TWI774979B - 自由曲面反射式紅外成像系統 - Google Patents

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TWI774979B TW108130926A TW108130926A TWI774979B TW I774979 B TWI774979 B TW I774979B TW 108130926 A TW108130926 A TW 108130926A TW 108130926 A TW108130926 A TW 108130926A TW I774979 B TWI774979 B TW I774979B
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Abstract

本發明涉及一種自由曲面反射式紅外成像系統包括：一主鏡，一次鏡，一三鏡，以及一紅外光探測器，光線依次经过所述主鏡、次鏡和三鏡的反射後，被所述紅外光探測器接收到并成像，該自由曲面反射式紅外成像系統的視場角大於等於40°×30°，且F數小於等於1.39。

Description

自由曲面反射式紅外成像系統
本發明涉及光學設計領域，尤其涉及一種同時具有小F數和大矩形視場的自由曲面反射式紅外成像系統。
離軸三反式的光學成像系統具有透過率高，成像波段範圍廣，無色差等優勢，在成像領域有著諸多應用。為了避免光束遮攔而減小成像效率，離軸系統的對稱性遭到破壞，會引入一些非常規的和有視場依賴性的像差，具有回轉對稱性的球面和非球面校正這類像差的能力較弱。光學自由曲面是一種不具有回轉對稱性、設計自由度高的光學曲面，可以用於校正離軸像差和提升光學性能。近年來，自由曲面越來越多的用於離軸反射式成像系統，實現了許多具有高性能的成像系統。
短焦距的紅外成像系統在車載避障系統和監控安防系統中有著重要的應用。相比於可見光波段，當攝像機工作于中長波紅外波段，系統需要大的相對孔徑；同時為了滿足應用場景的需求，系統亦需要寬廣的矩形視場來獲得更大的觀測範圍。因此，需要設計一個同時具有大矩形視場和小F數的離軸反射式紅外成像系統。
有鑑於此，確有必要提供一種可以同時具有小F數和大矩形視場的自由曲面反射式紅外成像系統。
一種自由曲面反射式紅外成像系統，包括：一主鏡，以所述主鏡的頂點為第一原點定義一第一三維直角坐標系（X，Y，Z），在該第一三維直角坐標系（X，Y，Z）中，所述主鏡的反射面為一xy多項式自由曲面；一次鏡，以所述次鏡的頂點為第二原點定義一第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'），且該第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）由所述第一三維直角坐標系(X,Y,Z)沿Z軸負方向和Y軸負方向平移得到，在該第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）中，所述次鏡的反射面為一x'y'多項式自由曲面；一三鏡，以所述三鏡的頂點為第三原點定義一第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''），且該第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）由所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）沿Z'軸正方向和Y'軸反方向平移得到，在該第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）中，所述三鏡的反射面為一x''y''多項式自由曲面；以及一紅外光探測器，光線依次经过所述主鏡、次鏡和三鏡的反射後，被該紅外光探測器接收到并成像，其中，所述次鏡為一孔徑光闌，所述自由曲面反射式紅外成像系統的視場角大於等於40°×30°，且F數小於等於1.39。
相較於先前技術，本發明提供的自由曲面反射式紅外成像系統的視場角大於等於40°×30°的同時F數小於等於1.39，本發明提供的自由曲面反射式紅外成像系統可以同時實現大矩形視場和小F數的成像，成像性能高，能在大的成像範圍內同時得到高解析度圖像。
以下將結合附圖及具體實施例詳細說明本技術方案所提供的自由曲面反射式紅外成像系統。
下面根據說明書附圖並結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細表述。
請一併參閱圖1，本發明實施例提供一種自由曲面反射式紅外成像系統100。其中，該自由曲面反射式紅外成像系統100包括相鄰且間隔設置的一主鏡102、一次鏡104、以及一三鏡106。所述主鏡102、次鏡104和三鏡106的面形均為自由曲面。所述次鏡104為一孔徑光闌。從光源出射的光線依次經過所述主鏡102、次鏡104、以及三鏡106的反射後，被一紅外光探測器108接收到並成像。
為了描述方便，將所述主鏡102所處的空間定義一第一三維直角坐標系（X，Y，Z）、次鏡104所處的空間定義一第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）、三鏡106所處的空間定義一第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）。
所述主鏡102的頂點為所述第一三維直角坐標系（X，Y，Z）的原點，通過主鏡102頂點的一條水準方向的直線為Z軸，向左為負向右為正，Y軸在圖8所示的平面內，垂直于Z軸向上為正向下為負，X軸垂直於YZ平面，垂直YZ平面向裡為正向外為負。
在所述第一三維直角坐標系（X，Y，Z）中，所述主鏡102的反射面為xy的多項式自由曲面，該xy多項式自由曲面的方程式可表達為：
