CN104536118B - 一种近红外谱段中继成像镜组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近红外谱段中继成像镜组，包括置于光谱成像光路中的前置成像镜头与光电探测器之间的中继成像镜组，中继成像镜组包括位于同一光轴且呈镜像对称布置的前组镜头和后组镜头，前组镜头和后组镜头由镜像侧向外侧依次包括第一单镜片、第一双胶合镜片、第二双胶合镜片和第二单镜片,中继成像镜组应用的近红外光谱范围是650～1100nm。本发明可与不同后工作距的前置光学镜头组合使用；中继成像镜组前组镜头和后组镜头之间为平行光路且之间的距离可根据分光组件的厚度灵活调整；通过抑制二级光谱，有效减小系统的色差。由于采用的完全对称的设计，前后镜组只用一种镜头，加工成本更低，装配调试更加容易。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，特别涉及一种近红外谱段中继成像镜组。
背景技术
在光谱成像中为了得到多个谱段的光谱图像，需要在光谱成像光路中的成像镜头和光电探测器之间加入分光组件，如滤光片、干涉仪等。发明人在研究的过程中发现，将普通光学成像系统升级为光谱成像系统时会遇到两个问题：
第一个问题成像镜头的后工作距不够，也就是成像镜头的最后端与光电探测器之间的距离太短，不足以放置分光组件。
第二个问题是成像镜头和光电探测器之间不是平行光路，将滤光片或干涉仪等分光组件放置其中时会破坏原有成像镜头的成像性能，最为明显的是色差，也就是不同波长的光的成像点位置不一致，从而导光谱图像出现不通谱段图像不一致，影响光谱成像效果。
虽然付强等(付强等，用于液晶可调谐滤光片型过光谱成像仪的中继成像系统设计，光子学报，2011，31(10),1022002)设计了一种中继成像镜头，使得镜头后工作距足够长，可以放置分光组件，前端可以使用不同后工作距的前置成像镜头，但是这种方法只对镜头自身进行了像差校正，但由于分光组件仍然在非平行光路中，分光组件仍然会引起一定的像差，造成成像质量下降。
又如Kohzo Homma等(Kohzo Homma,Hirokimi Shingu,HiromichiYamamoto.Application of an imaging spectropolarimeter to agro-environmentalsciences[J].Proceedings of SPIE,2004,5234:638～647)采用了一套中继系统，包括前后两组，使分光组件放置在中继镜组之间的平行光路中，这样可以使得成像性能提高。但是由于该中继镜采用了通用镜头，会出现光学参数不匹配的问题，成像质量难以控制，像面亮度不均匀，仍然会产生较为严重的色差。
在其他的一些设计中采用了中继镜组的方式，但是该中继镜组只对与之配套的前置成像镜头有效，采用其它前置成像镜头时，成像质量就难以保证。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种近红外谱段中继成像镜组，解决了现有光谱系统中成像镜头后工作距不够和插入分光组件后出现的成像质量下降的问题。
本发明提供的一种近红外谱段中继成像镜组，包括置于光谱成像光路中的前置成像镜头与光电探测器之间的中继成像镜组，所述中继成像镜组包括位于同一光轴且呈镜像对称布置的前组镜头和后组镜头，所述前组镜头和后组镜头由镜像侧向外侧依次包括第一单镜片、第一双胶合镜片、第二双胶合镜片和第二单镜片；所述第一单镜片为凸面朝向镜像侧的正弯月透镜，所述第一双胶合镜片为双凸透镜与双凹镜片胶合的镜片；所述第二双胶合镜片为双凹镜片与双凸镜片胶合的镜片，所述第二单镜片为凸面朝向镜像侧的正弯月镜片,所述中继成像镜组中的第一单镜片的凸面半径为40mm、厚度为6±0.2mm、折射率为1.60881、散射系数为58.86；第一