一种中波周视光学系统的制作方法

本实用新型涉及一种光学系统，尤其涉及一种中波周视光学系统。
背景技术：
：采用凝视型面阵探测器，通过鱼眼透镜实现周视成像，具有成本低、实时性高的优点。传统的鱼眼透射式光学系统为了引入视场，光线在第一透镜处会有一个较大的偏折产生严重色散，需要加入多组透镜对系统像差进行平衡。然而，过多的加入透镜虽能够降低色散，但会使整个光学系统的结构复杂，并且加长系统长度，系统结构不紧凑，进而会影响光学系统的广泛应用。技术实现要素：为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种中波周视光学系统。为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种中波周视光学系统，它包括反射镜组、透射镜组，反射镜组由第一反射镜l1、第二反射镜l2组成，透射镜组由第一透镜l3、第二透镜l4、第三透镜l5、第四透镜l6、第五透镜l7组成；第一反射镜l1、第二反射镜l2同轴依序设置，第一透镜l3、第二透镜l4、第三透镜l5、第四透镜l6、第五透镜l7同轴依序设置；所述第一反射镜l1的中心位置处开设有安装通道，第一透镜l3、第二透镜l4位于安装通道内；设整个光学系统焦距为f，反射镜组对应的焦距为f1-2，透射镜组对应的焦距为f3-7，第一反射镜l1的焦距为f1，第二反射镜l2的焦距为f2，第一透镜镜l3的焦距为f3，第二透镜镜l4的焦距为f4，第三透镜镜l5的焦距为f5，第四透镜镜l6的焦距为f6，第五透镜镜l7的焦距为f7，各焦距值的取值范围依次为：16<|f1-2|/f<17,5<|f3-7|/f<6,0.1<f1/|f2|<0.2,1<|f3-6|/f7-12<2,9.2<|f1|/f<9.4,77<f2/f<78,21.5<|f3|/f<21.6,11<|f4|/f<11.2,5.4<f5/f<5.5,6.6<|f6|/f<6.7,9.4<|f7|/f<9.6。进一步地，探测器窗口w2为本光学系统的孔径光阑。进一步地，第一反射镜l1具有第一表面s1，第一表面s1为二次球面；第二反射镜l2具有第二表面s2，第二表面s2为球面；第一透镜l3具有第三表面s3、第四表面s4，第三表面s3为非球面，第四表面s4为球面；第二透镜l4具有第五表面s5、第六表面s6，第五表面s5为球面，第六表面s6为非球面；第三透镜l5具有第七表面s7、第八表面s8，第七表面s7为球面，第八表面s8球面；第四透镜l6具有第九表面s9、第十表面s10，第九表面s9为非球面，第十球面s10为球面；第五透镜l7具有第十一表面s11、第十二表面s12，第十一表面s11为球面，第十二表面s12为球面。进一步地，第一反射镜l1的第一表面s1的面型为椭球面。进一步地，该光学系统的视场角为360°×(-15°～+50°)，光学总长≤160mm。进一步地，第一透镜l3、第二透镜l4、第四透镜l6的折射率n4μm＝4.0222；第三透镜l5、第五透镜l7的折射率n4μm＝3.4255。本实用新型公开了一种中波周视光学系统，采用折反混合式系统通过二次曲面反射镜引入视场能够降低色散，从而使系统的结构更为简单，此外经过设计的反射式结构在增加光程的同时能够减小系统长度，使系统结构更为紧凑，利于多平台的应用，可适用于红外监控、警戒、要地安防、态势感知等多个领域，具有更加广泛的应用性。附图说明图1为本实用新型光学系统结构示意图。图2为本实用新型反摄远结构形式示意图。图3为本实用新型初始结构搭建示意图。图4为本实用新型的系统光路图。图5为本实用新型mtf解像曲线图。图6和图7为本实用新型的f-θ畸变图，图6为场曲，图7为畸变图中：l1、第一反射镜；l2、第二反射镜；l3、第一透镜；l4、第二透镜；l5、第三透镜；l6、第四透镜；l7、第五透镜；s1、第一表面；s2、第二表面；s3、第三表面；s4、第四表面；s5、第五表面；s6、第六表面；s7、第七表面；s8、第八表面；s9、第九表面；s10、第十表面；s11、第十一表面；s12、第十二表面。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。一种中波周视光学系统，它包括反射镜组、透射镜组，光学总体结构上选用反摄远结构形式，如图2所示，第一组光焦度负，第二组光焦度为正。反摄远结构像方主面后移，更适合于光线以大视场、细光束的形式进入孔径，通过轴向空间的增加为处理轴外像差提供了可操作性。