CN201497829U - 一种超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，该光学系统包括第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜，第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜依次设置于同一光路上；本实用新型提供了一种适应范围广、近半球视场、有利于系统像差的校正、具有较低的f-θ畸变和较均匀的像面照度、可有效降低静电吸附灰尘以及无渐晕的超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统。
Description
技术领域
本实用新型属于光电技术领域，涉及一种超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，尤其涉及一种适合空间环境的用于航天探测系统中的超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统。
背景技术
目前，在航空航天领域，尤其是在探月方面，航天空间探测系统中需要有一种超低畸变近半球视场的光学系统，其由于工作环境的苛刻要求，使得对该光学系统的精度、质量等要求很高，设计的技术难度相当大，并且国内尚无此类光学系统。同时由于静电作用，往往会在普通的光学系统的镜头前上粘附一些灰尘或者其他粒子，对光学系统的成像有很大的影响，有可能还会因此而导致光学系统的损坏，因此非常有必要研发一种轻小型化、高质量的超低畸变近半球视场光学系统，使之能配套用于航天探测系统中。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种适应范围广、近半球视场、有利于系统像差的校正、具有较低的f-θ畸变和较均匀的像面照度、可有效降低静电吸附灰尘以及无渐晕的超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统。
本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，其特殊之处在于：所述光学系统包括第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜，所述第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜依次设置于同一光路上。
上述光学系统还包括带通滤光片；所述带通滤光片设置于第三负透镜之后，并与第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜一起设置于同一光路上。
上述第一负透镜上镀制有导电膜。
上述第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三负透镜以及带通滤光片是普通光学玻璃或耐辐照光学玻璃。
本实用新型的优点是：
1、近半球视场，本实用新型通过合理布局，使视场范围为近半球视场，扩大了成像范围。
2、适应范围广。本实用新型采用多组元反远距的结构形式设计像方远心光路，通过特殊布局，使之满足在0.3m～∞清晰成像，对使用谱段范围可通过带通滤光片实现。为了减小整个系统的外形尺寸，将滤光片后移至像面前。为了能使不同物距的物在像面所成的像的中心位置基本不变，设计成像方远心光路才能满足探测系统高精度以及不同视场照度均匀性的要求。在极端空间环境下，本实用新型通过采用耐辐照光学玻璃材料可以耐受较高剂量的空间粒子辐照，通过特定的结构设计可在-60～+90°温差变化等恶劣环境中使用，适应范围相当广阔。
3、有利于系统像差的校正。本实用新型选用高折射率材料来减少轴外像差，使整个视场角范围内像面较平整，做到各视场照度较均匀。而且使入射角很大的面弯向光阑，以使主光线的偏角尽量小，以减少轴外像差。为了改变球差和彗差，用整体弯曲的方法改变光阑位置附近的透镜。而对像散、畸变和倍率色差的校正通过改变远离光阑位置的透镜或透镜组减小。该光学系统具有较大的相对孔径。为了平衡高级像差，在前组和后组之间放置一鼓型透镜，鼓型透镜产生的光阑球差可以部分抵消系统的轴外高级球差和高级像散，并有利于系统像差的校正。
4、具有较低的f-θ畸变和较均匀的像面照度。本实用新型采用f-θ成像模式。即y′＝fθ，为等距投影成像，相同的视场角θ(亦即ω)在像面上对应着相等的径向距离。即希望对图像实现不同程度的变形压缩(桶型畸变)，以保证在物空间实现预期的立体角覆盖。本实用新型将球面物投影为平面像。等距投影成像使像高与视场角为简单的正比关系，在目标信息的提取上避免了复杂的反演计算，具有很好的实时性。为了提高本实用新型像面照度的均匀性，在设计上一方面充分利用大量的桶型畸变使像方半视场角ω′减小；另一方面充分利用像差渐晕(轴外物点实际成像光束在近轴入瞳面上的投射宽度大于轴上点光束宽度)使轴外物点成像光束截面尽量增大。在加工生产上在工艺允许的情况下可考虑在合适的镜片上镀制透过率中心低边缘高的膜系，通过这种渐进膜系，使中心与边缘照度大致一致。
5、可有效降低静电吸附灰尘。本实用新型在月球表面等多尘环境使用时，由于静电吸附作用，月尘等会吸附在光学系统表面上，本实用新型通过在光学系统上镀制导电膜，可有效降低静电吸附灰尘。
附图说明
图1为本实用新型所提供的光学系统的结构示意图；
图2为本实用新型所提供的光学系统的场曲和f-θ畸变曲线；
图3为本实用新型所提供的光学系统的为MTF曲线。
具体实施方式
参见图1，本实用新型提供了一种超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，该系统包括第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、光阑4、第二正透镜5以及第三负透镜6，第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、光阑4、第二正透镜5以及第三负透镜6依次设置于同一光路8上。
为了更好的实现本实用新型所述的超低畸变的问题，本实用新型在提供上述内容的同时，该光学系统还包括带通滤光片7；带通滤光片7设置于第三负透镜6之后，并与第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、光阑4、第二正透镜5以及第三负透镜6一起设置于同一光路8上。
为了能防止静电吸附，本实用新型在第一负透镜1上镀制有导电膜。
本实用新型所提及的第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、光阑4、第二正透镜5、第三负透镜6以及带通滤光片7是普通光学玻璃或耐辐照光学玻璃，耐辐照光学玻璃可以在高能辐射(如γ射线、x射线及宇宙射线)作用下，具有一定抗辐射稳定性，主要表现在不易着色或变暗。