单镜片的第二面半径为平面，后面空气间隔为2±0.02；第一双胶合镜片的凸面半径为24.2mm、厚度为8±0.02mm、折射率为1.60881、散射系数为58.86；第一双胶合镜片的第二面的半径为-39.54mm，厚度为3.57±0.02mm、折射率为1.61242、散射系数为44.09、第一双胶合镜片的第三面的半径为15.14mm，后面空气间隔为5±0.02mm、第二双胶合镜片的凹面半径为-42.1mm、厚度为3.5±0.02mm、折射率为1.61242、散射系数为44.09；第二双胶合镜片的第二面的半径为17.86mm，厚度为7±0.02mm、折射率为1.60881、散射系数为56.86、第二双胶合镜片的第三面的半径为-190.69mm，后面空气间隔为43.4±0.02mm和第二单镜片的凸面半径为33mm，厚度为5.3±0.02mm、折射率为1.60881、散射系数为56.65、第二单镜片的第二面半径为130mm。
进一步的，所述前组镜头的焦面与所述前置成像镜头成像的一次像面重合；所述后组镜头的像面与所述光电探测器的感光面重合。
进一步的，所述前组镜头和后组镜头之间为平行光路，所述前组镜头和后组镜头之间设有放置分光组件的预留空间。
进一步的，所述前组镜头和后组镜头之间的预留空间的距离可调。
进一步的，所述中继成像镜组应用的近红外光谱范围是650～1100nm。
进一步的，所述中继成像镜组的放大率为1，线视场为±5.6mm，且为有限共轭光学成像镜组。
进一步的，所述中继成像镜组为物方远心设计和像方远心设计。
所述中继成像镜组，内部不设置光阑，与其它前置成像镜头匹配时，前置镜头的光阑可在一定范围内移动而不严重影响成像质量，因此可以适应不同的前置镜头；
所述的中继成像镜组，将两个完全一样的镜组进行组合，组合后的光学中继系统完全对称，垂轴像差互相抵消，可进一步完善中继镜组成像质量。
所述的中继成像镜组，设计中通过抑制二级光谱，使得色差进一步减小，提高光谱成像质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可与不同后工作距的前置光学镜头组合使用；中继成像镜组前镜组和后镜组之间为平行光路，可放置分光组件，前镜组和后镜组之间的距离可根据分光组件的厚度灵活调整；通过抑制二级光谱，有效减小系统的色差。由于采用的完全对称的设计，前后镜组只用一种镜头，加工成本更低，装配调试更加容易。
附图说明
图1为近红外谱段中继成像镜组示意图；
图2为单组示意图；
图3为近红外谱段中继成像镜组的点列图。
具体实施方式
下面将对本发明进一步说明：
如图1-2所示，本发明实施例提供的一种近红外谱段中继成像镜组，优选为一种近红外谱段复消色差中继成像镜组，包括至于光谱成像光路中的前置成像镜头与光电探测器之间的中继成像镜组，所述中继成像镜组包括位于同一光轴且呈镜像对称布置的前组镜头1和后组镜头2，所述前组镜头1和后组镜头2由镜像侧向外侧依次包括第一单镜片11、第一双胶合镜片12、第二双胶合镜片13和第二单镜片14；所述第一单镜片11为凸面朝向镜像侧的正弯月透镜，所述第一双胶合镜片12为双凸透镜与双凹镜片胶合的镜片；所述第二双胶合镜片13为双凹镜片与双凸镜片胶合的镜片，所述第二单镜片14为凸面朝向镜像侧的正弯月镜片。
进一步的，所述前组镜头1的焦面与所述前置成像镜头成像的一次像面重合；所述后组镜头2的像面与所述光电探测器的感光面重合。
进一步的，所述前组镜头1和后组镜头2之间为平行光路，所述前组镜头和后组镜头之间设有放置分光组件3的预留空间。
进一步的，所述前组镜头1和后组镜头2之间的预留空间的距离可调。
实施例一近红外谱段复消色差中继成像镜组的光谱范围是650～1100nm的近红外范围；
本实施例所用的玻璃材料均为国产普通光学玻璃，具体参数如下表所示：
本实施例完成的中继成像镜组放大率为1，线视场为±5.6mm，点列图如图3所示。