Figure 02_image003
， 其中，z 為曲面矢高，c 為曲面曲率，k 為二次曲面係數，Ai 是多項式中第i 項的係數。由於所述自由曲面反射式紅外成像系統100關於YZ平面對稱，因此，可以僅保留X的偶次項。優選的，所述主鏡102的反射面一xy多項式自由曲面，所述xy多項式為x的偶次多項式，x的最高次數為6次，該xy多項式自由曲面的方程式可表達為：
Figure 02_image005
。
本實施例中，所述主鏡102反射面的xy多項式中曲率c 、二次曲面係數k 以及各項係數Ai 的值請參見表1。可以理解，曲率c 、二次曲面係數k 以及各項係數Ai 的值亦不限於表1中所述，本領域具有通常知識者可以根據實際需要調整。 表1主鏡的反射面的xy多項式中的各係數的值
曲率c -4.0303026823E-02
二次曲面係數Conic Constant (k ) -0.246608934
A3 1.102819918
A4 1.5055048746E-02
A6 3.0811550727E-03
A8 -1.5584704535E-04
A10 -8.0159103383E-05
A11 5.6769894586E-06
A13 1.6779417093E-05
A15 1.3326099114E-05
A17 6.6724563253E-09
A19 2.0942621230E-08
A21 -3.0074885792E-07
A22 5.5987096160E-09
A24 1.4536947015E-08
A26 -1.1198752821E-09
A28 1.6633830552E-08
所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）的原點為所述次鏡104的頂點。所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）為所述第一三維直角坐標系(X,Y,Z)沿Z軸負方向和Y軸負方向平移得到。本實施例中，所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）由所述第一三維直角坐標系(X，Y，Z)沿Y軸負方向平移約19.985 mm，再沿Z軸負方向平移約54.736 mm，然後以X軸為旋轉軸沿逆時針方向的旋轉角度約為102.365°得到。所述第一三維直角坐標系(X，Y，Z)的原點到所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）的原點的距離約為58.270 mm。
在所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）中，所述次鏡104的反射面為x'y'的多項式自由曲面，該x'y'多項式自由曲面的方程式可以表達為：
Figure 02_image007
， 其中，z '為曲面矢高，c '為曲面曲率，k '為二次曲面係數，Ai '是多項式中第i 項的係數。由於所述自由曲面反射式紅外成像系統100關於Y'Z'平面對稱，因此，可以僅保留X'的偶次項。優選的，所述次鏡104的反射面為一x'y'多項式自由曲面，所述x'y'多項式為x'的偶次多項式，x'的最高次數為4，該x'y'多項式自由曲面的方程式可表達為：
Figure 02_image009
。
本實施例中，所述次鏡104反射面的x'y'多項式中曲率c '、二次曲面係數k '以及各項係數Ai '的值請參見表2。可以理解，曲率c '、二次曲面係數k '以及各項係數Ai '的值亦不限於表2中所述，本領域具有通常知識者可以根據實際需要調整。 表2次鏡的反射面的x'y'多項式中的各係數的值
曲率c ' -4.122602429E-03
二次曲面係數Conic Constant (k ') -3.416846018
A3 ' 1.040243304
A4 ' -1.097441026E-02
A6 ' -1.011174721E-02
A8 ' -2.717007666E-04
A10 ' -3.124098593E-04
A11 ' -6.210601971E-06
A13 ' -1.492063200E-05
A15 ' -9.235891809E-06
所述第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）的原點為所述第三反射鏡的頂點。該第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）為所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）沿Z'軸正方向和Y'軸負方向平移得到。本實施例中，所述第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）為所述第二三維直角坐標系(X'，Y'，Z')沿Z'軸正方向平移約27.254 mm，再沿Y' 軸負方向平移約9.489 mm，然後繞X'軸順時針旋轉99.526°得到。所述第二三維直角坐標系(X'，Y'，Z')的原點到所述第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）的原點的距離約為28.859 mm。
在所述第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）中，所述三鏡106的反射面為x''y''的多項式自由曲面，該x''y''多項式曲面的方程式可以表達為：
Figure 02_image011
