CN101498838B - 45度分色片透射分色光路的像差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种45度分色片透射分色光路的像差补偿方法，它用来补偿45度分色片透射分色光路的像差。本发明采用了在45度分色片透射分色光路中插入一片离轴放置的零光焦度的球面透镜的方法来补偿分色片引入的系统像差。本发明的优点在于：系统的通光效率高，不影响主系统的焦距。

Description

45度分色片透射分色光路的像差补偿方法

技术领域

本发明涉及光学元件、光学系统设计技术，具体指一种45度分色片透射分色光路的像差补偿方法，它适用于多光谱成像光学系统中对45度分色片透射分色光路的像差校正。

背景技术

多光谱成像光学系统中，通常采用45度分色片将来自主光学系统的宽光谱成像光束进行分色，即分色片将含有一部分波段的成像光束反射形成反射分色光路；将含有其余部分波段的成像光束透射形成透射分色光路。在透射分色光路上，经象差校正的来自主光学系统的成像光束经过45度分色片平行平板的透射会引入新的象差，从而使透射分色光路的成像质量恶化。为补偿分色片所带入的象差，一般在分色片后加入2片以上的像差补偿透镜，如海洋水色仪的光学系统中在透射分色光路即可见光成像光路上加入了2片补偿透镜(张锷，“海洋1号卫星10通道水色扫描仪光学系统的设计”，《光学与光电技术》Vol.2，No.4，2004年8月，P21-22)。这种象差的补偿方法，由于采用多片透镜，光学系统的通光效率降低，其次象差补偿透镜组一般都具有一定的光焦度，对整个成像系统的焦距产生影响，进而使反射分色光路的成像受到影响。因此在光学系统设计中需不断调整反射和透射分色光路的设计参数来获得较满意的设计结果，这大大增加了光学系统的设计难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种45度分色片透射分色光路的像差补偿方法，解决目前象差补偿方法存在的影响通光效率以及系统焦距的技术问题。

本发明的45度分色片透射分色光路的像差补偿方法如附图1所示，来自主光学系统1的宽光谱成像光束经45度分色片2后将含有一部分波段的成像光束反射形成反射分色光路，并在反射分色光路像平面5上成像；含有其余部分波段的成像光束经45度分色片2后透射形成透射分色光路，为校正分色片所带来的附加象差，成像系统在透射分色光路上插入一个透镜3，透镜3靠近45度分色片2的表面R1为凸球面，靠近透射分色光路像平面4的表面R2为凹球面，透镜3为零光焦度，且与主光学系统1不同轴，即透镜3的光轴与主光学系统1光轴偏离一定的距离D，或者与主光学系统1光轴倾斜一定的角度B。由45度分色片透射所带来的附加象差通过离轴透镜3过后其象差得到充分的补偿校正。

本发明的优点在于：本发明仅采用1片离轴的球面透镜来校正象差，提高了光学系统的通光效率，采用零光焦度的球面透镜来校正象差，避免了校正镜光焦度对主系统焦距的影响，光学系统设计的技术难度大大降低。

附图说明

图1：45度分色片透射分色光路的像差补偿方法光学系统图，图中(a)光轴平移离轴方式光学系统图，(b)光轴倾斜离轴方式光学系统图；

图中：1-主光学系统，2-45度分色片，3-透镜，4-透射分色光路像平面，5-反射分色光路像平面，R1-靠近45度分色片2的透镜3表面，R2-靠近透射分色光路像平面4的透镜3的表面。

图2：未经补偿校正的透射分色光路的像质点列图。

图3：经光轴平移透镜象差校正的透射分色光路的像质点列图。

图4：经光轴倾斜透镜象差校正的透射分色光路的像质点列图。

具体实施方式

实施例1

根据附图1(a)所示的45度分色片透射分色光路的像差补偿方法光学系统图，我们给出了一个通过光轴平移实现离轴的透镜3的具体设计实施例。

实施例中主光学系统1的技术参数如下：

焦距(f)：        300mm；

相对口径(D/f)：  1∶2；

视场角：         0.4°；

工作波长：       0.4-0.8μm(可见)，2.5-2.9μm(红外)。

45度分色片2的技术参数如下：

分色片基板材料： 锗；

基板厚度：       5mm；

分色特性：       0.4-0.8μm(反射)，2.5-2.9μm(透射)；

距主系统距离(S)：150mm。

通过光学设计软件我们设计出离轴透镜3的具体技术参数如下：

透镜3光学材料：锗；

靠近45度分色片2的透镜3表面R1曲率半径：281.57mm；

靠近透射分色光路像平面4的透镜3的表面R2曲率半径：273.63mm；

透镜3中心厚：5mm；

透镜3靠近45度分色片2的透镜3表面R1的中心与分色片中心之间的距离L1：65mm；

透镜3的光轴与主光学系统1光轴之间的平移距离D：96.82mm；

此时，透射分色光路像平面4与靠近透射分色光路像平面4的透镜3的表面R2之间的中心距L2：81.66mm。

附图2是未插入象差校正透镜3时在像平面4上的成像质量点列图，此时光斑的最小RMS直径大于200微米，插入象差校正透镜3后，光斑的最大RMS直径小于13微米(见附图3)，显然系统的象差得到了校正，成像质量达到可以应用程度。

实施例2

根据附图1(b)所示的45度分色片透射分色光路的像差补偿方法光学系统图，我们给出了一个通过光轴倾斜实现离轴的透镜3的具体设计实施例。

实施例中主光学系统1的技术参数如下：

焦距(f)：        300mm；

相对口径(D/f)：  1∶2；

视场角：         0.4°；

工作波长：       0.4-0.8μm(可见)，2.5-2.9μm(红外)。

45度分色片2的技术参数如下：

分色片基板材料： 锗；

基板厚度：       5mm；

分色特性：       0.4-0.8μm(反射)，2.5-2.9μm(透射)；

距主系统距离(S)：150mm。

通过光学设计软件我们设计出离轴透镜3的具体技术参数如下：

透镜3光学材料：锗；

靠近45度分色片2的透镜3表面R1曲率半径：99.23mm；

靠近透射分色光路像平面4的透镜3的表面R2曲率半径：94.80mm；

透镜3中心厚：5mm；

透镜3靠近45度分色片2的透镜3表面R1的中心与分色片中心之间的距离LL1：65mm；

透镜3的光轴与主光学系统1光轴之间的夹角B：19.74°；

此时，透射分色光路像平面4与靠近透射分色光路像平面4的透镜3的表面R2之间的中心距LL2：10.47mm。

附图2是未插入象差校正透镜3时在像平面4上的成像质量点列图，此时光斑的最小RMS直径大于200微米，插入象差校正透镜3后，光斑的最大RMS直径小于10微米(见附图4)，显然系统的象差得到了校正，成像质量达到可以应用程度。

Claims (2)

1.一种45度分色片透射分色光路的像差补偿方法，其特征在于，在45度分色片透射分色光路的45度分色片(2)和透射分色光路像平面(4)之间插入一片没有光焦度的、离轴安放的透镜(3)，所述透镜(3)的靠近45度分色片(2)的表面R1是凸球面；所述的透镜(3)靠近透射分色光路像平面(4)的表面R2是凹球面。

2.根据权利要求1所述的一种45度分色片透射分色光路的像差补偿方法，其特征在于：所述的离轴安放透镜(3)是通过光轴平移或者光轴倾斜来实现离轴安放的。

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