一種日盲紫外成像光學鏡頭和系統的制作方法

本發明屬于光學儀器技術領域，尤其涉及一種日盲紫外成像光學鏡頭和系統。

背景技術：

在紫外成像技術在電力、刑事偵查及森林防火等方面有著非常廣闊的應用。目前應用的紫外成像鏡頭多為純折射式物鏡，成像光路整體長度大于物鏡焦距，不利于儀器的小型化；少部分小視場物鏡采用類卡塞格林成像結構，該結構形式雖然可以通過光路折疊減小系統長度，但需要在非球面主鏡的中心開孔，另外，為了平衡軸外像差，還需在像面附近添加1-2片場鏡，此種結構形式復雜，不利于加工裝調和降低成本。

因此，亟需一種結構簡單且小型化的日盲紫外成像光學系統。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供一種日盲紫外成像光學鏡頭和系統，以解決現有技術中日盲紫外成像光學鏡頭和系統結構復雜、體積較大的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種日盲紫外成像光學鏡頭，從物側到像側依次包括：

第一彎月鏡片和第二彎月鏡片；

所述第一彎月鏡片朝向物側的光學表面為凹球面，朝向像側的光學表面為凸球面；

所述第二彎月鏡片朝向物側的光學表面為凹球面，朝向像側的光學表面為凸球面；

其中，所述第一彎月鏡片的其中一個光學表面鍍有圓形紫外反射膜，所述圓形紫外反射膜的圓心與所述第一彎月鏡片的光學中心重疊，且所述圓形紫外反射膜的面積小于所述第一彎月鏡片的光學表面的面積；

所述第二彎月鏡片的凸球面上鍍有圓環紫外反射膜，所述圓環紫外反射膜的圓心與所述第二彎月鏡片的光學中心重疊，且所述圓環紫外反射膜的面積小于所述第二彎月鏡片的光學表面的面積；

待測光從所述第一彎月鏡片的圓形紫外反射膜之外的區域入射至所述第二彎月鏡片的圓環紫外反射膜，所述待測光被所述圓環紫外反射膜反射后，入射至所述第一彎月鏡片的圓形紫外反射膜，所述待測光被所述圓形紫外反射膜反射，由所述第二彎月鏡片的中心輸出。

優選地，所述圓形紫外反射膜位于所述第一彎月鏡片的凹球面上。

優選地，所述圓形紫外反射膜位于所述第一彎月鏡片的凸球面上。

優選地，所述第一彎月鏡片和所述第二彎月鏡片均為石英玻璃。

優選地，所述第一彎月鏡片和所述第二彎月鏡片均為氟化鈣鏡片。

優選地，所述圓形紫外反射膜的直徑為所述第一彎月鏡片直徑的一半。

優選地，所述圓環紫外反射膜的面積為所述第二彎月鏡片面積的四分之三。

本發明還提供一種日盲紫外成像光學系統，包括上面任意一項所述的日盲紫外成像光學鏡頭和探測器；

其中，所述探測器的探測面位于所述日盲紫外成像光學鏡頭的焦平面。

優選地，所述日盲紫外成像光學系統還包括紫外濾光片；

所述紫外濾光片位于所述第二彎月鏡片和所述探測器之間。

經由上述的技術方案可知，本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統，其中日盲紫外成像光學鏡頭僅包括兩片球面彎月形鏡片，使得日盲紫外成像光學鏡頭中的光學元件少，光能利用率高；而且，兩片彎月形鏡片的光學表面均為球面，無需非球面，制造成本低，工藝性好。兩片面彎月形鏡片均不需要在中心開孔，制造工藝簡單。

本發明提供的日盲紫外成像光學系統全視場角可大于6度，口徑大于50mm，光圈數的f值小于3，系統成像質量高，擁有較強的光電探測能力。可適用于電力部門的電暈放電檢測，也可用于森林防火等方面。系統結構簡單、加工和制造難度低、成像質量具有較高的傳遞函數(mtf)值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種日盲紫外成像光學鏡頭的光路結構示意圖；

