基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统的制作方法

1.本发明涉及紫外探测技术领域，尤其涉及一种基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统。


背景技术：

2.紫外探测技术作为一项成熟的技术，已广泛应用于空间大气遥感探测、天文紫外星体观测、环境监测、海洋溢油污染监测、武器告警、武器预警以及电力巡线等领域，其对军事应用及人类的生产生活具有重要意义；
3.光学系统是紫外成像探测系统的核心部分，直接决定了紫外成像探测系统的性能优劣，由于紫外波段可供选择的光学透镜材料较少，尤其是考虑到实际应用中光学材料的理化性能、加工性能及抗辐射性能，因此，紫外波段光学系统色差的校正相比可见/红外波段光学系统色差的校正难度增大；
4.现有技术中，已有的紫外成像仪光学系统，尤其是宽谱段紫外成像仪光学系统，光学透镜材料均在两种或两种以上，且透镜不完全为球面，导致透镜加工、检测及光机装调的难度大，而多种透镜材料，也会相应的增加成本；
5.所以，如何解决现有技术中宽谱段紫外成像仪光学系统中光学透镜材料均在两种或两种以上情况，且透镜不完全是球面，导致透镜加工、检测及光机装调的难度大、成本高的问题，成为了本领域技术人员亟需解决的重要技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，该光学系统中所有透镜均采用相同材质，且所有透镜均为球面，降低了生产成本且易于光机加工、装调，根据宽谱段紫外成像仪光学系统口径、焦距要求并结合高灵敏度大动态紫外成像探测器的性能指标，采用折
‑
反射式光学系统结构，达到了良好的成像质量，同时满足紫外成像仪小型轻量化的要求。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明公开的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，包括：
9.间隔地设置在该光学系统中心轴线上的第一透镜和第二透镜；
10.依次布设在所述第一透镜和所述第二透镜之间的折
‑
反射镜组和滤光片；以及
11.设置在所述第二透镜远离所述滤光片侧的探测器；
12.其中，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述折
‑
反射镜组的镜片材料均相同，且所述镜片均为球面。
13.进一步的，所述折
‑
反射镜组包括至少两个折
‑
反射镜。
14.进一步的，所述折
‑
反射镜组包括第一折
‑
反射镜和第二折
‑
反射镜；
15.所述滤光片远离所述第二透镜侧设置有所述第一折
‑
反射镜，且所述第一折
‑
反射镜中心位置开设有所述第二折
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反射镜折返光线能够通过的通孔；
16.所述第一透镜位于所述滤光片侧设置有第二折
‑
反射镜。
17.进一步的，所述滤光片为平板滤光片。
18.进一步的，所述第一透镜为弯月型透镜。
19.进一步的，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述折
‑
反射镜组的镜片材料均为熔融石英。
20.进一步的，该光学系统的光谱范围为210
‑
400nm的宽谱段紫外成像仪光学系统。
21.在上述技术方案中，本发明提供的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，有益效果：
22.本发明设计的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统与现有技术相比，解决了多种光学透镜材料校正宽谱段紫外成像仪系统色差的问题，所有透镜均采用相同材质，综合考虑紫外波段能量传输效率及实际应用中材料的抗辐射性能，优选的透镜材料为熔融石英，该光学系统利用折
‑
反射光学系统结构，并通过合理的光焦度及透镜个数分配，可实现将光学系统的色差降到最小，且透镜均为球面，不仅降低了透镜加工、检测及光机装调的难度，同时，也相应的降低了生产成本，为批量化生产奠定基础。
附图说明
23.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明公开的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统结构示意图；
25.图2是本发明公开的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统的光路图。
26.附图标记说明：
27.1、第一透镜；2、第一折
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反返镜；3、第二折
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反射镜；4、滤光片；5、第二透镜；6、探测器；7、中心轴线。
具体实施方式
28.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
29.参见图1所示；
30.发明基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，具有间隔地设置在该光学系统中心轴线7上的第一透镜1和第二透镜5、依次布设在第一透镜1和第二透镜5之间的折
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反射镜组和高抑制比的滤光片4；以及设置在第二透镜5远离滤光片4侧的探测器6，通过探测器6采集并输出图像，折
‑
反射镜组用于形成折转光路，以便缩小仪器的体积和减轻仪器的重量，也就是说，该光学系统采用折
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反射式光学系统，折
‑
反射式光学系统不仅对环境温度变化及环境气压的变化不敏感，并且光学系统结构相对简单，满足宽谱段紫外成像仪的小型轻量化要求；
31.具体的，折
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反射镜组包括两个折
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反射镜，第一折
‑
反射镜2和第二折
‑
反射镜3，第一折
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反射镜2中心位置开设有第二折
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反射镜3折返光线能够通过的通孔；
32.参见图1所示，中心轴线7在第一透镜1和滤光片4之间布设有第一折
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反射镜2和第
二折
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反射镜3，中心轴线7靠近滤光片4侧设置有第一折
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反射镜2，中心轴线7上靠近第一透镜1侧设置有第二折
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反射镜3，该光学系统中，第一透镜1、第二透镜5以及两个折
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反射镜的镜片材料均相同，综合考虑紫外波段能量传输效率及实际应用中材料的抗辐射性能，优选的，镜片材料均为熔融石英，且镜片均为球面；
33.具体的实施例中，优选的，该光学系统的光谱范围为210
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400nm的宽谱段紫外成像仪光学系统，紫外波段涵盖10
