CN110955030B - 一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，由物空间至像空间依次设置有窗口片1、前组A、光阑B、后组C，所述前组A包括第一负月牙透镜A1、第一正月牙透镜A2、第一双凸透镜A3；所述后组C包括双凹透镜C1、第二双凸透镜C2、第二正月牙透镜C3；其中第一负月牙透镜A1的前表面为非球面减少了光路中的镜片数量，即减少了光路中反射面的数量，同时扩大了鬼像的优化空间，极大地减小了杂散光的产生。本发明光路结构能实现较大的视场监测，光路中镜片非通光面做消光处理，系统无渐晕，畸变小，适用于严苛的运载发射环境下的实时监测。
Description
技术领域：
本发明涉及一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，属于光电技术领域。
背景技术：
摄像镜头进行物体成像时，除了正常成像光线，还会有其它非成像光线进入成像面，这些非成像光线称为杂散光。
杂散光产生于漏光、透射光学表面质量问题产生的散射光、透射光学表面二次反射产生的鬼像、镜筒内壁等非光学表面的残余反射等；杂散光的存在会干扰目标光线的成像，尤其在强光照环境下容易导致成像画面对比度降低，影响使用效果。
运载环境中使用的光学系统一般要求监视范围大，对体积和重量要求严格，而且光学系统使用过程中容易处于火焰光、太阳光、地气杂光等强光源的环境中，因此系统成像易受杂散光影响；给镜头增加遮光罩是消杂散光的一种有效手段，但对于广角镜头来说，由于其视场角大，遮光罩受限于体积和重量而无法做得很长，消杂散光作用有限，因此光学系统本身光路结构需要进行消杂散光设计。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，该光路结构可消杂散光，具有视场角大、杂散光小的优点。
本发明广角低杂散光运载光学系统的光路结构，其特征在于：由物空间至像空间依次设置有窗口片、前组A、光阑B、后组C，所述前组A包括第一负月牙透镜A1、第一正月牙透镜A2、第一双凸透镜A3；所述后组C包括双凹透镜C1、第二双凸透镜C2、第二正月牙透镜C3；其中第一负月牙透镜A1的前表面为非球面。
进一步的，上述窗口片采用石英玻璃材料，以起到耐热耐压防护作用。
进一步的，上述第一负月牙透镜A1的前表面面型满足偶次非球面方程：
其中，c为曲率，k为二次曲线常数，r为垂直光轴的径向坐标，A0为二阶非球面系数，A1为四阶非球面系数，A2为六阶非球面系数，A3为八阶非球面系数，A4为十阶非球面系数。
进一步的，上述第一负月牙透镜A1前表面参数归一化后，曲率c为0.062，二次曲线常数k及二阶非球面系数A0均为0，四阶非球面系数A1为6.992E-003，六阶非球面系数A2为3.552E-004，八阶非球面系数A3为-1.527E-004，十阶非球面系数A4为1.719E-005。
进一步的，上述光路中各个镜片的非通光面做涂黑处理，以增大光吸收，降低非通光面的反射和降低杂散光。
进一步的，上述光路结构实现的视场角为78°，畸变小于4%，空间频率120lp/mm，适用于运载环境下的实时监测。
本发明的突出效果在于：使用了非球面，有效地减少了光路中的镜片数量，对应的减少了光路中反射面的数量，鬼像的优化效果得到提升，光学系统具有低杂散光优点，同时又兼顾了运载光学系统轻量化及大视场角监测等要求。
附图说明：
图1为本发明实施例的光路结构图。
具体实施方式：
参考图1，一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，由物空间至像空间依次设置有窗口片1、前组A、光阑B、后组C，所述前组A包括第一负月牙透镜A1、第一正月牙透镜A2、第一双凸透镜A3；所述后组C包括双凹透镜C1、第二双凸透镜C2、第二正月牙透镜C3；其中第一负月牙透镜A1的前表面为非球面，第一负月牙透镜A1、第一正月牙透镜A2、第一双凸透镜A3；双凹透镜C1、第二双凸透镜C2、第二正月牙透镜C3的其它面为球面，第一负月牙透镜A1、第二正月牙透镜C3朝向物侧的一面为凸面，第一负月牙透镜A1、第二正月牙透镜C3朝向像侧的一面为凹面，第一正月牙透镜A2朝向物侧的一面为凹面、朝向像侧的一面为凸面。
窗口片1采用石英玻璃材料，在严苛的运载发射环境中起到耐热耐压等防护作用。
所述前组A中，第一负月牙透镜A1的前表面为非球面，其面型满足偶次非球面方程：
其中，c为曲率，k为二次曲线常数，r为垂直光轴的径向坐标，A0为二阶非球面系数，A1为四阶非球面系数，A2为六阶非球面系数，A3为八阶非球面系数，A4为十阶非球面系数。
进一步的，所述负月牙透镜A1前表面参数归一化后，曲率c为0.062，二次曲线常数k及二阶非球面系数A0均为0，四阶非球面系数A1为6.992E-003，六阶非球面系数A2为3.552E-004，八阶非球面系数A3为-1.527E-004，十阶非球面系数A4为1.719E-005。
所述第一负月牙透镜A1的前表面使用非球面，有效地减少了光路中的镜片数量，相应的减少了光路中反射面的数量，鬼像得到了更大的优化空间，极大地减小了光学系统杂散光的产生。
