專利名稱：45度分色片透射分色光路的像差補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學元件、光學系統(tǒng)設計技術，具體指一種45度分色片透射 分色光路的像差補償方法，它適用于多光譜成像光學系統(tǒng)中對45度分色片透 射分色光路的像差校正。
背景技術：
多光譜成像光學系統(tǒng)中，通常采用45度分色片將來自主光學系統(tǒng)的寬光 譜成像光束進行分色，即分色片將含有一部分波段的成像光束反射形成反射分 色光路；將含有其余部分波段的成像光束透射形成透射分色光路。在透射分色 光路上，經象差校正的來自主光學系統(tǒng)的成像光束經過45度分色片平行平板 的透射會引入新的象差，從而使透射分色光路的成像質量惡化。為補償分色片 所帶入的象差， 一般在分色片后加入2片以上的像差補償透鏡，如海洋水色儀 的光學系統(tǒng)中在透射分色光路即可見光成像光路上加入了2片補償透鏡(張鍔， "海洋1號衛(wèi)星10通道水色掃描儀光學系統(tǒng)的設計"，《光學與光電技術》Vol.2: No.4, 2004年8月，P21-22)。這種象差的補償方法，由于采用多片透鏡，光學 系統(tǒng)的通光效率降低，其次象差補償透鏡組一般都具有一定的光焦度，對整個 成像系統(tǒng)的焦距產生影響，進而使反射分色光路的成像受到影響。因此在光學 系統(tǒng)設計中需不斷調整反射和透射分色光路的設計參數(shù)來獲得較滿意的設計 結果，這大大增加了光學系統(tǒng)的設計難度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種45度分色片透射分色光路的像差補償方法，解決目前象差補償方法存在的影響通光效率以及系統(tǒng)焦距的技術問題。
本發(fā)明的45度分色片透射分色光路的像差補償方法如附圖1所示，來自 主光學系統(tǒng)1的寬光譜成像光束經45度分色片2后將含有一部分波段的成像 光束反射形成反射分色光路，并在反射分色光路像平面5上成像；含有其余部 分波段的成像光束經45度分色片2后透射形成透射分色光路，為校正分色片 所帶來的附加象差，成像系統(tǒng)在透射分色光路上插入一個透鏡3，透鏡3靠近 45度分色片2的表面R1為凸球面，靠近透射分色光路像平面4的表面R2為 凹球面，透鏡3為零光焦度，且與主光學系統(tǒng)l不同軸，即透鏡3的光軸與主 光學系統(tǒng)1光軸偏離一定的距離D，或者與主光學系統(tǒng)1光軸傾斜一定的角度 B。由45度分色片透射所帶來的附加象差通過離軸透鏡3過后其象差得到充分 的補償校正。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明僅采用1片離軸的球面透鏡來校正象差，提高 了光學系統(tǒng)的通光效率，采用零光焦度的球面透鏡來校正象差，避免了校正鏡 光焦度對主系統(tǒng)焦距的影響，光學系統(tǒng)設計的技術難度大大降低。


圖1: 45度分色片透射分色光路的像差補償方法光學系統(tǒng)圖，圖中(a) 光軸平移離軸方式光學系統(tǒng)圖，(b)光軸傾斜離軸方式光學系統(tǒng)圖中1-主光學系統(tǒng)，2-45度分色片，3-透鏡，4-透射分色光路像平面， 5-反射分色光路像平面，Rl-靠近45度分色片2的透鏡3表面，R2-靠近透射 分色光路像平面4的透鏡3的表面。
圖2:未經補償校正的透射分色光路的像質點列圖。
圖3:經光軸平移透鏡象差校正的透射分色光路的像質點列圖。
圖4:經光軸傾斜透鏡象差校正的透射分色光路的像質點列圖。
具體實施例方式
實施例1
根據附圖l (a)所示的45度分色片透射分色光路的像差補償方法光學系 統(tǒng)圖，我們給出了一個通過光軸平移實現(xiàn)離軸的透鏡3的具體設計實施例。 實施例中主光學系統(tǒng)1的技術參數(shù)如下
焦距(f) : 300咖； 相對口徑(D/f): 1:2; 視場角 0.4° ;
工作波長 0.4-0.8um(可見)，2.5-2.9"m(紅外)。
45度分色片2的技術參數(shù)如下 分色片基板材料 鍺； 基板厚度 5 mm;
