一种日盲紫外成像光学镜头和系统的制作方法

本发明属于光学仪器技术领域，尤其涉及一种日盲紫外成像光学镜头和系统。

背景技术：

在紫外成像技术在电力、刑事侦查及森林防火等方面有着非常广阔的应用。目前应用的紫外成像镜头多为纯折射式物镜，成像光路整体长度大于物镜焦距，不利于仪器的小型化；少部分小视场物镜采用类卡塞格林成像结构，该结构形式虽然可以通过光路折叠减小系统长度，但需要在非球面主镜的中心开孔，另外，为了平衡轴外像差，还需在像面附近添加1-2片场镜，此种结构形式复杂，不利于加工装调和降低成本。

因此，亟需一种结构简单且小型化的日盲紫外成像光学系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种日盲紫外成像光学镜头和系统，以解决现有技术中日盲紫外成像光学镜头和系统结构复杂、体积较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种日盲紫外成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：

第一弯月镜片和第二弯月镜片；

所述第一弯月镜片朝向物侧的光学表面为凹球面，朝向像侧的光学表面为凸球面；

所述第二弯月镜片朝向物侧的光学表面为凹球面，朝向像侧的光学表面为凸球面；

其中，所述第一弯月镜片的其中一个光学表面镀有圆形紫外反射膜，所述圆形紫外反射膜的圆心与所述第一弯月镜片的光学中心重叠，且所述圆形紫外反射膜的面积小于所述第一弯月镜片的光学表面的面积；

所述第二弯月镜片的凸球面上镀有圆环紫外反射膜，所述圆环紫外反射膜的圆心与所述第二弯月镜片的光学中心重叠，且所述圆环紫外反射膜的面积小于所述第二弯月镜片的光学表面的面积；

待测光从所述第一弯月镜片的圆形紫外反射膜之外的区域入射至所述第二弯月镜片的圆环紫外反射膜，所述待测光被所述圆环紫外反射膜反射后，入射至所述第一弯月镜片的圆形紫外反射膜，所述待测光被所述圆形紫外反射膜反射，由所述第二弯月镜片的中心输出。

优选地，所述圆形紫外反射膜位于所述第一弯月镜片的凹球面上。

优选地，所述圆形紫外反射膜位于所述第一弯月镜片的凸球面上。

优选地，所述第一弯月镜片和所述第二弯月镜片均为石英玻璃。

优选地，所述第一弯月镜片和所述第二弯月镜片均为氟化钙镜片。

优选地，所述圆形紫外反射膜的直径为所述第一弯月镜片直径的一半。

优选地，所述圆环紫外反射膜的面积为所述第二弯月镜片面积的四分之三。

本发明还提供一种日盲紫外成像光学系统，包括上面任意一项所述的日盲紫外成像光学镜头和探测器；

其中，所述探测器的探测面位于所述日盲紫外成像光学镜头的焦平面。

优选地，所述日盲紫外成像光学系统还包括紫外滤光片；

所述紫外滤光片位于所述第二弯月镜片和所述探测器之间。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的日盲紫外成像光学镜头和系统，其中日盲紫外成像光学镜头仅包括两片球面弯月形镜片，使得日盲紫外成像光学镜头中的光学元件少，光能利用率高；而且，两片弯月形镜片的光学表面均为球面，无需非球面，制造成本低，工艺性好。两片面弯月形镜片均不需要在中心开孔，制造工艺简单。

本发明提供的日盲紫外成像光学系统全视场角可大于6度，口径大于50mm，光圈数的f值小于3，系统成像质量高，拥有较强的光电探测能力。可适用于电力部门的电晕放电检测，也可用于森林防火等方面。系统结构简单、加工和制造难度低、成像质量具有较高的传递函数(mtf)值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种日盲紫外成像光学镜头的光路结构示意图；

