一种带有倾斜元件的大孔径红外成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于红外成像领域，涉及一种红外成像装置，具体涉及一种带有倾斜 元件的大孔径红外成像装置。
【背景技术】
[0002] 带有倾斜元件的光学系统广泛的应用于军用和民用的光学设备中，如空间遥感领 域正致力于发展的大视场，大孔径和无遮挡的光学系统、用于星载和机载的大孔径成像光 谱仪、用于虚拟现实的透镜型头盔显示器光学系统等。目前带有倾斜元件的光学系统设计 起来存在着很大的困难。因为倾斜元件的存在，会给成像系统带来较为复杂的像差，因此不 能简单地仅通过像面上的径向分布的几个取样场点来描述整个像面的成像质量，必须在系 统设计的时候进行全视场的分析。在对含有倾斜元件的光学系统进行设计时，首先需要分 析倾斜元件给光学系统所带来的像差，然后对这些像差进行有针对的消除。在当前设计成 功的带有倾斜元件的光学系统中，其孔径较小，像差校正较容易。
[0003] 目前，带有倾斜元件的小孔径成像光学系统，其光通量较小，因此需增大光学系统 的孔径。然而随着光学系统孔径的增大，倾斜元件所带来的像差就很难消除，并且大孔径成 像光学系统往往应用于空间载荷之中，温度变化范围较大。因此设计一种成像质量良好、适 应温度变化范围大的带有倾斜元件的大孔径成像光学系统具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种成像 质量良好、能够适应大范围温度变化的带有倾斜元件的大孔径红外成像装置。
[0005] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] -种带有倾斜元件的大孔径红外成像装置，包括同轴线依次设置的光阑、第一透 镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、分束器和接收像面；
[0007] 所述的第二透镜和第四透镜的前表面均为非球面结构；
[0008] 所述的第五透镜的前表面和第六透镜的前表面均为Zernike自由曲面；
[0009] 所述的第六透镜的后表面为柱面；
[0010] 所述光阑位于所述带有倾斜元件的大孔径红外成像装置的前焦面；
[0011] 所述的分束器倾斜放置，与所述轴线具有一定夹角；所述分束器的后表面镀有红 外半反半透膜。
[0012] 进一步地，所述分束器和接收像面之间设置有补偿板，三者同轴线设置；且补偿板 与分束器平行设置。
[0013] 进一步地，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和 补偿板的前、后表面，以及分束器的前表面均镀有红外增透膜。
[0014] 具体地，所述的分束器与所述轴线所成的夹角为0~90°。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：
[0016] 1、系统采用柱面补偿了倾斜的分束器和补偿板所带来的大数量级像散，并且柱面 位于成像系统的最后一个面上，便于系统的装校和装调。
[0017] 2、对系统中各个光学面所引起的光线偏折进行了分析，并且对系统中引起光线偏 折比较大的两个面，采用Zernike自由曲面去补偿由倾斜分束器和补偿板所带来的彗差， 系统成像质量良好。
[0018] 3、该成像装置采用光学被动式消热差的方法，通过材料的选择，使系统在-30°C~ 70°C的范围内成像质量良好，从而能使系统适应较大的温度变化范围。
[0019] 4、系统采用光阑前置的方法使系统实现了像方远心，并且整个成像系统无渐晕， 增加了像面照度的均匀性。
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型的装置示意图；
[0021] 图2(a)是分束器和补偿板在弧矢方向所引起的光线偏折原理图；
[0022] 图2(b)是分束器和补偿板在子午方向所引起的光线偏折原理图；
[0023] 图3是分束器和补偿板所引入的像差与成像光束孔径之间的关系图；
[0024] 图4(a)是本实用新型的装置全视场像散图；
[0025] 图4(b)是本实用新型的装置全视场彗差点列图；
[0026] 图5 (a)是采用Zernike自由曲面前系统的MTF变化情况；
[0027] 图5 (b)是采用Zernike自由曲面后系统的MTF变化情况；
[0028] 图6 (a)是采用柱面镜前系统MTF变化情况；
[0029] 图6 (b)是采用柱面镜后系统MTF变化情况；