分色特性 0. 4-0. 8 u m(反射)，2. 5-2. 9 u m(透射)；
距主系統(tǒng)距離(S): 150咖。
通過光學設計軟件我們設計出離軸透鏡3的具體技術參數(shù)如下 透鏡3光學材料鍺；
靠近45度分色片2的透鏡3表面R1曲率半徑281.57 mm; 靠近透射分色光路像平面4的透鏡3的表面R2曲率半徑273.63mm; 透鏡3中心厚5 mm;
透鏡3靠近45度分色片2的透鏡3表面Rl的中心與分色片中心之間的 距離L1: 65mm;
透鏡3的光軸與主光學系統(tǒng)1光軸之間的平移距離D: 96.82mm;
此時，透射分色光路像平面4與靠近透射分色光路像平面4的透鏡3的表面R2之間的中心距L2: 81.66mm。
附圖2是未插入象差校正透鏡3時在像平面4上的成像質量點列圖，此時 光斑的最小RMS直徑大于200微米，插入象差校正透鏡3后，光斑的最大RMS 直徑小于13微米(見附圖3)，顯然系統(tǒng)的象差得到了校正，成像質量達到可 以應用程度。 實施例2
根據附圖1 (b)所示的45度分色片透射分色光路的像差補償方法光學系 統(tǒng)圖，我們給出了一個通過光軸傾斜實現(xiàn)離軸的透鏡3的具體設計實施例。 實施例中主光學系統(tǒng)1的技術參數(shù)如下
焦距(f): 300mm;
相對口徑(D/f): 1:2;
視場角 0.4° ;
工作波長 0.4-0.8um(可見)，2. 5-2.9ym(紅外)。 45度分色片2的技術參數(shù)如下
分色片基板材料 鍺；
基板厚度 5 mm;
分色特性 0. 4-0. 8 u m(反射)，2. 5-2. 9 P m(透射)；
距主系統(tǒng)距離(S): 150 mm。
通過光學設計軟件我們設計出離軸透鏡3的具體技術參數(shù)如下 透鏡3光學材料鍺；
靠近45度分色片2的透鏡3表面R1曲率半徑99.23 mm; 靠近透射分色光路像平面4的透鏡3的表面R2曲率半徑94.80mm; 透鏡3中心厚5 mm;透鏡3靠近45度分色片2的透鏡3表面Rl的中心與分色片中心之間的 距離LL1: 65mm;
透鏡3的光軸與主光學系統(tǒng)1光軸之間的夾角B: 19.74° ;
此時，透射分色光路像平面4與靠近透射分色光路像平面4的透鏡3的表 面R2之間的中心距LL2: 10.47mm。
附圖2是未插入象差校正透鏡3時在像平面4上的成像質量點列圖，此時 光斑的最小RMS直徑大于200微米，插入象差校正透鏡3后，光斑的最大RMS 直徑小于10微米(見附圖4)，顯然系統(tǒng)的象差得到了校正，成像質量達到可以 應用程度。
權利要求
1. 一種45度分色片透射分色光路的像差補償方法，其特征在于，在45度分色片透射分色光路的45度分色片(2)和透射分色光路像平面(4)之間插入一片離軸安放的透鏡(3)。
2. 根據權利要求1所述的一種45度分色片透射分色光路的像差補償方 法，其特征在于所述的透鏡(3)的靠近45度分色片2的透鏡3表面R1是 凸球面；所述的透鏡(3)的靠近透射分色光路像平面4的透鏡3的表面R2 是凹球面。
3. 根據權利要求1所述的一種45度分色片透射分色光路的像差補償方 法，其特征在于所述的透鏡(3)的光焦度為零。
4. 根據權利要求1所述的一種45度分色片透射分色光路的像差補償方 法，其特征在于所述的透鏡(3)通過光軸平移或者光軸傾斜實現(xiàn)離軸安放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種45度分色片透射分色光路的像差補償方法，它用來補償45度分色片透射分色光路的像差。本發(fā)明采用了在45度分色片透射分色光路中插入一片離軸放置的零光焦度的球面透鏡的方法來補償分色片引入的系統(tǒng)像差。本發(fā)明的優(yōu)點在于系統(tǒng)的通光效率高，不影響主系統(tǒng)的焦距。
文檔編號G02B27/00GK101498838SQ20091004699
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權日2009年3月4日
發(fā)明者輝 劉, 李興隆, 裴云天 申請人:中國科學院上海技術物理研究所