜。可选地，所述各透镜的焦距与整个光学系统的焦距f比率按以下要求：5<f1/f<15；0.7<f2/f<0.9；-0.6<f3/f<-0.9；0.4<f4/f<0.9；0.9<f/d<2.4；其中f为整个光学系统的焦距；f1为一体式透镜面s1，s2组成焦距；f2为反射镜面s3焦距；f3为一体式透镜面s4，s5，s6组成焦距；f4为透镜面s7，s8组成焦距。可选地，所述透镜和所述一体式折返透镜的表面非球面满足如下函数：其中z为以各非球面与光轴交点为起点且平行光轴方向的轴向值，k为conic系数，c为镜面中心曲率半径的倒数，r为镜面中心高度；a4、a6、a8、a10、a12为非球面系数。本发明提供的紧凑型宽光谱光学系统，将施密特与曼金反射镜集成在一个透镜上，这样减少了传统三支抓固定次镜方法带来的光线遮挡，增加了有效入光口径；同时免去了次镜装调，一体式折反透镜采用金刚石车床进行加工，其精度可以得到保证。本发明采用三片镜片，实现了1μm～5μm宽光谱光学系统，具有结构紧凑、装调容易且稳定性好的优点。附图说明图1是本发明实施例中提出的紧凑型宽光谱光学系统的结构示意图；图2是本发明实施例中提出的紧凑型宽光谱光学系统的非球面侧视图；图3是本发明实施例中提出的紧凑型宽光谱光学系统中视场光学传递函数mtf图；图4是本发明实施例中提出的紧凑型宽光谱光学系统中的在视场点斑图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本发明提供一种紧凑型宽光谱光学系统，包括一体式折反透镜、反射镜、透镜及光阑，所述一体式折反透镜的前表面外环区域为透射面，所述一体式折反透镜的中心区域为内反射面，所述一体式折反透镜的的后表面为透射面，光线先经过所述一体式折反透镜的前表面外环区s1域透射到达所述一体式折反透镜的后表面s2，再经过所述一体式折反透镜的后表面s2透射，到达所述反射镜s3；光线经所述反射镜反射到达所述一体式折反透镜的后表面s4中心区域，经中心区域透射，光线到达所述一体式折反透镜的前面s5中心区域，光线经所述一体式折反透镜的前面s5反射后，再经过所述一体式折反透镜的后表面中心区域s6透射，经过所述透镜的前表面s7和后表面s8，通过光阑在探测器表面成像。结合图1所示，紧凑型红外宽光谱光学系统包括一体式折反透镜l1、反射镜l2、透镜l3和光阑1。一体式折反透镜l1置于最前方，反射镜l2置于一体式透镜后方l1，透镜l3置于反射镜l2后方，光阑1置于透镜l3后方。所述一体式折反透镜的前表面外环区s1与所述一体式折反透镜的后表面s4为透射面，所述一体式折反透镜的后表面s2与所述反射镜s3为反射面。所述光阑位于所述透镜的后方，所述光阑与所述透镜的出射面的距离为0～30mm。所述一体式折反透镜为一片镜片在镜片的前表面中心区域与外环区域分别进行面型加工，外环区域镀透射膜，中心区域镀反射膜加工而成。所述一体式折反透镜的后表面采用一次加工成形。所述一体式折返透镜的前表面、后表面和表面均为非球面，所述反射镜表面为非球面，所述透镜的前表面和后表面为非球面。所述透镜为光焦度为正的透镜。所述各透镜的焦距与整个光学系统的焦距f比率按以下要求：5<f1/f<15；0.7<f2/f<0.9；-0.6<f3/f<-0.9；0.4<f4/f<0.9；0.9<f/d<2.4；其中f为整个光学系统的焦距；f1为一体式透镜面s1，s2组成焦距；f2为反射镜面s3焦距；f3为一体式透镜面s4，s5，s6组成焦距；f4为透镜面s7，s8组成焦距。所述透镜和所述一体式折返透镜的表面非球面满足如下函数：其中z为以各非球面与光轴交点为起点且平行光轴方向的轴向值，k为conic系数，c为镜面中心曲率半径的倒数，r为镜面中心高度；a4、a6、a8、a10、a12为非球面系数。所述各透镜的焦距与整个光学系统的焦距f比率按以下要求：5<f1/f<150.7<f2/f<0.9-0.6<f3/f<-0.90.4<f4/f<0.90.9<f/d<2.4其中f为整个光学系统的焦距；f1为一体式透镜面s1，s2组成焦距；f2为反射镜面s3焦距；f3为一体式透镜面s4，s5，s6组成焦距；f4为透镜面s7，s8组成焦距；别为面s1、固定校正透镜、一体式折返透镜的焦距，f/d为整个光学系统的焦比值。