[0030] 图7 (a)、图7 (b)、图7 (c)分别代表本实用新型的大孔径成像装置在-30°C、20°C、 70 °C的系统的MTF评价图。
[0031] 下面结合附图是实施例对本实用新型的方案做进一步的解释和说明。
【具体实施方式】
[0032] 遵从上述技术方案，参见图1，本实用新型的带有倾斜元件的大孔径红外成像装 置，包括同轴依次设置的光阑1、第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜 6、第六透镜7、分束器8和接收像面10。
[0033] 所述的第二透镜3和第四透镜5的前表面均为非球面结构；
[0034] 所述的第五透镜6的前表面和第六透镜7的前表面均为Zernike自由曲面；
[0035] 所述的第六透镜7的后表面为柱面；
[0036] 所述光阑1位于所述带有倾斜元件的大孔径红外成像装置的前焦面；
[0037] 所述的分束器8倾斜放置，与所述轴线具有一定夹角；所述分束器8的后表面镀有 红外半反半透膜，用于实现光束的分光。
[0038] 参见图2,本实用新型的装置中，分束器8在成像光路中倾斜设置，会弓丨起成像光 束的偏折，并且在子午方向和弧矢方向上所引起的成像光束偏折效果不同，这是其给系统 带来比较大的离轴像差的原因。
[0039] 图2(a)是分束器8在弧矢方向引起的成像光束的偏折，其中光线（a)、(b)、（c)分 别代表成像光束的前光线、主光线和后光线，U为成像光束的孔径角，即大孔径成像装置的 像方孔径角，在此方向上，分束器8使成像光束发生轴向偏移，偏移量为S1;
[0040] 图2(b)分束器8在子午方向上所引起的成像光束的偏折，其中光线（d)、（e)、（f) 分别代表成像光束的上光线、主光线、下光线，\为倾斜分束器的倾斜角。在此方向，倾斜的 分束器使成像光束发生轴向偏移和垂轴偏移，偏移量分别为8 3和S2。61、62、63可以给 系统带来除场曲之外的所有像差，\和S3的不同可以给系统带来比较严重的像散，S2可 以给系统带来较严重的彗差。因此分束器8所引入的像差中以像散和彗差最为严重。
[0041] 分束器8引入的像差计算公式如下：
[0042]
【主权项】
1. 一种带有倾斜元件的大孔径红外成像装置，其特征在于，包括同轴线依次设置的光 阑（1)、第一透镜（2)、第二透镜（3)、第三透镜（4)、第四透镜（5)、第五透镜（6)、第六透镜 (7) 、分束器（8)和接收像面（10); 所述的第二透镜（3)和第四透镜（5)的前表面均为非球面结构； 所述的第五透镜（6)的前表面和第六透镜（7)的前表面均为Zernike自由曲面； 所述的第六透镜（7)的后表面为柱面； 所述光阑（1)位于所述带有倾斜元件的大孔径红外成像装置的前焦面； 所述的分束器（8)倾斜放置，与所述轴线具有一定夹角；所述分束器（8)的后表面镀有 红外半反半透膜。
2. 如权利要求1所述的带有倾斜元件的大孔径红外成像装置，其特征在于，所述分束 器⑶和接收像面（10)之间设置有补偿板（9)，三者同轴线设置；且补偿板（9)与分束器 (8) 平行设置。
3. 如权利要求2所述带有倾斜元件的大孔径红外成像装置，其特征在于，所述第一透 镜（2)、第二透镜（3)、第三透镜（4)、第四透镜（5)、第五透镜（6)、第六透镜（7)和补偿板 (9) 的前、后表面，以及分束器（8)的前表面均镀有红外增透膜。
4. 如权利要求1至3任一所述的带有倾斜元件的大孔径红外成像装置，其特征在于，所 述的分束器（8)与所述轴线所成的夹角为0~90°。
【专利摘要】本实用新型公开了一种带有倾斜元件的大孔径红外成像装置，包括同轴线依次设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、分束器和接收像面；所述的第二透镜和第四透镜的前表面均为非球面结构；所述的第五透镜的前表面和第六透镜的前表面均为Zernike自由曲面；所述的第六透镜的后表面为柱面；所述光阑位于所述带有倾斜元件的大孔径红外成像装置的前焦面；所述的分束器倾斜放置，与所述轴线具有一定夹角；所述分束器的后表面镀有红外半反半透膜。本实用新型消除了倾斜元件带来的像差，使得成像质量良好，使系统能够适应较大的温度变化范围。
【IPC分类】G02B27-00
【公开号】CN204439933
【申请号】CN201520108411
【发明人】于瑛
【申请人】西安建筑科技大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月13日