CN101634741A - 一种用于月球探测的紫外广角物镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于月球探测的紫外广角物镜，包括前端负光焦度透镜(1)、后端负光焦度透镜(7)以及具有正光焦度的中间组透镜，前端负光焦度透镜(1)、中间组透镜和后端负光焦度透镜(7)依次置于同一光轴(8)上，本发明提供了一种可校正了色差、畸变的紫外广角物镜。

Description

一种用于月球探测的紫外广角物镜

技术领域

本发明涉及紫外光学成像系统，尤其涉及一种用于月球探测的紫外广角物镜。

背景技术

中国的科学家们在世界上首次采用了紫外敏感器在环月卫星上进行成像探测。该广角物镜为紫外月球敏感器中的主成像测量物镜，使用波段为紫外A波段至可见光部分，波段范围为300nm～500nm，探测器的有效成像区为13.3×13.3mm，要求可探测到物空间70°范围，物镜的相对孔径1/5.6，在外空间的辐照下能正常工作。

光学系统用于成像测量时必须对畸变进行校正以提高测量精度，而光学系统的视场角越大，对畸变的校正也就越难，因而必须有适合的光学系统结构型式以解决光学系统畸变校正问题。

光学系统按视场角分类把60°以上的物镜称为广角物镜，实现广角物镜的结构型式有非对称及对称型两类，常用于校正畸变的广角物镜结构型式多为对称式结构，在对称型的广角物镜结构型式中，一类为正光焦度在外的结构型式，另一类为负光焦度在外的结构型式。

正光焦度在外的典型结构型式有Hypogon、Topogon、Double Gauss等，负光焦度在外的典型结构型式有Pyccap物镜。

然而对用于空间成像的紫外物镜有着特殊要求，一是要求不采用胶合透镜，二是所用材料能够适应月球探测的空间环境。普通光学玻璃难以用在紫外波段的透射光学系统中，当波长短于350nm时折射式光学系统的材料主要以透紫外的光学晶体材料为主。尤其在空间探测中，需要探测的波段有一定宽度，因而必须解决材料的配对消色差问题以使系统有良好的光学性能，但在紫外波段可选用的消色差材料非常少，同时可用材料的折射率低，使得上述已知的几种结构型式难以实现紫外月球敏感器广角成像物镜的消像差设计，因而必须研究发展适合于在该谱段成像应用的广角物镜结构以满足要求。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可校正了色差、畸变的紫外广角物镜。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种用于月球探测的紫外广角物镜，其特殊之处在于：所述广角物镜是包括前端负光焦度透镜1、后端负光焦度透镜7以及具有正光焦度的中间透镜组，所述前端负光焦度透镜1、中间透镜组和后端负光焦度透镜7依次置于同一光轴8上。

上述正光焦度的中间透镜组由复杂化三片式镜组9和光栏2组成，所述复杂化三片式镜组9包括第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、负光焦度镜片5和第三正光焦度透镜片6，所述第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、负光焦度透镜片5和第三正光焦度透镜片6依次设置在同一光轴8上；所述光栏2置于第一正光焦度透镜片3的前部。

上述广角物镜还包括正光焦度的厚透镜10，所述正光焦度的厚透镜10置于前端负光焦度透镜1和光栏2之间，并与前端负光焦度透镜1以及光栏2置于同一光轴8上。

上述前端负光焦度透镜1和后端负光焦度透镜7弯向光栏2。

上述前端负光焦度透镜1和后端负光焦度透镜7采用石英玻璃材料制成。

上述第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6、正光焦度的厚透镜10由高色散系数的晶体材料mgf2或caf2制成。

上述负光焦度透镜片5由低色散系数的材料石英或有高透过率的光学玻璃材料制成。

上述第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6由mgf2制成时，负光焦度镜片5采用石英材料制成；第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6由caf2制成时，负光焦度镜片5采用光学玻璃材料Bak2制成。

上述第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6为双凸的正光焦度透镜片。

上述负光焦度镜片5为双凹的负光焦度镜片。

本发明的优点是：

1、在300nm～500nm的紫外-可见波段校正了色差。本发明提供的弯向光栏的负弯月形镜片，采用石英玻璃材料，有着良好的空间环境适应性，中间光组镜片中的双凸的正光焦度镜片，以及双凹的负光焦度镜片组成正光焦度，系统的光焦度按照“-+-”的方式进行排列，正负分离的光焦度能够校正场曲，同时这种光焦度的分配通过对材料的选择还兼顾校正位置色差，分布于外侧的负光焦度透镜弯向光栏有利于校正像散，中间组的透镜具有正的光焦度，这组正光焦度的镜片要能够校正球差彗差以及色差，因而中间组的正光焦度透镜采用“+-+”的一组将前片分裂为二片的复杂化的三片式结构来进行色差的校正。目前已有的负光焦度在外的对称式广角物镜的结构型式采用的消色差结构为胶合型式的基于光栏对称的镜片组，而本发明所采用的基于三片式组合的结构型式在对称式的广角物镜中具有自身的特点。

2、校正了畸变。本发明所采用的中间组复杂化的三片式结构型式为一种基本对称式的结构，因而有利于校正大视场物镜的畸变。物镜的应用需要小的入瞳距，因而这种基本对称式的结构型式不是相对于光栏对称的，为了减小物镜的入瞳距，光栏被置于中间组的前端，形成了非光栏对称的基于三片式结构的校正了畸变的广角物镜结构型式，在70°的视场内畸变校正到了0.3％。