圖2為圖1所示的日盲紫外成像光學系統的成像質量傳遞函數值(mtf)；

圖3為本發明實施例提供的另一種日盲紫外成像光學鏡頭的光路結構示意圖；

圖4為圖3所示的日盲紫外成像光學系統的成像質量傳遞函數值(mtf)；

圖5為本發明實施例提供的一種日盲紫外成像光學系統的光路結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明實施例提供一種日盲紫外成像光學鏡頭，請參見圖1，從物側到像側依次包括：第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片1；第一彎月鏡片1朝向物側的光學表面為凹球面，朝向像側的光學表面為凸球面；第二彎月鏡片1朝向物側的光學表面為凹球面，朝向像側的光學表面為凸球面；其中，第一彎月鏡片1的其中一個光學表面鍍有圓形紫外反射膜，圓形紫外反射膜的圓心與第一彎月鏡片1的光學中心重疊，且圓形紫外反射膜的面積小于第一彎月鏡片1的光學表面的面積；第二彎月鏡片1的凸球面上鍍有圓環紫外反射膜，圓環紫外反射膜的圓心與第二彎月鏡片1的光學中心重疊，且圓環紫外反射膜的面積小于第二彎月鏡片1的光學表面的面積；待測光從第一彎月鏡片1的圓形紫外反射膜之外的區域入射至第二彎月鏡片1的圓環紫外反射膜，待測光被圓環紫外反射膜反射后，入射至第一彎月鏡片1的圓形紫外反射膜，待測光被圓形紫外反射膜反射，由第二彎月鏡片1的中心輸出。最終成像在探測像平面3上。

需要說明的是，本實施例中不限定所述圓形紫外反射膜位于第一彎月片的哪個光學表面，無論所述圓形紫外反射膜位于第一彎月鏡片的凹球面上還是位于第一彎月鏡片的凸球面上，均可以得到成像質量具有較高的傳遞函數(mtf)值的光學系統。

本實施例中不限定第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片2的材質，第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片2可以均為石英玻璃，也可以均為氟化鈣鏡片。

本實施例中不限定圓形紫外反射膜和圓環紫外反射膜的具體面積，可選的，圓形紫外反射膜的直徑為第一彎月鏡片直徑的一半；圓環紫外反射膜的面積為第二彎月鏡片面積的四分之三。

本實施例不限定圓形紫外反射膜和圓環紫外反射膜的具體材質，可選的，所述圓形紫外反射膜和圓環紫外反射膜可以是氟化物組成的多層干涉反射膜或氧化物組成的多層反射干涉膜。

本發明提供的日盲紫外成像光學鏡頭和系統，其中日盲紫外成像光學鏡頭僅包括兩片球面彎月形鏡片，使得日盲紫外成像光學鏡頭中的光學元件少，光能利用率高；而且，兩片彎月形鏡片的光學表面均為球面，無需非球面，制造成本低，工藝性好。兩片面彎月形鏡片均不需要在中心開孔，制造工藝簡單。

具體的，請參見圖1，本發明的一個實施例提供一種日盲紫外成像光學鏡頭，從物側到像側依次包括：第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片2，光線經過第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片2的折射和反射后最終成像在探測像平面3上。

本實施例中，第一彎月鏡片1材料為康寧7980石英玻璃，口徑為直徑72mm，前表面為凹球面，后表面為凸球面，較非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工藝性好。后表面中心30mm直徑的區域內鍍有圓形紫外高反膜。本實施例中所述的前表面為朝向物側的表面，所述的后表面為朝向像側的表面。

本實施例中第二彎月鏡片2材料為康寧7980石英玻璃，口徑為直徑78mm，前表面為凹球面，后表面為凸球面，較非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工藝性好。后表面圓環區域鍍有圓環紫外高反膜，圓環外徑為78mm，內徑為25mm。

如圖1所示，無窮遠目標發射的紫外輻射由光學系統接收，光線依次經過第一彎月鏡片1前、后表面折射，到達第二彎月鏡片2前表面；再依次經過第二彎月鏡片2前表面折射、后表面環形鍍膜區域反射、前表面折射，到達第一彎月鏡片1后表面鍍膜區域；經過第一彎月鏡片1后表面鍍膜區域反射，到達第二彎月鏡片2前表面中心未鍍膜區域；最后經過第二彎月鏡片2前、后表面折射，到達探測像平面3。在光的傳播方向上，以上各元件同軸排列。

本實施例提供的日盲紫外成像光學鏡頭的全視場角為：8度(正、負4度)。利用光學波段為：240nm-280nm。日盲紫外成像光學鏡頭的焦距為130mm，日盲紫外成像光學鏡頭的總長小于70mm；系統留有足夠的后截距，便于濾光片的安裝與更換。

通過實驗得到，圖1所示的日盲紫外成像光學鏡頭的成像傳遞函數值(mtf)如圖2所示，圖2中橫坐標表示分辨率，單位：線對/毫米；縱坐標表示傳遞函數值，其中圖例中0.5表示相對值0.5視場(0.5×4＝2度)，1表示相對值1視場(1×4＝4度)，axis表示光軸上視場(0度)；wavelength表示波長，weight表示該波長對應的權重，3條實線從上到下分別表示：axis(0度，不區分t和r)的傳遞函數；0.5視場子午方向(t方向)的傳遞函數；1視場子午方向(t方向)的傳遞函數；2條虛線從上到下分別表示：0.5視場弧矢方向(r方向)的傳遞函數；1視場弧矢方向(r方向)的傳遞函數；從圖2中可以看出，分辨率在10lp/mm處，成像傳遞函數值(mtf)大于0.6，說明日盲紫外成像光學鏡頭擁有很好的成像質量，克服了純透射系統紫外波段色差難以校正、成像質量差的缺陷。