图2为图1所示的日盲紫外成像光学系统的成像质量传递函数值(mtf)；

图3为本发明实施例提供的另一种日盲紫外成像光学镜头的光路结构示意图；

图4为图3所示的日盲紫外成像光学系统的成像质量传递函数值(mtf)；

图5为本发明实施例提供的一种日盲紫外成像光学系统的光路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种日盲紫外成像光学镜头，请参见图1，从物侧到像侧依次包括：第一弯月镜片1和第二弯月镜片1；第一弯月镜片1朝向物侧的光学表面为凹球面，朝向像侧的光学表面为凸球面；第二弯月镜片1朝向物侧的光学表面为凹球面，朝向像侧的光学表面为凸球面；其中，第一弯月镜片1的其中一个光学表面镀有圆形紫外反射膜，圆形紫外反射膜的圆心与第一弯月镜片1的光学中心重叠，且圆形紫外反射膜的面积小于第一弯月镜片1的光学表面的面积；第二弯月镜片1的凸球面上镀有圆环紫外反射膜，圆环紫外反射膜的圆心与第二弯月镜片1的光学中心重叠，且圆环紫外反射膜的面积小于第二弯月镜片1的光学表面的面积；待测光从第一弯月镜片1的圆形紫外反射膜之外的区域入射至第二弯月镜片1的圆环紫外反射膜，待测光被圆环紫外反射膜反射后，入射至第一弯月镜片1的圆形紫外反射膜，待测光被圆形紫外反射膜反射，由第二弯月镜片1的中心输出。最终成像在探测像平面3上。

需要说明的是，本实施例中不限定所述圆形紫外反射膜位于第一弯月片的哪个光学表面，无论所述圆形紫外反射膜位于第一弯月镜片的凹球面上还是位于第一弯月镜片的凸球面上，均可以得到成像质量具有较高的传递函数(mtf)值的光学系统。

本实施例中不限定第一弯月镜片1和第二弯月镜片2的材质，第一弯月镜片1和第二弯月镜片2可以均为石英玻璃，也可以均为氟化钙镜片。

本实施例中不限定圆形紫外反射膜和圆环紫外反射膜的具体面积，可选的，圆形紫外反射膜的直径为第一弯月镜片直径的一半；圆环紫外反射膜的面积为第二弯月镜片面积的四分之三。

本实施例不限定圆形紫外反射膜和圆环紫外反射膜的具体材质，可选的，所述圆形紫外反射膜和圆环紫外反射膜可以是氟化物组成的多层干涉反射膜或氧化物组成的多层反射干涉膜。

本发明提供的日盲紫外成像光学镜头和系统，其中日盲紫外成像光学镜头仅包括两片球面弯月形镜片，使得日盲紫外成像光学镜头中的光学元件少，光能利用率高；而且，两片弯月形镜片的光学表面均为球面，无需非球面，制造成本低，工艺性好。两片面弯月形镜片均不需要在中心开孔，制造工艺简单。

具体的，请参见图1，本发明的一个实施例提供一种日盲紫外成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：第一弯月镜片1和第二弯月镜片2，光线经过第一弯月镜片1和第二弯月镜片2的折射和反射后最终成像在探测像平面3上。

本实施例中，第一弯月镜片1材料为康宁7980石英玻璃，口径为直径72mm，前表面为凹球面，后表面为凸球面，较非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工艺性好。后表面中心30mm直径的区域内镀有圆形紫外高反膜。本实施例中所述的前表面为朝向物侧的表面，所述的后表面为朝向像侧的表面。

本实施例中第二弯月镜片2材料为康宁7980石英玻璃，口径为直径78mm，前表面为凹球面，后表面为凸球面，较非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工艺性好。后表面圆环区域镀有圆环紫外高反膜，圆环外径为78mm，内径为25mm。

如图1所示，无穷远目标发射的紫外辐射由光学系统接收，光线依次经过第一弯月镜片1前、后表面折射，到达第二弯月镜片2前表面；再依次经过第二弯月镜片2前表面折射、后表面环形镀膜区域反射、前表面折射，到达第一弯月镜片1后表面镀膜区域；经过第一弯月镜片1后表面镀膜区域反射，到达第二弯月镜片2前表面中心未镀膜区域；最后经过第二弯月镜片2前、后表面折射，到达探测像平面3。在光的传播方向上，以上各元件同轴排列。

本实施例提供的日盲紫外成像光学镜头的全视场角为：8度(正、负4度)。利用光学波段为：240nm-280nm。日盲紫外成像光学镜头的焦距为130mm，日盲紫外成像光学镜头的总长小于70mm；系统留有足够的后截距，便于滤光片的安装与更换。

通过实验得到，图1所示的日盲紫外成像光学镜头的成像传递函数值(mtf)如图2所示，图2中横坐标表示分辨率，单位：线对/毫米；纵坐标表示传递函数值，其中图例中0.5表示相对值0.5视场(0.5×4＝2度)，1表示相对值1视场(1×4＝4度)，axis表示光轴上视场(0度)；wavelength表示波长，weight表示该波长对应的权重，3条实线从上到下分别表示：axis(0度，不区分t和r)的传递函数；0.5视场子午方向(t方向)的传递函数；1视场子午方向(t方向)的传递函数；2条虚线从上到下分别表示：0.5视场弧矢方向(r方向)的传递函数；1视场弧矢方向(r方向)的传递函数；从图2中可以看出，分辨率在10lp/mm处，成像传递函数值(mtf)大于0.6，说明日盲紫外成像光学镜头拥有很好的成像质量，克服了纯透射系统紫外波段色差难以校正、成像质量差的缺陷。

