CN104297924A - 一种宽谱、宽视场光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽谱、宽视场光学系统，自物体侧到成像面依次包括：被放置在物体侧的第一透镜组(1)；被放置为比第一透镜组(1)更靠近像面的第二透镜组(2)；以及被布置为比第一透镜组(1)和第二透镜组(2)都靠近像面的分光棱镜(3)。本发明提供了一种宽谱、宽视场光学系统，解决了卫星光学载荷光学系统(宽谱、宽视场)场曲、色差等像差校正难度较大、加工成本高等问题。

Description

一种宽谱、宽视场光学系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，更具体的说，涉及一种宽谱、宽视场的光学系统。
背景技术
根据卫星任务的需求，宽幅(宽视场)、宽谱段、高分辨率的光学系统已成为主要趋势。随着视场角的增大，放大率不再是常数，畸变值也随之增大，虽然不影响成像的清晰度，却使像对物产生失真，降低了成像的几何质量；宽工作谱段可获得目标更多的特征信息，但因不同频率的光在同一介质的折射率不同，给光学系统带来严重的色差；高分辨率可探测目标更为微小的细节，为目标的辨识、任务的策划等提供了极大的优势和保障，在工作谱段一定的情况下，提高分辨率需要增大光学系统的相对口径，从而导致了光学系统各像差较严重、校正难的现象。
以上三个指标对光学系统提出了多个、严苛的限制条件，使得光学系统成本高、难度大、设计复杂。因此，有必要提供一种结构紧凑、设计简单的宽谱、宽视场的成像透镜。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种宽谱、宽视场光学系统，解决了卫星光学载荷光学系统(宽谱、宽视场)场曲、色差等像差校正难度较大、加工成本高等问题。
为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种宽谱、宽视场光学系统，包括：放置在物体侧的第一透镜组，放置在比第一透镜组更靠近像面的第二透镜组，以及放置在比第二透镜组更靠近像面的分光棱镜。
所述第一透镜组包括总体具有负放大倍率的多个透镜组成，所述第二透镜组包括总体具有正放大倍率的多个透镜组成。
所述第一透镜组由物体侧到像面侧依次包括第一透镜、双胶合透镜、第二透镜，所述第一透镜是具有负放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面；所述双胶合透镜是具有正放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凹面，在像面侧具有凸面；第二透镜是具有负放大率凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面。
所述双胶合透镜中的两片透镜的折射率采用高低错落设计。
所述双胶合透镜与所述第一透镜和第二透镜的阿贝数采用高低错落设计。
所述第二透镜组从物体侧到像面侧依次包括第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜及第七透镜，所述第三透镜、第四透镜、第六透镜是具有正放大率的双凸透镜，所述第五透镜是具有负放大率的双凹透镜，所述第七透镜是具有正放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面，所述第四透镜和第五透镜透镜间及第五透镜和第六透镜间采用小间隙分离形式，用来改善高级像差，间隙小于1mm；所述第四透镜、第五透镜及第六透镜采用柯克三片式结构，有效改善宽视场带来的场曲像差。
所述第三透镜的物体侧前镜框处设置有光阑，用来减小或消除光学系统中的渐晕。
所述第一透镜组和第二透镜组中所有的透镜均采用球面透镜。
所述第一透镜组中的透镜镜片采用弯月厚透镜，用来改善宽视场带来的场曲像差。
所述分光棱镜利用半透半反或比例可调的透反膜将光路一分为二。
本发明技术方案，结构紧凑、设计简单，能够实现宽谱、宽视场的成像效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明所提供的光学系统的横截面示意图；
图2是本发明所提供的光学系统的成像光路示意图；
图3是本发明所提供的光学系统的像差曲线(场曲)示意图；
图4是本发明所提供的光学系统的像差曲线(畸变)示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的宽谱、宽视场光学系统包括：被放置在物体侧的第一透镜组1；被放置在比第一透镜组1更靠近像面的第二透镜组2；以及被放置在第一透镜组1和第二透镜组2都靠近像面的分光棱镜3。
第一透镜组1包括总体具有负放大倍率的多个透镜。其中，第一透镜4是具有负放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面；透镜5、透镜6胶粘为双胶合透镜，是具有正放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凹面，在像面侧具有凸面；第三透镜7是具有负放大率凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面。以上三部分，包括第一透镜4、双胶合透镜5、6、第二透镜7均采用弯月厚透镜，用来消除宽视场带来的场曲等像差。双胶合透镜5、6中的两片透镜的折射率采用高低错落设计，例如透镜5折射率大于1.9，透镜6折射率小于1.7；双胶合透镜5、6较第一透镜4和第二透镜7阿贝数采用高低错落设计，例如双胶合透镜5、6阿贝数小于40，第一透镜4和第二透镜7阿贝数大于60。第一透镜组1中的所有透镜均采用球面透镜。
第二透镜组2包括总体具有正放大倍率的多个透镜。其中，第三透镜9、第四透镜10、第六透镜12是具有正放大率的双凸透镜。第五透镜11是具有负放大率的双凹透镜。第七透镜13是具有正放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面。光阑8设置在第三透镜9的前镜框处，用来减小或消除系统中的渐晕。第四透镜10和第五透镜11间及第五透镜11和第六透镜12间采用小间隙分离形式代替胶合形式，用来改善高级像差，间隙小于1mm。第四透镜10、第五透镜11及第六透镜12采用柯克三片式结构，有效改善了宽视场带来的场曲像差。第二透镜组2中的所有透镜均采用球面透镜。
分光棱镜3利用半透半反或比例可调的透反膜将光路一分为二，可采用不同手段对目标进行捕获、处理。
表1中给出宽谱、宽视场光学系统设计数据
表1
