一種帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于紅外成像領(lǐng)域，涉及一種紅外成像裝置，具體涉及一種帶有傾斜元件 的大孔徑紅外成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 帶有傾斜元件的光學(xué)系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于軍用和民用的光學(xué)設(shè)備中，如空間遙感領(lǐng) 域正致力于發(fā)展的大視場(chǎng)，大孔徑和無遮擋的光學(xué)系統(tǒng)、用于星載和機(jī)載的大孔徑成像光 譜儀、用于虛擬現(xiàn)實(shí)的透鏡型頭盔顯示器光學(xué)系統(tǒng)等。目前帶有傾斜元件的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 起來存在著很大的困難。因?yàn)閮A斜元件的存在，會(huì)給成像系統(tǒng)帶來較為復(fù)雜的像差，因此不 能簡(jiǎn)單地僅通過像面上的徑向分布的幾個(gè)取樣場(chǎng)點(diǎn)來描述整個(gè)像面的成像質(zhì)量，必須在系 統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候進(jìn)行全視場(chǎng)的分析。在對(duì)含有傾斜元件的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要分 析傾斜元件給光學(xué)系統(tǒng)所帶來的像差，然后對(duì)這些像差進(jìn)行有針對(duì)的消除。在當(dāng)前設(shè)計(jì)成 功的帶有傾斜元件的光學(xué)系統(tǒng)中，其孔徑較小，像差校正較容易。
[0003] 目前，帶有傾斜元件的小孔徑成像光學(xué)系統(tǒng)，其光通量較小，因此需增大光學(xué)系統(tǒng) 的孔徑。然而隨著光學(xué)系統(tǒng)孔徑的增大，傾斜元件所帶來的像差就很難消除，并且大孔徑成 像光學(xué)系統(tǒng)往往應(yīng)用于空間載荷之中，溫度變化范圍較大。因此設(shè)計(jì)一種成像質(zhì)量良好、適 應(yīng)溫度變化范圍大的帶有傾斜元件的大孔徑成像光學(xué)系統(tǒng)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種成像質(zhì)量 良好、能夠適應(yīng)大范圍溫度變化的帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，包括同軸線依次設(shè)置的光闌、第一透 鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、分束器和接收像面；
[0007] 所述的第二透鏡和第四透鏡的前表面均為非球面結(jié)構(gòu)；
[0008] 所述的第五透鏡的前表面和第六透鏡的前表面均為Zernike自由曲面；
[0009] 所述的第六透鏡的后表面為柱面；
[0010] 所述光闌位于所述帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置的前焦面；
[0011] 所述的分束器傾斜放置，與所述軸線具有一定夾角；所述分束器的后表面鍍有紅 外半反半透膜。
[0012] 進(jìn)一步地，所述分束器和接收像面之間設(shè)置有補(bǔ)償板，三者同軸線設(shè)置；且補(bǔ)償板 與分束器平行設(shè)置。
[0013] 進(jìn)一步地，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡和 補(bǔ)償板的前、后表面，以及分束器的前表面均鍍有紅外增透膜。
[0014] 具體地，所述的分束器與所述軸線所成的夾角為0~90°。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：
[0016] 1、系統(tǒng)采用柱面補(bǔ)償了傾斜的分束器和補(bǔ)償板所帶來的大數(shù)量級(jí)像散，并且柱面 位于成像系統(tǒng)的最后一個(gè)面上，便于系統(tǒng)的裝校和裝調(diào)。
[0017] 2、對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)光學(xué)面所引起的光線偏折進(jìn)行了分析，并且對(duì)系統(tǒng)中引起光線偏 折比較大的兩個(gè)面，采用Zernike自由曲面去補(bǔ)償由傾斜分束器和補(bǔ)償板所帶來的彗差， 系統(tǒng)成像質(zhì)量良好。
[0018] 3、該成像裝置采用光學(xué)被動(dòng)式消熱差的方法，通過材料的選擇，使系統(tǒng)在_30°C~ 70°C的范圍內(nèi)成像質(zhì)量良好，從而能使系統(tǒng)適應(yīng)較大的溫度變化范圍。
[0019] 4、系統(tǒng)采用光闌前置的方法使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了像方遠(yuǎn)心，并且整個(gè)成像系統(tǒng)無漸暈， 增加了像面照度的均勻性。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的裝置示意圖；
[0021] 圖2是分束器和補(bǔ)償板所引起的光線偏折原理圖；
[0022] 圖3是分束器和補(bǔ)償板所引入的像差與成像光束孔徑之間的關(guān)系圖；
[0023] 圖4(a)是本發(fā)明的裝置全視場(chǎng)像散圖；
[0024] 圖4(b)是本發(fā)明的裝置全視場(chǎng)彗差點(diǎn)列圖；
[0025] 圖5 (a)是采用Zernike自由曲面前系統(tǒng)的MTF變化情況；
[0026] 圖5 (b)是采用Zernike自由曲面后系統(tǒng)的MTF變化情況；