设计时反射面和折射面结合运用，通过反射镜的二次曲面面型增大入射视场角，同时反射镜没有引入色差，可以使整个系统结构更为简单。初始结构搭建如图3所示，可以将系统分解成反射组和折射组两部分，图3中的框线内的a部分表示反射组，框线外的b部分表示折射组；反射组为倍镜形式的反伽利略结构，主要用来承担视场角，折射组设计为反摄远结构的短焦距物镜，系统总焦距为前组和后组的乘积。如图1所示，为本实用新型光学系统结构，该中波周视光学系统，包括两组七片镜，其中一组七片镜指反射镜组，反射镜组由第一反射镜l1、第二反射镜l2组成；另一组七片镜指透射镜组，透射镜组由第一透镜l3、第二透镜l4、第三透镜l5、第四透镜l6、第五透镜l7组成；其中，l1、l2为反射镜，第一透镜l3、第二透镜l4、第四透镜l6材料为锗，折射率n4μm＝4.0222；第三透镜l5、第五透镜l7材料为硅，折射率n4μm＝3.4255。如图1所示，第一反射镜l1、第二反射镜l2同轴依序设置，第一透镜l3、第二透镜l4、第三透镜l5、第四透镜l6、第五透镜l7同轴依序设置；在第一反射镜l1的中心位置处开设有安装通道，第一透镜l3、第二透镜l4位于安装通道内；w1、w2为探测器窗口，fpa为焦平面阵列；以探测器窗口w2作为本光学系统的孔径光阑。设整个光学系统焦距为f，反射镜组对应的焦距为f1-2，透射镜组对应的焦距为f3-7，第一反射镜l1的焦距为f1，第二反射镜l2的焦距为f2，第一透镜镜l3的焦距为f3，第二透镜镜l4的焦距为f4，第三透镜镜l5的焦距为f5，第四透镜镜l6的焦距为f6，第五透镜镜l7的焦距为f7，各焦距值的取值范围依次为：16<|f1-2|/f<17,5<|f3-7|/f<6,0.1<f1/|f2|<0.2,1<|f3-6|/f7-12<2,9.2<|f1|/f<9.4,77<f2/f<78,21.5<|f3|/f<21.6,11<|f4|/f<11.2,5.4<f5/f<5.5,6.6<|f6|/f<6.7,9.4<|f7|/f<9.6。对于本实用新型所公开的中波周视光学系统，其具体的设计指标如表1所示：表1光学设计参数名称参数焦距3mmf#2工作波段3～5μm适配探测器640×51215μm视场角360°×(-15°～+50°)光学总长≤160mm如图4所示，展示了光线从本光学系统中进入的路径图，即系统光路图。s1-s12分别为光学系统各透镜的表面，各透镜的表面面型、透镜半径、材料等光学系统数据如表2所示：表2光学系统数据其中，非球面的面型表达满足如下公式：式中，z表示矢高，r表示镜片半直径＝x2+y2，r表示镜片的顶点半径k表示圆锥系数，a2表示二次项系数，a4表示四次项系数，a6表示六次项系数，a8表示八次项系数，a10表示十次项系数；非球面系数如表3所示：表1非球面系数表面conica4a6a8a10第一表面-0.90000第三表面0-1.815e-6-3.714e-900第六表面0-5.364e-6-6.574e-1000第九表面0-8.405e-61.413e-800进一步地，通过具体实验对本实用新型的光学性能进行验证，即对光学系统的成像评价。(1)不同视场的mtf(moudlationtransferfunction)，调制传递函数曲线如图5示。图中ts衍射极限表示系统的衍射极限，ts0.0000表示中心视场mtf，ts6.1500表示边缘视场，横轴表示每mm对应的线对数，纵轴表示归一化otf系数。图中的中心视场传函≥0.7@30lp/mm接近衍射极限，边缘视场传函≥0.6@30lp/mm。(2)系统的畸变由f-θ畸变图表达，f-θ畸变由不同视场主光线在像面上的高度h实际与f·θ像高hf-θ的差比上hf-θ得到。图6和图7为系统设计完成后的f-θ畸变图，图6为场曲，图7为畸变，在全视场范围内f-θ畸变＜1％。对于本实用新型所公开的中波周视光学系统，基于3.7～4.8μm、阵列规模640×512制冷型红外探测器设计了视场为360°×(-15°～+50°)的折反混合式光学系统，在增加光程的同时能够减小系统长度，使系统结构更为紧凑，具有全景成像、制造成本低的优势，有利于多平台的应用，可适用于红外监控、警戒、要地安防、态势感知等多个领域，具有更加广泛的应用性。上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本
技术领域：
的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。当前第1页12