， 其中，z ''為曲面矢高，c ''為曲面曲率，k ''為二次曲面係數，Ai ''是多項式中第i 項的係數。由於所述自由曲面反射式紅外成像系統100關於Y''Z''平面對稱，因此，可以僅保留x''的偶次項。優選的，所述三鏡108的反射面一x''y''多項式自由曲面，所述x''y''多項式為x''的偶次多項式，x''的最高次數為6次，該x''y''多項式自由曲面的方程式可表達為：
Figure 02_image013
。
本實施例中，所述三鏡106反射面面形的x''y''多項式中，曲率c ''、二次曲面係數k ''以及各項係數Ai ''的值請參見表3。可以理解，曲率c ''、二次曲面係數k ''以及各項係數Ai ''的值亦不限於表3中所述，本領域具有通常知識者可以根據實際需要調整。 表3三鏡的反射面的x''y''多項式中的各係數的值
曲率c '' 1.73550214E-02
二次曲面係數Conic Constant (k '') 6.04800191E-02
A3 '' -1.40844984E-01
A4 '' -4.55580022E-04
A6 '' -1.14279113E-03
A8 '' -1.26674093E-05
A10 '' -1.22701520E-05
A11 '' -6.55735767E-08
A13 '' -2.32802996E-07
A15 '' -1.64314821E-07
A17 '' -2.32144674E-09
A19 '' -3.96831849E-09
A21 '' -1.87466581E-09
A22 '' -1.51821809E-11
A24 '' -3.36887948E-11
A26 '' -3.61503376E-11
A28 '' -1.82307088E-11
所述主鏡102、次鏡104和三鏡106的材料不限，只要保證其具有較高的反射率即可。所述主鏡102、次鏡104和三鏡106可選用鋁、銅等金屬材料，亦可選用碳化矽、二氧化矽等無機非金屬材料。為了進一步增加所述主鏡102、次鏡104和三鏡106的反射率，可在其各自的反射面鍍一增反膜，該增反膜可為一金膜。所述主鏡102、次鏡104和三鏡106的尺寸不限。
光線入射後，經主鏡102反射後到達次鏡104，依次經過所述次鏡104和三鏡106的反射後，被所述紅外光探測器108接收到並成像。在第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）中，所述紅外光探測器108的中心與所述三鏡106的頂點沿Z''軸負方向的距離約為45.926 mm，所述探測器108的中心沿Y''軸正方向偏離Z''軸，偏離量約為7.518mm。所述探測器108與X''Y''平面沿逆時針方向的角度約為16°。所述探測器108的尺寸根據實際需要進行設計。本實施例中，所述紅外光探測器108的尺寸為6.8 mm×5.1 mm。
所述自由曲面反射式紅外成像系統100的視場角大於等於40°×30°。本實施例中,所述自由曲面反射式紅外成像系統100的視場角為40°×30°。
所述自由曲面反射式紅外成像系統100的工作波長範圍為8000奈米到12000奈米。當然，所述自由曲面反射式紅外成像系統100的工作波長並不限於本實施例，本領域具有通常知識者可以根據實際需要調整。
所述自由曲面反射式紅外成像系統100的等效焦距為150 mm。
所述自由曲面反射式紅外成像系統100的F數小於等於1.39。本實施例中，所述自由曲面反射式紅外成像系統100的F數為1.39，相對孔徑大小D/f為所述F數的倒數，即，所述自由曲面反射式紅外成像系統100的相對孔徑大小D/f為0.719。
請一併參閱圖2，為自由曲面反射式紅外成像系統100在紅外光波段下部分視場角的調製傳遞函數MTF，從圖中可以看出，各視場調製度在30 lp/mm處最低為0.33，各視場MTF曲線均基本達到了衍射極限，表明該自由曲面反射式紅外成像系統100具有很高的成像品質。
請一併參閱圖3，為所述自由曲面反射式紅外成像系統100的各視場的平均RMS波像差圖，平均值為0.051λ，其中λ=10000.0 nm，說明該自由曲面反射式紅外成像系統100的成像品質很好。
請一併參閱圖4，為所述自由曲面反射式紅外成像系統100的相對畸變圖。從圖4中可以看出，所述自由曲面反射式紅外成像系統100的最大相對畸變控制在5.5%以內。相比於其他大矩形視場角的自由曲面反射式紅外成像系統，該自由曲面反射式紅外成像系統100的畸變較小，說明自由曲面反射式紅外成像系統100的成像誤差較小，品質較高。
請一併參閱圖5，為利用所述自由曲面反射式紅外成像系統100而製備的紅外相機原型，該相機的體積大小為80×80×60 mm3 ，尺寸小，便於攜帶。在室內和室外環境，對該自由曲面反射式紅外成像系統進行測試，圖6和圖7分別為室內成像距離為5米和20米的成像結果，圖8為在室外環境中路況資訊的成像結果。由圖中可以看出，該系統實際成像清晰，成像性能良好，可以應用在車載避障系統和監控安防系統中。
本發明提供的自由曲面反射式紅外成像系統100採用離軸三反系統，沒有中心遮攔，視場角可以達到40°×30°，具有較大的矩形視場角，成像範圍較大；該自由曲面反射式紅外成像系統100的F數小於1.39，能夠獲得高解析度圖像；該自由曲面反射式紅外成像系統100的體積大小為80×80×60 mm3 ，體積小，結構緊湊，便於攜帶。
本發明提供的自由曲面反射式紅外成像系統100應用領域涉及到對地觀測、空間目標探測、天文觀測、多光譜熱成像、立體測繪等。本發明提供的自由曲面反射式紅外成像系統100在紅外波段達到了衍射極限，可以在可見光下進行使用，亦可以在紅外波段進行使用。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100:自由曲面反射式紅外成像系統 102:主鏡 104:次鏡 106:三鏡 108:紅外光探測器
圖1為本發明實施例提供的自由曲面反射式紅外成像系統的光路圖。