在各透镜的焦距与整个光学系统的焦距f比率满足上述条件下，整个光学系统传函在17lp/mm处达到0.5以上、点斑大小接近衍射极限。一体式折反透镜由单块光学材料对前后两个表面分别进行加工，形成3个光学表面，均为非球面，前后两个表面，按光线经过的顺序可以将这四个表面记为s1、s2、s4(s6)、s5其中前表面中心圆区域为s5，是内反射面，外环区域为s1，为透射面；后表面中心圆形区域是s4(s6)，是透射面，外环区域是s2，为内透射面。下面对本光学系统的光路进行简要描述：光线先经过一体式折反透镜前表面外环区s1域透射到达一体式折反透镜后表面s2，再经过一体式折反透镜后表面s2透射，到达反射镜s3；光线经反射镜s3反射到达一体式折反透镜后表面s4中心区域，经中心区域透射，光线到达一体式折反透镜前面s5中心区域，光线经一体式折反透镜折反射后，再经过一体式折反透镜后表面中心区域s6透射，经过透镜表面后s7及s8，最终经过光阑1在探测器表面成像，经过多次折射和反射，缩短了系统的总长，很好的矫正了各种轴上及轴外像差。上述非球面面形满足如下函数：其中z为以各非球面与光轴交点为起点且平行光轴方向的轴向值，k为conic系数，c为镜面中心曲率半径的倒数，r为镜面中心高度；a2、a4、a6、a8、a10为非球面系数以下仅是作为本发明的一个优选实例，选用的镜头焦距为54mm，焦比值(f/d)为2，全镜头总长51mm，视场20，设计结果显示光学传递函数在17lp/mm处大于0.45，几何点斑均匀，接近衍射极限，表明成像质量优良。对照图1选取一系列较优数据如下表1、表2所示。表1其中，表1中第五列的数据由上至下为：l1的外环透镜中心厚度(即s1几何中心至s2几何中心之间的距离)；s2几何中心至s3几何中心之间的距离；s3几何中心至s4几何中心之间的距离；l1中心透镜厚度(s4几何中心至s5几何中心之间的距离/s5几何中心至s6几何中心之间的距离)；s6几何中心至s7几何中心之间的距离；l3的中心厚度s7几何中心至s8几何中心之间的距离；s8几何中心至光阑1中心之间的距离；光阑1到探测器中心之间的距离。表2表面a4a6a8a10s11.1587e-005-3.647e-0086.5865e-011-3.486e-014s21.2535e-005-4.212e-0088.2407e-011-3.508e-014s3-7.771e-0073.880e-009-2.950e-0113.1514e-014s41.2535e-005-4.212e-0088.2407e-011-3.508e-014s55.663e-006-3.938e-009-8.970e-011-7.029e-013s61.2535e-005-4.212e-0088.2407e-011-3.508e-014s78.1388e-005-2.384e-0074.567e-008-2.362e-010s81.2749e-004-2.170e-0072.677e-0086.9320e-011上述较佳实施例中整流罩l1采用znse，透镜l3采用多光zns材料。本发明提供的紧凑型红外宽光谱光学系统包括一体式折反透镜、反射镜及透镜，所述一体式折反镜前表面外环区域为透射面，中心区域为内反射面，一体式折反透镜的后表面为透射面；光线先经过一体透镜前表面外环区s1域透射到达一体透镜后表面s2，再经过一体式透镜后表面s2透射，到达反射镜s3；光线经反射镜反射到达一体式折反透镜后表面s4中心区域，经中心区域透射，光线到达一体式折反透镜前面s5中心区域，光线经一体式折透镜前面s5反射后，再经过一体式折反透镜后表面中心区域s6透射，经过透镜表面后s7，s8，最终经过光阑1在探测器表面成像，将施密特与曼金反射镜集成在一个透镜上，这样减少了传统三支抓固定次镜方法带来的光线遮挡，增加了有效入光口径；同时免去了次镜装调，一体式折反透镜采用金刚石车床进行加工，其精度可以得到保证。本发明采用三片镜片，实现了1μm～5μm宽光谱光学系统，具有结构紧凑、装调容易且稳定性好的优点。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。以上对本发明所提供的一种紧凑型宽光谱光学系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页12