CN103969795B - 空间目标成像光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间目标成像光学***,属于空间成像技术领域。解决了现有技术中空间目标成像光学***运动部件多、可靠性差、质量大、结构繁琐的技术问题。本发明的光学***包括从左至右沿同一光轴依次设置的第一透镜、第一透镜组、光阑和第二透镜组,其中,第一透镜的左表面为球面,右表面为高次非球面,第一透镜的材料为熔融石英;高次非球面的非球面系数满足下列公式:其中:z是透镜在光轴方向上的矢高,c是顶点曲率,k是二次曲线常数,y是轴向距离,非球面系数D,E,F,G至少一个不为零。本发明的光学***在保证大视场的前提下,具有大相对孔径,畸变值小,***可靠性强,且体积小、质量轻。
Description
技术领域
本发明提供一种空间目标成像光学***,属于空间成像技术领域。
背景技术
小视场空间目标成像光学***存在成像范围小的问题,所以需要扩大其目标成像范围。现有技术中,通常以加前置扫描镜的方式扩大目标成像范围,该***虽然起到了扩大目标成像范围的作用,但由于增加了前置扫描镜,导致***运动部件多,可靠性差。
此外,空间目标成像光学***的工作环境恶劣,容易受到冲击和振动,造成光学***内部光学元件发热,进而导致成像质量差。现有技术中,通常采用在光学***前额外设置保护窗口进行被动热控来解决这一问题,但这种光学***质量大、体积大,为工程应用带来不便。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中空间目标成像光学***运动部件多、可靠性差、质量大、体积大的技术问题,提供一种空间目标成像光学***。
本发明的空间目标成像光学***包括从左至右沿同一光轴依次设置的第一透镜、第一透镜组、光阑和第二透镜组;
所述第一透镜的左表面为球面,右表面为高次非球面,第一透镜的材料为熔融石英;
所述高次非球面的非球面系数满足下列公式:
其中:z是透镜在光轴方向上的矢高,c是顶点曲率,k是二次曲线常数,y是轴向距离,非球面系数D,E,F,G至少一个不为零;
所述第一透镜组降低入射光线的出射角;
所述第二透镜组对第一透镜组的像差进行校正。
进一步的,所述第一透镜组为反摄远物镜结构。
进一步的,所述第一透镜组包括从左至右沿同一光轴设置的第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜;所述第二透镜为平凹透镜,第二透镜的右表面为凹面;所述第三透镜和第四透镜均为弯月透镜,第三透镜和第四透镜的左表面为凹面;所述第五透镜和第六透镜均为正透镜。
进一步的,所述第二透镜组为倒置的显微物镜结构。
进一步的,所述第二透镜组包括从左至右沿同一光轴设置的第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜;所述第七透镜和第八透镜为双胶合透镜,第七透镜为负透镜,第八透镜为正透镜;所述第九透镜具有滤光片作用;所述第十透镜与第十一透镜为双胶合透镜,第十透镜为正透镜,第十一透镜为负透镜。
进一步的,所述第七透镜的材料为TF3,第八透镜的材料为CaF2。
进一步的,所述第十透镜的材料为CaF2,第十一透镜的材料为TF3。
进一步的,所述第九透镜的材料为熔融石英。
本发明的有益效果:
(1)本发明的空间目标成像光学***采用的窗口透镜既起到保护窗口的作用,又具备像差校正的作用;
(2)本发明光学***在保证大视场的前提下,无需外加前置扫描镜,减少了***运动部件,提高了***可靠性,且无需外加保护窗口,保证***体积小、质量轻;
(3)本发明的***具有大相对孔径,有效保障了***的探测概率与信噪比,且***畸变值小,有利于图像判读。
附图说明
图1为本发明实施例的空间目标成像光学***的结构示意图;
图2为本发明实施例的空间目标成像光学***的像面照度曲线;
图3为本发明实施例的空间目标成像光学***在400nm-800nm工作谱段的传递函数曲线;
图4为本发明实施例的空间目标成像光学***的几何畸变曲线;
图1中:L1、第一透镜,L2、第二透镜,L3、第三透镜,L4、第四透镜,L5、第五透镜,L6、第六透镜,L7、第七透镜,L8、第八透镜,L9、第九透镜,L10、第十透镜,L11、第十一透镜。
具体实施方式
下面结合图1-4进一步说明本发明。
如图1所示,本发明的空间目标成像光学***包括从左至右沿同一光轴依次设置的第一透镜L1、第一透镜组、光阑和第二透镜组。其中,第一透镜L1既起到了保护窗口的作用,又起到了校正***像差的作用,兼具保护窗口与像差校正能力,第一透镜的左表面S1为球面,右表面S2为高次非球面,第一透镜的材料为熔融石英;高次非球面的非球面系数满足下列公式:
其中:z是透镜在光轴方向上的矢高,c是透镜的曲率,k是二次常数,y是轴向距离,非球面系数D,E,F,G中至少一个不为零。第一透镜组能够降低入射光线的出射角,第一透镜组通常为反摄远物镜结构。第二透镜组对第一透镜组的像差进行校正,第二透镜组通常为倒置显微镜结构,第二透镜组物面为光学***焦面,像面靠近光阑。
本发明空间目标成像光学***的光路走向是:入射光线依次经第一透镜L1、第一透镜组、光阑和第二透镜组成像到像面上。
第一透镜组可以包括从左至右沿同一光轴依次设置的第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6;第二透镜L2为平凹透镜,第二透镜L2的右表面为凹面,第三透镜L3和第四透镜L4均为弯月透镜,第三透镜L3和第四透镜L4的左表面均为凹面;第五透镜L5和第六透镜L6均为正透镜。
