一种大视场宽光谱无焦光学系统的制作方法

本发明涉及光学镜头与光学设计领域，特别是涉及一种大视场宽光谱无焦式光学系统。

背景技术：

成像光谱仪不仅能够获得被观测目标的空间维信息，而且提供其分辨光谱维信息，进而通过分析被测目标的光谱特性，得到其化学成分等关键信息。然而，市场上的成像光谱仪产品并不能满足每一位用户的需求，尤其是对于个别对视场角需求较高的用户，目前市场上的大部分产品无法满足其使用要求。因此，通过为其研制、配套能够拓宽其视场角的无焦光学镜头，成为满足其使用需求的有效途径。

技术实现要素：

本发明提供目的在于提供一种能够为成像光谱仪扩大一倍以上的视场，且自身成像质量较好，基本不会引入新的像差的大视场宽光谱无焦式光学系统。

本发明提供一种大视场宽光谱无焦式光学系统，入射光与出射光均为平行光束，自物侧到像侧依次包括：

焦距为负的第一透镜组，第一透镜组的透镜由折射率nd>1.6、色散νd<50的玻璃制成，且第一透镜组的最靠近所述物侧的入射表面为凸面，最靠近像侧的出射表面为凹面；

焦距为负的第二透镜组，第二透镜组的透镜由折射率nd<1.6、色散νd>50的玻璃制成，且第二透镜组的最靠近所述物侧的入射表面为凸面，最靠近像侧的出射表面为凹面；

焦距为正的第三透镜组，第三透镜组的透镜由折射率nd<1.6、色散νd>50的玻璃制成，且第三透镜组的最靠近所述物侧的入射表面为凸面，最靠近像侧的出射表面为凸面。

本发明1)采用全球面设计，其制造难度较低，可以在最短的周期内以最低的成本完成系统的研制；2)具有相对宽松的装调公差，有利于系统的集成装调，缩短研制周期，降低研制成本；3)具有良好的成像质量，从实施例中可以看到，本发明的设计结果在较宽的波段、较大的视场范围内均达到了比较理想的成像质量。

附图说明

图1是本发明提供的大视场宽光谱无焦式光学系统的实施例的光学结构图；

图2是图1所示实施例的大视场宽光谱无焦式光学系统的波前误差与视场分布(wavefronterror，wfe)设计结果图。

图3是图1所示实施例的大视场宽光谱无焦式光学系统的光学调制传递函数(modulationtransferfunction，mtf)的设计果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人士在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，本发明提供一种大视场宽光谱无焦式光学系统，入射光与出射光均为平行光束，自物侧到像侧依次包括：

焦距为负的第一透镜组，第一透镜组的透镜由折射率nd>1.6、色散νd<50的玻璃制成，且第一透镜组的最靠近所述物侧的入射表面为凸面，最靠近像侧的出射表面为凹面；

焦距为负的第二透镜组，第二透镜组的透镜由折射率nd<1.6、色散νd>50的玻璃制成，且第二透镜组的最靠近所述物侧的入射表面为凸面，最靠近像侧的出射表面为凹面；

焦距为正的第三透镜组，第三透镜组的透镜由折射率nd<1.6、色散νd>50的玻璃制成，且第三透镜组的最靠近所述物侧的入射表面为凸面，最靠近像侧的出射表面为凸面。

进一步的，第一透镜组包括一片或一片以上的透镜，并且至少包括一片低折射率nd>1.6、色散νd<50玻璃制成的透镜，一片以上的透镜包括同类或不类的玻璃材料制成的透镜。

进一步的，第二透镜组包括一片或一片以上的透镜，并且至少包括一片低折射率nd<1.6、色散νd>50玻璃制成的透镜，一片以上的透镜包括同类或不类的玻璃材料制成的透镜。

进一步的，第三透镜组包括一片或一片以上的透镜，并且至少包括一片低折射率nd<1.6、色散νd>50玻璃制成的透镜，一片以上的透镜包括同类或不类的玻璃材料制成的透镜。