圖2為本發明實施例提供的自由曲面反射式紅外成像系統的各視場的MTF曲線。
圖3為本發明實施例提供的自由曲面反射式紅外成像系統的各視場的平均RMS波像差圖。
圖4為本發明實施例提供的自由曲面反射式紅外成像系統的畸變網路圖。
圖5為本發明實施例提供的自由曲面反射式紅外成像系統的加工原型的照片。
圖6為本發明實施例提供的室內成像距離為5米的自由曲面反射式紅外成像系統的成像結果。
圖7為本發明實施例提供的室內成像距離為20米的自由曲面反射式紅外成像系統的成像結果。
圖8為本發明實施例提供的利用自由曲面反射式紅外成像系統所得到的室外路況資訊的成像結果。
無
100:自由曲面反射式紅外成像系統
102:主鏡
104:次鏡
106:三鏡
108:紅外光探測器

Claims (10)

  1. 一種自由曲面反射式紅外成像系統，包括： 一主鏡，以所述主鏡的頂點為第一原點定義一第一三維直角坐標系（X，Y，Z），在該第一三維直角坐標系（X，Y，Z）中，所述主鏡的反射面為一xy多項式自由曲面； 一次鏡，以所述次鏡的頂點為第二原點定義一第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'），且該第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）由所述第一三維直角坐標系(X,Y,Z)沿Z軸負方向和Y軸負方向平移得到，在該第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）中，所述次鏡的反射面為一x'y'多項式自由曲面； 一三鏡，以所述三鏡的頂點為第三原點定義一第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''），且該第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）由所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）沿Z'軸正方向和Y'軸負方向平移得到，在該第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）中，所述三鏡的反射面為一x''y''多項式自由曲面；以及 一紅外光探測器，光線依次經過所述主鏡、次鏡和三鏡的反射後，被該紅外光探測器接收到並成像； 其中，所述次鏡為一孔徑光闌，所述自由曲面反射式紅外成像系統的視場角大於等於40°×30°，且F數小於等於1.39。
  2. 如請求項1所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）由所述第一三維直角坐標系(X，Y，Z)沿Y軸負方向平移約19.985 mm，再沿Z軸負方向平移約54.736 mm，然後以X軸為旋轉軸沿逆時針方向的旋轉角度約為102.365°得到。
  3. 如請求項1所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，所述第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）為所述第二三維直角坐標系(X'，Y'，Z')沿Z'軸正方向平移約27.254 mm，再沿Y' 軸負方向平移約9.489 mm，然後繞X'軸順時針旋轉99.526°得到。
  4. 如請求項1所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，在所述第一三維直角坐標系（X，Y，Z）中，所述xy多項式自由曲面的方程式可表達為：
    Figure 03_image003
    ， 其中，z 為曲面矢高，c 為曲面曲率，k 為二次曲面係數，Ai 是多項式中第i 項的係數。
  5. 如請求項4所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，所述xy多項式為x的偶次多項式，x的最高次數為6次，該xy多項式自由曲面的方程式為：
    Figure 03_image005
    。
  6. 如請求項1所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，在所述第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）中，所述x'y'多項式自由曲面的方程式可以表達為：
    Figure 03_image007
    ， 其中，z '為曲面矢高，c '為曲面曲率，k '為二次曲面係數，Ai '是多項式中第i 項的係數。
  7. 如請求項6所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，所述x'y'多項式為x'的偶次多項式，x'的最高次數為4次，該x'y'多項式自由曲面的方程式為：
    Figure 03_image009
    。
  8. 如請求項1所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，在所述第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）中，所述x''y''多項式曲面的方程式可以表達為：
    Figure 03_image011
    ， 其中，z ''為曲面矢高，c ''為曲面曲率，k ''為二次曲面係數，Ai ''是多項式中第i 項的係數。
  9. 如請求項8所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，所述x''y''多項式為x''的偶次多項式，x''的最高次數為6次，該x''y''多項式自由曲面的方程式為：