为进一步降低杂散光，光路中各个镜片的非通光面做涂黑处理，增大光吸收，降低了非通光面的反射。
本申请光学系统光路无渐晕。
本申请广角低杂散光运载光学系统的光路结构，其各个镜片参数归一化需满足表1所示要求。
表1 归一化镜片参数表
| 表面 | 面型 | 曲率半径R（mm） | 厚度（mm） | 折射率n |
| 1 | 球面 | Infinity | 2.00 | 1.52 |
| 2 | 球面 | Infinity | 2.00 | 1.00 |
| 3 | 非球面 | 15≤R≤20 | 0.43 | 1.76 |
| 4 | 球面 | 1≤R≤5 | 2.95 | 1.00 |
| 5 | 球面 | -12≤R≤-5 | 1.37 | 1.92 |
| 6 | 球面 | -5≤R≤-1 | 1.63 | 1.00 |
| 7 | 球面 | 1≤R≤5 | 0.77 | 1.70 |
| 8 | 球面 | -40≤R≤-35 | 0.71 | 1.00 |
| 9 | 球面 | -5≤R≤-2 | 0.33 | 1.92 |
| 10 | 球面 | 2≤R≤5 | 0.16 | 1.00 |
| 11 | 球面 | 5≤R≤10 | 1.03 | 1.77 |
| 12 | 球面 | -5≤R≤-1 | 0.05 | 1.00 |
| 13 | 球面 | 1≤R≤5 | 0.74 | 1.73 |
| 14 | 球面 | 20≤R≤25 | — | 1.00 |
该光路结构实现的视场角为78°，畸变小于4%，空间频率120lp/mm，光学系统杂散光小同时具有轻量化的优点，适用于运载环境下的大视场范围实时监测。
本申请前组A的第一个透镜前表面采用了非球面，减少了光路中的镜片数量，即减少了光路中反射面的数量，同时扩大了鬼像的优化空间， 极大地减小了杂散光的产生。本发明光路结构能实现较大的视场监测，光路中镜片非通光面做消光处理，系统无渐晕，畸变小，适用于严苛的运载发射环境下的实时监测。
表2所示为该光路结构的一组实例。
表2 镜片参数表
| 表面 | 面型 | 曲率半径R（mm） | 厚度（mm） | 折射率n |
| 1 | 球面 | Infinity | 7.83 | 1.52 |
| 2 | 球面 | Infinity | 7.46 | 1.00 |
| 3 | 非球面 | 64.35 | 1.72 | 1.76 |
| 4 | 球面 | 7.21 | 11.82 | 1.00 |
| 5 | 球面 | -41.17 | 5.48 | 1.92 |
| 6 | 球面 | -19.04 | 6.52 | 1.00 |
| 7 | 球面 | 10.34 | 3.07 | 1.70 |
| 8 | 球面 | -142.29 | 2.85 | 1.00 |
| 9 | 球面 | -13.44 | 1.33 | 1.92 |
| 10 | 球面 | 9.40 | 0.65 | 1.00 |
| 11 | 球面 | 22.60 | 4.12 | 1.77 |
| 12 | 球面 | -8.17 | 0.18 | 1.00 |
| 13 | 球面 | 10.56 | 2.97 | 1.73 |
| 14 | 球面 | 85.22 | — | 1.00 |
其中，负月牙透镜A1前表面二次曲线常数k及二阶非球面系数A0均为0，四阶非球面系数A1为1.092E-004，六阶非球面系数A2为3.470E-007，八阶非球面系数A3为-9.329E-009，十阶非球面系数A4为6.557E-011。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，其特征在于：由物空间至像空间依次设置有窗口片、前组A、光阑B、后组C，所述前组A包括第一负月牙透镜A1、第一正月牙透镜A2、第一双凸透镜A3；所述后组C包括双凹透镜C1、第二双凸透镜C2、第二正月牙透镜C3；其中第一负月牙透镜A1的前表面为非球面；所述第一负月牙透镜A1前表面参数归一化后，曲率c为0.062，二次曲线常数k及二阶非球面系数A0均为0，四阶非球面系数A1为6.992E-003，六阶非球面系数A2为3.552E-004，八阶非球面系数A3为-1.527E-004，十阶非球面系数A4为1.719E-005；所述第一负月牙透镜A1的前表面面型满足偶次非球面方程：
其中，c为曲率，k为二次曲线常数，r为垂直光轴的径向坐标，A0为二阶非球面系数，A1为四阶非球面系数，A2为六阶非球面系数，A3为八阶非球面系数，A4为十阶非球面系数；
所述光路结构实现的视场角为78°，畸变小于4%，空间频率120lp/mm，适用于运载环境下的实时监测。
2.根据权利要求1所述的一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，其特征在于：所述窗口片采用石英玻璃材料，以起到耐热耐压防护作用。
3.根据权利要求1所述的一种广角低杂散光运载光学系统的光路结构，其特征在于：所述光路中各个镜片的非通光面做涂黑处理，以增大光吸收，降低非通光面的反射和降低杂散光。
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