面 面的类型 曲率半径 面之间的距离 折射率 阿贝数
S1 球面 99.506 4.644 1.65 55.9
S2 球面 19.420 14.219
S3 球面 -72.792 7.430 1.91 32.4
S4 球面 -17.200 4.644 1.62 31.0
S5 球面 -60.290 4.644
S6 球面 -20.294 7.430 1.62 63.5
S7 球面 -28.068 46.439
S8 球面 246.219 4.161 1.59 68.4
S9 球面 -52.719 1.041
S10 球面 76.085 4.644 1.59 68.4
面 面的类型 曲率半径 面之间的距离 折射率 阿贝数
S11 球面 -34.242 0.929
S12 球面 -31.631 4.161 1.70 36.3
S13 球面 42.614 0.929
S14 球面 38.293 4.161 1.59 68.4
S15 球面 -177.176 5.000
S16 球面 55.985 2.518 1.59 68.4
S17 球面 325.495 1.858
S18 平面 Infinity 14 1.65 55.9
S19 平面 Infinity
表1中，面S1是第一透镜4的物体侧的面，面S2是第一透镜4的像平面侧的面。面S3是双胶合透镜5、6的物体侧的面，面S4是双胶合透镜5、6的胶合的面，面S5是双胶合透镜5、6的像平面侧的面。面S6是第二透镜7的物体侧的面，面S7是第二透镜7的像平面侧的面。面S8是第三透镜9的物体侧的面，面S9是第三透镜9的像平面侧的面。光阑8设置在第三透镜9的前镜框处。面S10是第四透镜10的物体侧的面，面S11是第四透镜10的像平面侧的面。面S12是第五透镜11的物体侧的面，面S13是第五透镜11的像平面侧的面。面S14是第六透镜12的物体侧的面，面S15是第六透镜12的像平面侧的面。面S16是第七透镜13的物体侧的面，面S17是第七透镜13的像平面侧的面。
图2是本发明所提供的光学系统的成像光路示意图。本发明所提供的光学系统基于9片光学透镜(表面均为球面)会聚成像，利用立方棱镜进行通道分离，可对目标多手段处理分析。
图3是本发明所提供的光学系统的像差曲线(场曲)示意图。本发明所提供的光学系统中心视场的场曲小于0.04mm，边缘视场的场曲小于0.09mm，对于一般的光学系统都具有较大景深，本发明所提供的光学系统产生的场曲可忽略不计。
图4是本发明所提供的光学系统的像差曲线(畸变)示意图。本发明所提供的光学系统对目标进行成像后产生的最大畸变小于0.2％，在使用过程中可忽略不计。
以上是对本发明具体实施例的说明，但并不用来限定本发明。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的内容对本发明所提出的方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明的技术内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，包括：放置在物体侧的第一透镜组(1)，放置在比第一透镜组(1)更靠近像面的第二透镜组(2)，以及放置在比第二透镜组(2)更靠近像面的分光棱镜(3)。
2.根据权利要求1所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述第一透镜组(1)包括总体具有负放大倍率的多个透镜组成，所述第二透镜组(2)包括总体具有正放大倍率的多个透镜组成。
3.根据权利要求2所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述第一透镜组(1)由物体侧到像面侧依次包括第一透镜(4)、双胶合透镜(5、6)、第二透镜(7)，所述第一透镜(4)是具有负放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面；所述双胶合透镜(5、6)是具有正放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凹面，在像面侧具有凸面；第二透镜(7)是具有负放大率凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面。
4.根据权利要求3所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述双胶合透镜(5、6)
中的两片透镜的折射率采用高低错落设计。
5.根据权利要求3所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述双胶合透镜(5、6)
与所述第一透镜(4)和第二透镜(7)的阿贝数采用高低错落设计。
6.根据权利要求2所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述第二透镜组(2)从物体侧到像面侧依次包括第三透镜(9)、第四透镜(10)、第五透镜(11)、第六透镜(12)及第七透镜(13)，所述第三透镜(9)、第四透镜(10)、第六透镜(12)是具有正放大率的双凸透镜，所述第五透镜(11)是具有负放大率的双凹透镜，所述第七透镜(13)是具有正放大率的凹凸透镜，其在物体侧具有凸面，在像面侧具有凹面，所述第四透镜(10)和第五透镜透镜(11)间及第五透镜(11)和第六透镜(12)间采用小间隙分离形式，用来改善高级像差，间隙小于1mm；所述第四透镜(10)、第五透镜(11)及第六透镜(12)采用柯克三片式结构，有效改善宽视场带来的场曲像差。
7.根据权利要求6所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述第三透镜(9)的物体侧前镜框处设置有光阑(8)，用来减小或消除光学系统中的渐晕。
8.根据权利要求2所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述第一透镜组(1)和第二透镜组(2)中所有的透镜均采用球面透镜。
9.根据权利要求8所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述第一透镜组(1)中的透镜镜片采用弯月厚透镜，用来改善宽视场带来的场曲像差。
10.根据权利要求1所述的宽谱、宽视场光学系统，其特征在于，所述分光棱镜(3)利用半透半反或比例可调的透反膜将光路一分为二。
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