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400nm的光谱范围，小于200nm波段的紫外光谱辐射容易被大气吸收，定义为真空紫外
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极紫外波段，200
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400nm波段的紫外光谱辐射可用于大气窗口探测，是目标探测的重要波段。
34.第一透镜1为弯月型透镜，用于校正系统的球差和彗差，第一透镜1两个面的曲线半径分别为
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100.23mm、
‑
122.579mm，厚度为7mm，参见图2所示，光线透过第一透镜1后90mm距离处，经过内反射的第一折
‑
反射镜2，第一折
‑
反射镜2两个表面的曲率半径分别为
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310mm、
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245mm，厚度为7mm，光线经过第一折
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反射镜2后66.16mm距离处，经内反射的第二折
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反射镜3，第二折
‑
反射镜3两个表面的曲率半径分别为
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187.7mm、
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152.76mm，厚度为4.5mm，光线透过第二折
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反射镜3后80.2mm距离处，透过厚度为7mm的平行平板滤光片4，通过高抑制比滤光片4实现不同紫外波段的探测需求，光线透过滤光片4后3mm处，经过厚度为4mm的第二透镜5，校正像差、汇聚光路，第二透镜5两个表面的曲率半径分别为25.38mm、18.6mm，最后光线汇聚到探测器6像面，被探测器6像面采集并输出图像，探测器6像面与第二透镜5距离为30.4mm；
35.该光学系统透镜、内反射的折
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反射镜以及滤光片材料均为熔融石英，透镜均为球面，利用单一材料并通过合理的光焦度及透镜个数分配，可将光学系统的色差降到最低；
36.运用光学设计软件codev对系统优化及像质进行评价，该系统在奈奎斯特频率50lp/mm下，全视场全波段系统的调制传递函数优于0.6，系统艾里斑半径优于0.01mm，具有良好的成像质量；
37.在上述技术方案中，本发明提供的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，有益效果：
38.本发明设计的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统与现有技术相比，解决了多种光学透镜材料校正宽谱段紫外成像仪系统色差的问题，所有透镜均采用相同材质，综合考虑紫外波段能量传输效率及实际应用中材料的抗辐射性能，优选的透镜材料为熔融石英，该光学系统利用折
‑
反射光学系统结构，并通过合理的光焦度及透镜个数分配，可实现将光学系统的色差降到最小，且透镜均为球面，不仅降低了透镜加工、检测及光机装调的难度，同时，也相应的降低了生产成本，为批量化生产奠定基础。
39.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于，包括：间隔地设置在该光学系统中心轴线(7)上的第一透镜(1)和第二透镜(5)；依次布设在所述第一透镜(1)和所述第二透镜(5)之间的折
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反射镜组和滤光片(4)；以及设置在所述第二透镜(5)远离所述滤光片(4)侧的探测器(6)；其中，所述第一透镜(1)、所述第二透镜(5)以及所述折
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反射镜组的镜片材料均相同，且所述镜片均为球面。2.根据权利要求1所述的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于；所述折
‑
反射镜组包括至少两个折
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反射镜。3.根据权利要求2所述的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于；所述折
‑
反射镜组包括第一折
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反射镜(2)和第二折
‑
反射镜(3)；所述滤光片(4)远离所述第二透镜(5)侧设置有所述第一折
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反射镜(2)，且所述第一折
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反射镜(2)中心位置开设有所述第二折
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反射镜(3)折返光线能够通过的通孔；所述第一透镜(1)位于所述滤光片(4)侧设置有第二折
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反射镜(3)。4.根据权利要求1所述的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于；所述滤光片(4)为平板滤光片。5.根据权利要求1所述的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于；所述第一透镜(1)为弯月型透镜。6.根据权利要求1
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5任一项所述的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于；所述第一透镜(1)、所述第二透镜(5)以及所述折
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反射镜组的镜片材料均为熔融石英。7.根据权利要求1
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5任一项所述的基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，其特征在于；该光学系统的光谱范围为210
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400nm的宽谱段紫外成像仪光学系统。
技术总结
本发明公开了一种基于一种材料的宽谱段紫外成像仪光学系统，属于紫外探测技术领域，用于解决现有技术中宽谱段紫外成像仪光学系统中透镜材料均在两种以上，且透镜不完全为球面，导致透镜加工、检测及光机装调的难度大，成本高的技术问题，本发明包括间隔地设置在光学系统中心轴线上的第一透镜和第二透镜；依次布设在所述第一透镜和所述第二透镜之间的折


技术研发人员：李寒霜 李博 林冠宇 顾国超
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2021.03.19
技术公布日：2021/6/29