附图说明

图1为本发明的基本结构示意图；

图2为本发明较佳的实施例结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种用于月球探测的紫外广角物镜，包括前端负光焦度透镜1、后端负光焦度透镜7、光栏2、第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、负光焦度镜片5、第三正光焦度透镜片6。第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、负光焦度透镜片5和第三正光焦度透镜片6依次设置在同一光轴8上；光栏2置于正光焦度透镜片3的前部，前端负光焦度透镜1和后端负光焦度透镜7弯向光栏2。

前端负光焦度透镜1、后端负光焦度透镜7采用石英玻璃材料制成。第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6可以由高色散系数的晶体材料mgf2或caf2制成。负光焦度透镜片5可以由低色散系数的材料石英或有高透过率的光学玻璃材料制成。第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6由mgf2制成时，负光焦度镜片5采用石英材料制成；第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6由caf2制成时，负光焦度镜片5采用光学玻璃材料制成，可以是bak2或其它。前端负光焦度透镜1、后端负光焦度透镜7为弯月形状的镜片。第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6为双凸形状的镜片。负光焦度镜片5为双凹形状的镜片。

这种型式的结构，其宏观的光焦度分配为“-+-”的方式，正负分离的光焦度用来校正场曲，同时这种光焦度的分配通过对材料的选择还兼顾校正位置色差，分布于外侧的前端负光焦度透镜1、后端负光焦度透镜7弯向光栏2有利于校正像散，中间组的透镜具有正的光焦度，这组第一正光焦度透镜片3、第二正光焦度透镜片4、第三正光焦度透镜片6要能够校正球差彗差及色差，由于系统不能采用胶合透镜的型式，因而中间组的正光焦度透镜采用“+-+”的一组三片式组合来进行色差的校正，但由于能应用在紫外波段的光学材料其折射率较低，因而用多个镜片来分散光焦度。

结构型式的大致对称使得畸变和倍率色差易于校正，其畸变的校正在70°的视场内达到了0.3％。这种基本对称的结构型式并非是基于光栏对称的，中间组的正光焦度镜片是基于三片式的对称结构，光栏2没有放置在三片式结构的中部而是被前置以获得较小的入瞳距。因而这种新型的广角物镜结构型式不是基于光栏对称的结构。

为进一步提高像质，在基本结构型式上复杂化的一种结构型式如图2示。

由于在紫外波段光学材料的折射率偏低，使得轴外视场有较大的彗差及高级球差，因而采用将中间组的正光焦度透镜由多个镜片组成以分担光焦度，减小透镜表面曲率以使系统能更好地校正球差及彗差。复杂化的这种结构型式加入了一块弯向光栏的弱光焦度的厚透镜10，由于基本结构型式已经奠定了校正畸变和色差的基础，因而弱光焦度厚透镜的引入不改变基本构型，因此对入瞳距的改变很小，厚透镜10同时可看成是两块正负光焦度分离的镜片，因此有利于进一步改进轴外像质，厚透镜10自身校正了一定的色差，因而其材料的色散选择不是很严格，采用mgf2、caf2或石英玻璃均可，由于厚透镜的光焦度为正，采用高色散系数的材料对校正像差更为有利一些。

Claims (10)

1、一种用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述广角物镜包括前端负光焦度透镜(1)、后端负光焦度透镜(7)以及具有正光焦度的中间组透镜，所述前端负光焦度透镜(1)、中间组透镜和后端负光焦度透镜(7)依次置于同一光轴(8)上。

2、根据权利要求1所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述正光焦度的中间组透镜由复杂化三片式镜组(9)和光栏(2)组成，所述复杂化三片式镜组(9)包括第一正光焦度透镜片(3)、第二正光焦度透镜片(4)负光焦度镜片(5)和第三正光焦度透镜片(6)，所述第一正光焦度透镜片(3)、第二正光焦度透镜片(4)负光焦度透镜片(5)和第三正光焦度透镜片(6)依次设置在同一光轴(8)上；所述光栏(2)置于第一正光焦度透镜片(3)前部。

3、根据权利要求2所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述广角物镜还包括正光焦度的厚透镜(10)，所述正光焦度的厚透镜(10)置于前端负光焦度透镜(1)和光栏(2)之间，并与前端负光焦度透镜(1)以及光栏(2)置于同一光轴(8)上。

4、根据权利要求1或2或3所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述前端负光焦度透镜(1)和后端负光焦度透镜(7)弯向光栏(2)。

5、根据权利要求4所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述前端负光焦度透镜(1)和后端负光焦度透镜(7)采用石英玻璃材料制成。

6、根据权利要求3所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述第一正光焦度透镜片(3)、第二正光焦度透镜片(4)、第三正光焦度透镜片(6)、正光焦度的厚透镜(10)可以由高色散系数的晶体材料mgf2或caf2制成。

7、根据权利要求2所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述负光焦度透镜片(5)可以由有高透过率的低色散系数的材料石英或光学玻璃材料制成。

8、根据权利要求6所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述第一正光焦度透镜片(3)、第二正光焦度透镜片(4)、第三正光焦度透镜片(6)由mgf2制成时，负光焦度镜片(5)采用石英材料制成；第一正光焦度透镜片(3)、第二正光焦度透镜片(4)、第三正光焦度透镜片(6)由caf2制成时，负光焦度镜片(5)采用光学玻璃材料制成。

9、根据权利要求6所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述第一正光焦度透镜片(3)、第二正光焦度透镜片(4)、第三正光焦度透镜片(6)为双凸的正光焦度透镜片。

10、根据权利要求7所述的用于月球探测的紫外广角物镜，其特征在于：所述负光焦度镜片(5)为双凹的负光焦度镜片。

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