    Figure 03_image013
    。
  10. 如請求項1所述的自由曲面反射式紅外成像系統，其中，在第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）中，所述紅外光探測器的中心與所述三鏡的頂點沿Z''軸反方向的距離約為45.926 mm，所述紅外光探測器的中心沿Y''軸正方向偏離Z''軸，偏離量約為7.518 mm，所述紅外光探測器與X''Y''平面沿逆時針方向的角度約為16°。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114077045A (zh) * 2020-08-14 2022-02-22 清华大学 离轴两反红外成像系统
CN114764194B (zh) * 2021-01-15 2023-06-06 清华大学 成像光学系统的设计方法
CN113960870B (zh) * 2021-09-22 2022-03-01 沂普光电(天津)有限公司 一种反射式超短焦光学模组
CN115685535B (zh) * 2022-11-18 2023-10-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于光学快摆镜的动态扫描光学系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140266986A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Immy Inc. Head mounted display with non-pupil forming optical path
US20160232258A1 (en) * 2015-02-05 2016-08-11 Tsinghua University Method for designing freeform surfaces off-axial imaging system with a real exit pupil

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6016220A (en) * 1995-11-01 2000-01-18 Raytheon Company Off-axis three-mirror anastigmat having corrector mirror
EP2191332B1 (en) * 2007-08-20 2013-05-29 Carl Zeiss SMT GmbH Projection objective having mirror elements with reflective coatings
US9007497B2 (en) * 2010-08-11 2015-04-14 Media Lario S.R.L. Three-mirror anastigmat with at least one non-rotationally symmetric mirror
JP2016520217A (ja) * 2013-05-24 2016-07-11 ユニヴァーシティー オブ ロチェスター 光学表示装置、方法及び応用
CN104898262B (zh) * 2014-03-05 2017-05-17 清华大学 自由曲面离轴三反光学系统
CN104898261B (zh) * 2014-03-05 2017-10-24 清华大学 自由曲面离轴三反光学系统
CN105334606B (zh) * 2014-06-03 2017-12-22 清华大学 自由曲面离轴三反光学系统
CN105334607B (zh) * 2015-12-05 2017-11-14 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种无遮拦纯反射光学系统
TWI616680B (zh) * 2016-04-01 2018-03-01 鴻海精密工業股份有限公司 自由曲面離軸三反光學系統
CN108227164B (zh) * 2016-12-22 2020-02-07 清华大学 自由曲面离轴三反像方远心光学系统
CN108241207B (zh) * 2016-12-23 2020-07-10 清华大学 用作斜视相机镜头的光学系统的设计方法
CN110031957B (zh) * 2018-01-12 2021-01-05 清华大学 自由曲面离轴三反成像系统
CN109188665B (zh) * 2018-08-14 2020-08-11 北京理工大学 基于平板相位元件的离轴三反成像系统
CN208937803U (zh) * 2018-10-11 2019-06-04 佛山科学技术学院 一种小型化全天候星敏感器光学系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140266986A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Immy Inc. Head mounted display with non-pupil forming optical path
US20160232258A1 (en) * 2015-02-05 2016-08-11 Tsinghua University Method for designing freeform surfaces off-axial imaging system with a real exit pupil

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