该实用新型也可用在反应堆、热室及各种强放射性辐射的场合下。
本实用新型在具体工作时，可以参考以下参数对第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、第二正透镜5以及第三负透镜6进行配置，使其达到效果会更好：
对于第一负透镜1：
-2f′＜f′1＜-1.5f′ 1.7＜n1＜1.8
4f′1＜R1＜5f′1 R2＜0.7f′1
对于第二负透镜2：
-2.5f′＜f′2＜-2f′ 1.7＜n2＜1.8
0.5f′2＜R3＜f′2 2.5f′2＜R4＜3f′2
对于第一正透镜3：
f′＜f′3＜1.5f′ 1.6＜n3＜1.7
f′3＜R5＜1.5f′3 R6＜1.5f′3
对于第二正透镜5：
2f′＜f′4＜3f′ 1.7＜n4＜1.8
5.5f′4＜R7＜6f′4 R8＜0.9f′4
对于第三负透镜6：
-5f′＜f′5＜-4.5f′ 1.7＜n5＜1.8
0.2f′5＜R9＜0.5f′5 R10＜f′5
在上述各个透镜的参数关系中，其中f1′、f2′、f3′、f4′以及f5′分别为第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、第二正透镜5以及第三负透镜6的焦距，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9以及R10分别为第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、第二正透镜5以及第三负透镜6十个面的曲率半径，n1、n2、n3、n4以及n5分别为第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3、第二正透镜5以及第三负透镜6的折射率。
表1近半球视场内不同物距所对应的最大f-θ畸变值。
| 物距 | 最大f-θ畸变(％) | 对应的相对畸变(％) | 对应的角度(°) | 对应的波长(μm) |
| 0.3m | 0.49960285 | -86.95595101 | 85.00(1.0视场) | 0.86 |
| 0.4m | 0.26268156 | -71.41195191 | 78.20(0.92视场) | 0.86 |
| 0.5m | 0.15006852 | -54.93297238 | 69.70(0.82视场) | 0.86 |
| 0.6m | 0.09118994 | -41.22487582 | 61.20(0.72视场) | 0.86 |
| 物距 | 最大f-θ畸变(％) | 对应的相对畸变(％) | 对应的角度(°) | 对应的波长(μm) |
| 0.7m | 0.05796147/-0.08655240 | -31.98781175/-87.03202930 | 54.40(0.64视场)/85.00(1.0视场) | 0.86/0.83 |
| 0.8m | -0.13871377 | -87.03879943 | 85.00(1.0视场) | 0.83 |
| 0.9m | -0.17918171 | -87.04405185 | 85.00(1.0视场) | 0.83 |
| 1.0m | -0.21149226 | -87.04824550 | 85.00(1.0视场) | 0.83 |
| 2.0m | -0.35619691 | -87.06702701 | 85.00(1.0视场) | 0.83 |
| inifity | -0.49978922 | -87.08566415 | 85.00(1.0视场) | 0.83 |
参见图2和图3以及表1，航天探测系统中的超低畸变近半球视场防静电吸附光学镜头，其使用波长范围780nm-900nm，因而带通滤光片7玻璃选用RG780红外滤光玻璃或其它颜色滤光玻璃。按上述结构和数据进行制作要求其光学系统的焦距约7.34mm，视场角大于170°，相对孔径1/4。后工作距离大于8.5mm，在0.3m～∞物距范围内，全视场内最大f-θ畸变小于等于±0.5％，且镜头无渐晕，轴外视场的照度仅下降至为轴上点的71.32％。在0.6m物距时，MTF≥0.57(33.3lp/mm)。同时，第一镜片第1面镀有导电膜，具有防止静电吸附灰尘的作用。
本实用新型所提供的光学系统的像差校正十分理想、轴外孔径降低很少、成像质量很高，达到了设计的目的。这种超低畸变近半球视场防静电吸附镜头，通过更换带通滤光片，还适宜于不同谱段的系统中，同时可以在强光直接照射和恶劣的环境中使用。
Claims (4)
1.一种超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，其特征在于：所述光学系统包括第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜，所述第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜依次设置于同一光路上。
2.根据权利要求1所述的超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，其特征在于：所述光学系统还包括带通滤光片；所述带通滤光片设置于第三负透镜之后，并与第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、光阑、第二正透镜以及第三负透镜一起设置于同一光路上。
3.根据权利要求1或2所述的超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，其特征在于：所述第一负透镜上镀制有导电膜。
4.根据权利要求3所述的超低畸变近半球视场防静电吸附光学系统，其特征在于：所述第一负透镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三负透镜以及带通滤光片是普通光学玻璃或耐辐照光学玻璃。
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|---|---|---|---|---|
| CN103521496A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-01-22 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种光学系统防尘装置 |
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