而且本实施例中提供的日盲紫外成像光学镜头，仅包括两片球面弯月形镜片，使得日盲紫外成像光学镜头中的光学元件少，光能利用率高；而且，两片弯月形镜片的光学表面均为球面，无需非球面，制造成本低，工艺性好。两片面弯月形镜片均不需要在中心开孔，制造工艺简单。

请参见图3，本发明另一个实施例提供的一种日盲紫外成像光学镜头，从物侧到像侧依次包括：第一弯月镜片1和第二弯月镜片2，光线经过第一弯月镜片1和第二弯月镜片2的折射和反射后最终成像在探测像平面3上。

本实施例中，第一弯月镜片1材料为caf2材料，口径为直径60mm，前表面为凹球面，后表面为凸球面，较非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工艺性好。前表面中心24mm直径的区域内镀有圆形紫外高反膜。

实施例2中，弯月镜片2材料为caf2材料，口径为直径68mm，前表面为凹球面，后表面为凸球面，较非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工艺性好。后表面圆环区域镀有圆环紫外高反膜，圆环外径为78mm，内径为20mm。

如图3所示，无穷远目标发射的紫外辐射由光学系统接收，光线依次经过第一弯月镜片1前、后表面折射，到达第二弯月镜片2前表面；再依次经过第二弯月镜片2前表面折射、后表面环形镀膜区域反射、前表面折射，到达第一弯月镜片1后表面；经过第一弯月镜片1后表面折射、第一弯月镜片1前表面镀膜区域反射和第一弯月镜片1后表面的再次折射，到达第二弯月镜片2前表面中心未镀膜区域；最后经过第二弯月镜片2前、后表面折射，到达探测像平面3。在光的传播方向上，以上各元件同轴排列。

本实施例提供的日盲紫外成像光学镜头的全视场角为：6.5度(正、负3.25度)。利用光学波段为：240nm-280nm。日盲紫外成像光学镜头的焦距为150mm，日盲紫外成像光学镜头的总长小于60mm；系统留有足够的后截距，便于滤光片的安装与更换。

通过实验得到，图3所示的日盲紫外成像光学镜头的成像传递函数值(mtf)如图4所示，图4中横纵坐标以及各参数含义与图2中相同，请参见图2的描述，本实施例中对此不做赘述。图4中，3条实线从上到下分别表示：axis(0度，不区分t和r)的传递函数；0.6视场子午方向(t方向)的传递函数；1视场子午方向(t方向)的传递函数；2条虚线从上到下分别表示：0.6视场弧矢方向(r方向)的传递函数；1视场弧矢方向(r方向)的传递函数；从图4中可以看出，分辨率在10lp/mm处，成像传递函数值(mtf)大于0.4，说明日盲紫外成像光学镜头拥有很好的成像质量，克服了纯透射系统紫外波段色差难以校正、成像质量差的缺陷。

而且本实施例中提供的日盲紫外成像光学镜头，仅包括两片球面弯月形镜片，使得日盲紫外成像光学镜头中的光学元件少，光能利用率高；而且，两片弯月形镜片的光学表面均为球面，无需非球面，制造成本低，工艺性好。两片面弯月形镜片均不需要在中心开孔，制造工艺简单。

本发明另一个实施例在上面实施例基础上还提供一种日盲紫外成像光学系统，如图5所示，所述日盲紫外成像光学系统包括：日盲紫外成像光学镜头和探测器5，其中，探测器5的探测面位于日盲紫外成像光学镜头的焦平面。

需要说明的是，本实施例中所述日盲紫外成像光学系统还包括紫外滤光片4；紫外滤光片4位于第二弯月镜片2和探测器5之间。紫外滤光片4用于对日盲紫外成像光学镜头输出的光进一步进行有效滤光。

本实施例中提供的日盲紫外成像光学系统包括上面任意实施例所述的日盲紫外成像光学镜头，由于所述日盲紫外成像光学镜头仅包括两片球面弯月形镜片，使得日盲紫外成像光学镜头中的光学元件少，光能利用率高；而且，两片弯月形镜片的光学表面均为球面，无需非球面，制造成本低，工艺性好。两片面弯月形镜片均不需要在中心开孔，制造工艺简单。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。