第二透镜组可以包括从左至右沿同一光轴依次设置的第七透镜L7、第八透镜L8、第九透镜L9、第十透镜L10和第十一透镜L11;第七透镜L7和第八透镜L8为双胶合透镜,第七透镜L7为负透镜,材料为TF3,第八透镜L8为正透镜,材料为CaF2;第九透镜L9为小光焦度透镜,材料为熔融石英,第九透镜L9具有滤光片作用,第十透镜L10与第十一透镜L11为双胶合透镜,第十透镜L11为透镜,材料为CaF2,第十一透镜L11为负透镜,材料为TF3;第七透镜L7和第八透镜L8具有对色差和二级光谱的校正作用,第十透镜L10和第十一透镜L11具有对色差和二级光谱的校正作用。
第一透镜组组成反摄远结构,将大入射角光线降低入射角后进入后续***进行校正。第二透镜组联合形成消色差显微结构,完成对第一透镜组残余像差的校正。
实施例
表1为空间目标成像光学***的结构参数
表1中,S1为第一透镜L1的左表面;S2为第一透镜L1的右表面;S3为第二透镜L2的左表面;S4为第二透镜L2的右表面;S5为第三透镜L3的左表面;S6为第三透镜L3的右表面;S7为第四透镜L4的左表面;S8为第四透镜L4的右表面;S9为第五透镜L5的左表面;S10为第五透镜L5的右表面;S11为第六透镜L6的左表面;S12为第六透镜L6的右表面;S13为第七透镜L7的左表面;S14为第七透镜L7的右表面,亦为第八透镜L8的左表面;S15为第八透镜L8的右表面;S16为第九透镜L9的左表面;S17为第九透镜L9的右表面;S18为第十透镜L10的左表面;S19为第十透镜L10的右表面,亦为第十一透镜L11的左表面;S20为第十一透镜L11的右表面。
表2第一透镜L1的右表面S2的非球面参数
面序号 | K | D | E | F | G |
S2 | -0.5050 | 0 | -1.8681e-008 | 5.3431e-011 | -1.9581e-013 |
本实施例的空间目标成像光学***的像质接近衍射极限,全视场最低调制传递函数(MTF)>0.78@50lp/mm。
本实施例的空间目标成像光学***的焦距为8mm,相对孔径1:3.5。
图2为本实施例光学***像面照度曲线,从图2可以看出,视场边缘照度可实现0.91,说明该***像面照度好,在大视场广角***中表现优秀。
图3为本实施例光学***在400nm-800nm工作谱段的传递函数曲线,图中给出了0视场,0.5视场,0.7视场与1视场的子午与弧矢传递函数曲线;其中所选特征波长为400nm,500nm,600nm,700nm,800nm,波长权重分别为3,4,5,4,3,图3表明在特征频率50lp/mm时,光学***的最低传递函数为45°视场的子午传函,为0.78。从图3可以看出,***有很好的成像质量,能够满足空间目标成像的需求。
图4为本实施例光学***几何畸变曲线,从图4可以看出,光学***最大畸变为-2%,中心视场区域畸变很小,***表现优秀。
显然,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于所述技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.空间目标成像光学***,其特征在于,该空间目标成像光学***为定焦光学***,包括从左至右沿同一光轴依次设置的第一透镜、第一透镜组、光阑和第二透镜组;
所述第一透镜的左表面为球面,右表面为高次非球面,第一透镜的材料为熔融石英;
所述高次非球面的非球面系数满足下列公式:
其中:z是透镜在光轴方向上的矢高,c是顶点曲率,k是二次曲线常数,y是轴向距离,非球面系数D,E,F,G至少一个不为零;
所述第一透镜组降低入射光线的出射角;
所述第二透镜组对第一透镜组进行像差校正。
2.根据权利要求1所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第一透镜组为反摄远物镜结构。
3.根据权利要求2所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第一透镜组包括从左至右沿同一光轴依次设置的第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜;
所述第二透镜为平凹透镜,第二透镜的右表面为凹面;
所述第三透镜和第四透镜均为弯月透镜,第三透镜和第四透镜的左表面为凹面;
所述第五透镜和第六透镜均为正透镜。
4.根据权利要求1所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第二透镜组为倒置的显微物镜结构。
5.根据权利要求4所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第二透镜组包括从左至右沿同一光轴依次设置的第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜和第十一透镜;
所述第七透镜和第八透镜为双胶合透镜,第七透镜为负透镜,第八透镜为正透镜;所述第九透镜具有滤光片作用;所述第十透镜与第十一透镜为双胶合透镜,第十透镜为正透镜,第十一透镜为负透镜。
6.根据权利要求5所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第七透镜的材料为TF3,第八透镜的材料为CaF2。
7.根据权利要求5所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第十透镜的材料为CaF2,第十一透镜的材料为TF3。
8.根据权利要求5所述的空间目标成像光学***,其特征在于,所述第九透镜的材料为熔融石英。
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