本实施例中的中继成像镜组为物方远心设计和像方远心设计。
所述中继成像镜组，内部不设置光阑，与其它前置成像镜头匹配时，前置镜头的光阑可在一定范围内移动而不严重影响成像质量，因此可以适应不同的前置镜头；
所述的中继成像镜组，将两个完全一样的镜组进行组合，组合后的光学中继系统完全对称，垂轴像差互相抵消，可进一步完善中继镜组成像质量。
所述的中继成像镜组，设计中通过抑制二级光谱，使得色差进一步减小，提高光谱成像质量。
所述的中继成像镜组，放大率为1，为有限共轭光学成像镜组。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可与不同后工作距的前置光学镜头组合使用；中继成像镜组前镜组和后镜组之间为平行光路，可放置分光组件，前镜组和后镜组之间的距离可根据分光组件的厚度灵活调整；通过抑制二级光谱，有效减小系统的色差。由于采用的完全对称的设计，前后镜组只用一种镜头，加工成本更低，装配调试更加容易。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种近红外谱段中继成像镜组，包括置于光谱成像光路中的前置成像镜头与光电探测器之间的中继成像镜组，其特征在于，所述中继成像镜组包括位于同一光轴且呈镜像对称布置的前组镜头和后组镜头，所述前组镜头和后组镜头由镜像侧向外侧依次包括第一单镜片、第一双胶合镜片、第二双胶合镜片和第二单镜片；所述第一单镜片为凸面朝向镜像侧的透镜，所述第一双胶合镜片为双凸透镜与双凹镜片胶合的镜片；所述第二双胶合镜片为双凹镜片与双凸镜片胶合的镜片，所述第二单镜片为凸面朝向镜像侧的正弯月镜片,所述中继成像镜组中的第一单镜片的凸面半径为40mm、厚度为6±0.2mm、折射率为1.60881、散射系数为58.86；第一单镜片的第二面为平面，后面空气间隔为2±0.02mm；第一双胶合镜片的凸面半径为24.2mm、厚度为8±0.02mm、折射率为1.60881、散射系数为58.86；第一双胶合镜片的第二面的半径为-39.54mm，厚度为3.57±0.02mm、折射率为1.61242、散射系数为44.09、第一双胶合镜片的第三面的半径为15.14mm，后面空气间隔为5±0.02mm、第二双胶合镜片的凹面半径为-42.1mm、厚度为3.5±0.02mm、折射率为1.61242、散射系数为44.09；第二双胶合镜片的第二面的半径为17.86mm，厚度为7±0.02mm、折射率为1.60881、散射系数为56.86、第二双胶合镜片的第三面的半径为-190.69mm，后面空气间隔为43.4±0.02mm和第二单镜片的凸面半径为33mm，厚度为5.3±0.02mm、折射率为1.60881、散射系数为56.65、第二单镜片的第二面半径为130mm。
2.如权利要求1所述的近红外谱段中继成像镜组，其特征在于，所述前组镜头的物方焦面与所述前置成像镜头成像的一次像面重合；所述后组镜头的像面与所述光电探测器的感光面重合。
3.如权利要求1所述的近红外谱段中继成像镜组，其特征在于，所述前组镜头和后组镜头之间为平行光路，所述前组镜头和后组镜头之间设有放置分光组件的预留空间。
4.如权利要求3所述的近红外谱段中继成像镜组，其特征在于，所述前组镜头和后组镜头之间的预留空间的距离可调。
5.如权利要求1所述的近红外谱段中继成像镜组，其特征在于，所述中继成像镜组应用的近红外光谱范围是650～1100nm。
6.如权利要求5所述的近红外谱段中继成像镜组，其特征在于，所述中继成像镜组的放大率为1，线视场为±5.6mm，且为有限共轭光学成像镜组。
7.如权利要求1所述的近红外谱段中继成像镜组，其特征在于，所述中继成像镜组为物方远心设计和像方远心设计。
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