进一步的，所述大视场宽光谱无焦式光学系统工作波段宽度大于或等于200nm；边缘主光线入射角度与出射角度之比大于或等于2.0；边缘视场主光线的入射角度不小于3°。

进一步的，在物侧、像侧或第一透镜组至第三透镜组之间设置有滤光片(图未示)及光阑；或者在第一透镜组至第三透镜组的透镜的至少一个表面镀有滤光膜(图未示)。滤光片或滤光膜可以达到限制工作波段的目的。如图1所示光阑设置于所述第一透镜组l1及第二透镜组l2之间,以达到改变或限制与成像光谱仪合成的光学系统入瞳或出瞳孔径的目的。

进一步的，第一透镜组至第三透镜组的透镜的至少一个表面为非球面或自由曲面,可以进一步扩大视场角、提高成像质量。

实施例

请再次参考图1，在图1所示的实施例中，第一透镜组l1由自物侧到像侧间隔设置的第一透镜l101和第二透镜l102组成，第一透镜l101的物侧面l10f为凸面、像侧面l101b为凸面；第二透镜l102的物侧面l102f为凹面、像侧面l102b为凹面；所述第一透镜组l1的最靠近所述物侧的入射表面即所述第一透镜l101的物侧面l101f；所述第一透镜组l1的最靠近所述像侧的出射表面即所述第二透镜l102的像侧面l102b。在一个实施方式中，所述第一透镜l101采用h-zf1牌号的玻璃材料制造、第二透镜l102可以采用h-laf3b牌号的玻璃材料制造。

第二透镜组l2由自物侧到像侧间隔设置的第三透镜l201及第四透镜l202；第三透镜l201的物侧面l201f为凸面、像侧面l201b为凸面；第四透镜l202的物侧面l202f为凹面、像侧面l202b为凹面。所述第二透镜组l2的最靠近所述物侧的入射表面即所述第三透镜l201的物侧面l201f；所述第二透镜组l2的最靠近所述像侧的出射表面即所述第四透镜l202的像侧面l202b。在一个实施方式中，所述第三透镜l201采用h-bak6牌号的玻璃材料制造、第四透镜l202可以采用h-k9l牌号的玻璃材料制造。

第三透镜组l3由自物侧到像侧间隔设置的第五透镜l301、第六透镜l302、第七透镜l303及第八透镜l304组成，；第五透镜l301的物侧面l301f为凸面像侧面l301b为凸面；第六透镜l302的物侧面l302f为凹面、像侧面l302b为凸面；第七透镜l303的物侧面l302f为凹面、像侧面l302b为凹面；第八透镜l303的物侧面l302f为凹面、像侧面l302b为凸面；所述第三透镜组l3的最靠近所述物侧的入射表面即所述第五透镜l301的物侧面l301f；所述第三透镜组l3的最靠近所述像侧的出射表面即所述第八透镜l304的像侧面l304b。在一个实施方式中，所述第五透镜l301及第六透镜l302可以采用h-k9l牌号的玻璃材料制造；所述第七透镜l303可以采用h-zf6牌号的玻璃材料制造；所述第八透镜l304可以采用h-k51牌号的玻璃材料制造。

如表1所示，为上述实施例的实际设计案例：

表1

如表2所示，为上述实施例达到的实际设计指标：

表2实施例设计指标

请参阅图2及图3，分别为是图1所示实施例的大视场宽光谱无焦式光学系统的波前误差与视场分布(wavefronterror，wfe)设计结果图及光学调制传递函数(modulationtransferfunction，mtf)的设计果图。

从图2及图3可以看出，本发明具有以下技术效果1)采用全球面设计，其制造难度较低，可以在最短的周期内以最低的成本完成系统的研制；2)具有相对宽松的装调公差，有利于系统的集成装调，缩短研制周期，降低研制成本；3)具有良好的成像质量，从实施例中可以看到，本发明的设计结果在较宽的波段、较大的视场范围内均达到了比较理想的成像质量。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。