[0027] 圖6 (a)是采用柱面鏡前系統(tǒng)MTF變化情況；
[0028] 圖6 (b)是采用柱面鏡后系統(tǒng)MTF變化情況；
[0029] 圖7 (a)、圖7 (b)、圖7 (c)分別代表本發(fā)明的大孔徑成像裝置在-30°C、20°C、70°C 的系統(tǒng)的MTF評(píng)價(jià)圖。
[0030] 下面結(jié)合附圖是實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案做進(jìn)一步的解釋和說明。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 遵從上述技術(shù)方案，參見圖1，本發(fā)明的帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，包 括同軸依次設(shè)置的光闌1、第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4、第四透鏡5、第五透鏡6、第 六透鏡7、分束器8和接收像面10。
[0032] 所述的第二透鏡3和第四透鏡5的前表面均為非球面結(jié)構(gòu)；
[0033] 所述的第五透鏡6的前表面和第六透鏡7的前表面均為Zernike自由曲面；
[0034] 所述的第六透鏡7的后表面為柱面；
[0035] 所述光闌1位于所述帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置的前焦面；
[0036] 所述的分束器8傾斜放置，與所述軸線具有一定夾角；所述分束器8的后表面鍍有 紅外半反半透膜，用于實(shí)現(xiàn)光束的分光。
[0037] 參見圖2,本發(fā)明的裝置中，分束器8在成像光路中傾斜設(shè)置，會(huì)引起成像光束的 偏折，并且在子午方向和弧矢方向上所引起的成像光束偏折效果不同，這是其給系統(tǒng)帶來 比較大的離軸像差的原因。
[0038] 圖2中的左圖是分束器8在弧矢方向引起的成像光束的偏折，其中光線（a)、(b)、 (c)分別代表成像光束的前光線、主光線和后光線，u為成像光束的孔徑角，即大孔徑成像 裝置的像方孔徑角，在此方向上，分束器8使成像光束發(fā)生軸向偏移，偏移量為δ 1;
[0039] 圖2中的右圖是分束器8在子午方向上所引起的成像光束的偏折，其中光線（d)、 (e)、（f)分別代表成像光束的上光線、主光線、下光線，^為傾斜分束器的傾斜角。在此方 向，傾斜的分束器使成像光束發(fā)生軸向偏移和垂軸偏移，偏移量分別為S 3和S 2。δ i、δ 2、 S3可以給系統(tǒng)帶來除場(chǎng)曲之外的所有像差，δ JP δ 3的不同可以給系統(tǒng)帶來比較嚴(yán)重的 像散，S2可以給系統(tǒng)帶來較嚴(yán)重的彗差。因此分束器8所引入的像差中以像散和彗差最為 嚴(yán)重。
[0040] 分束器8引入的像差計(jì)算公式如下：
[0041]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，其特征在于，包括同軸線依次設(shè)置的光 闌（1)、第一透鏡（2)、第二透鏡（3)、第三透鏡（4)、第四透鏡（5)、第五透鏡（6)、第六透鏡 (7) 、分束器（8)和接收像面（10); 所述的第二透鏡（3)和第四透鏡（5)的前表面均為非球面結(jié)構(gòu)； 所述的第五透鏡（6)的前表面和第六透鏡（7)的前表面均為Zernike自由曲面； 所述的第六透鏡（7)的后表面為柱面； 所述光闌（1)位于所述帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置的前焦面； 所述的分束器（8)傾斜放置，與所述軸線具有一定夾角；所述分束器（8)的后表面鍍有 紅外半反半透膜。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，其特征在于，所述分束 器⑶和接收像面（10)之間設(shè)置有補(bǔ)償板（9)，三者同軸線設(shè)置；且補(bǔ)償板（9)與分束器 (8) 平行設(shè)置。
3. 如權(quán)利要求2所述帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，其特征在于，所述第一透 鏡（2)、第二透鏡（3)、第三透鏡（4)、第四透鏡（5)、第五透鏡（6)、第六透鏡（7)和補(bǔ)償板 (9) 的前、后表面，以及分束器（8)的前表面均鍍有紅外增透膜。
4. 如權(quán)利要求1至3任一所述的帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，其特征在于，所 述的分束器（8)與所述軸線所成的夾角為0~90°。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置，包括同軸線依次設(shè)置的光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、分束器和接收像面；所述的第二透鏡和第四透鏡的前表面均為非球面結(jié)構(gòu)；所述的第五透鏡的前表面和第六透鏡的前表面均為Zernike自由曲面；所述的第六透鏡的后表面為柱面；所述光闌位于所述帶有傾斜元件的大孔徑紅外成像裝置的前焦面；所述的分束器傾斜放置，與所述軸線具有一定夾角；所述分束器的后表面鍍有紅外半反半透膜。本發(fā)明消除了傾斜元件帶來的像差，使得成像質(zhì)量良好，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)較大的溫度變化范圍。
【IPC分類】G02B27-00
【公開號(hào)】CN104656252
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510079447
【發(fā)明人】于瑛
【申請(qǐng)人】西安建筑科技大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日