而且本實施例中提供的日盲紫外成像光學鏡頭，僅包括兩片球面彎月形鏡片，使得日盲紫外成像光學鏡頭中的光學元件少，光能利用率高；而且，兩片彎月形鏡片的光學表面均為球面，無需非球面，制造成本低，工藝性好。兩片面彎月形鏡片均不需要在中心開孔，制造工藝簡單。

請參見圖3，本發明另一個實施例提供的一種日盲紫外成像光學鏡頭，從物側到像側依次包括：第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片2，光線經過第一彎月鏡片1和第二彎月鏡片2的折射和反射后最終成像在探測像平面3上。

本實施例中，第一彎月鏡片1材料為caf2材料，口徑為直徑60mm，前表面為凹球面，后表面為凸球面，較非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工藝性好。前表面中心24mm直徑的區域內鍍有圓形紫外高反膜。

實施例2中，彎月鏡片2材料為caf2材料，口徑為直徑68mm，前表面為凹球面，后表面為凸球面，較非球面元件，球面元件更易于制造、成本低、工藝性好。后表面圓環區域鍍有圓環紫外高反膜，圓環外徑為78mm，內徑為20mm。

如圖3所示，無窮遠目標發射的紫外輻射由光學系統接收，光線依次經過第一彎月鏡片1前、后表面折射，到達第二彎月鏡片2前表面；再依次經過第二彎月鏡片2前表面折射、后表面環形鍍膜區域反射、前表面折射，到達第一彎月鏡片1后表面；經過第一彎月鏡片1后表面折射、第一彎月鏡片1前表面鍍膜區域反射和第一彎月鏡片1后表面的再次折射，到達第二彎月鏡片2前表面中心未鍍膜區域；最后經過第二彎月鏡片2前、后表面折射，到達探測像平面3。在光的傳播方向上，以上各元件同軸排列。

本實施例提供的日盲紫外成像光學鏡頭的全視場角為：6.5度(正、負3.25度)。利用光學波段為：240nm-280nm。日盲紫外成像光學鏡頭的焦距為150mm，日盲紫外成像光學鏡頭的總長小于60mm；系統留有足夠的后截距，便于濾光片的安裝與更換。

通過實驗得到，圖3所示的日盲紫外成像光學鏡頭的成像傳遞函數值(mtf)如圖4所示，圖4中橫縱坐標以及各參數含義與圖2中相同，請參見圖2的描述，本實施例中對此不做贅述。圖4中，3條實線從上到下分別表示：axis(0度，不區分t和r)的傳遞函數；0.6視場子午方向(t方向)的傳遞函數；1視場子午方向(t方向)的傳遞函數；2條虛線從上到下分別表示：0.6視場弧矢方向(r方向)的傳遞函數；1視場弧矢方向(r方向)的傳遞函數；從圖4中可以看出，分辨率在10lp/mm處，成像傳遞函數值(mtf)大于0.4，說明日盲紫外成像光學鏡頭擁有很好的成像質量，克服了純透射系統紫外波段色差難以校正、成像質量差的缺陷。

而且本實施例中提供的日盲紫外成像光學鏡頭，僅包括兩片球面彎月形鏡片，使得日盲紫外成像光學鏡頭中的光學元件少，光能利用率高；而且，兩片彎月形鏡片的光學表面均為球面，無需非球面，制造成本低，工藝性好。兩片面彎月形鏡片均不需要在中心開孔，制造工藝簡單。

本發明另一個實施例在上面實施例基礎上還提供一種日盲紫外成像光學系統，如圖5所示，所述日盲紫外成像光學系統包括：日盲紫外成像光學鏡頭和探測器5，其中，探測器5的探測面位于日盲紫外成像光學鏡頭的焦平面。

需要說明的是，本實施例中所述日盲紫外成像光學系統還包括紫外濾光片4；紫外濾光片4位于第二彎月鏡片2和探測器5之間。紫外濾光片4用于對日盲紫外成像光學鏡頭輸出的光進一步進行有效濾光。

本實施例中提供的日盲紫外成像光學系統包括上面任意實施例所述的日盲紫外成像光學鏡頭，由于所述日盲紫外成像光學鏡頭僅包括兩片球面彎月形鏡片，使得日盲紫外成像光學鏡頭中的光學元件少，光能利用率高；而且，兩片彎月形鏡片的光學表面均為球面，無需非球面，制造成本低，工藝性好。兩片面彎月形鏡片均不需要在中心開孔，制造工藝簡單。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。