本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

紫外傳感成像系統(tǒng)主要用于生物醫(yī)藥分析、臭氧監(jiān)測、海上油監(jiān)、太陽照度監(jiān)測、電暈放電探測、刑事偵察、森林防火、空間觀測、染病谷物剔除、水銀燈消毒控制和災(zāi)害天氣監(jiān)測及預(yù)報等。由于太陽光穿透地球大氣層時，在220—280nm紫外波段輻射被大氣中的臭氧層強(qiáng)烈吸收，近地表范圍的紫外普通光學(xué)玻璃的透明區(qū)域一般在350—2400nm之間，輻射很微弱，存在所謂的“太陽光譜盲區(qū)”。在該波段對紫外目標(biāo)探測時，來自自然環(huán)境的干擾就非常弱。因此，日盲紫外成像系統(tǒng)的研究受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

在日盲波段，紫外光學(xué)設(shè)計分為折射式和反射式，其中反射式由于中心遮攔損失能量，對紫外弱信號檢測不利。折射式光學(xué)系統(tǒng)的材料主要以透紫外的光學(xué)晶體材料為主，但大多數(shù)材料理化性能差，不適合制作透鏡?？紤]材料的理化性能、耐輻射性能及加工性能，設(shè)計中僅能選用兩三種材料，如氟化鈣、石英和氟化鎂等，難于校正像差。此外，紫外探測系統(tǒng)屬于弱光探測領(lǐng)域，要求濾光片透過率高、大相對孔徑及高像面照度均勻性，進(jìn)一步增加了光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大視場、大相對孔徑、高照度均勻性、像質(zhì)好的日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：整個光學(xué)系統(tǒng)包括十三塊透鏡和一片紫外窄帶濾光片；從物方到像方依次為第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、孔徑光闌、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡、紫外窄帶濾光片、第十三透鏡和焦平面探測器。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：第一透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第二透鏡為負(fù)光焦度透鏡，彎向像方；第三透鏡為負(fù)光焦度透鏡，雙凹透鏡；第四透鏡為正光焦度透鏡，彎向物方；第五透鏡為正光焦度透鏡，彎向物方；第六透鏡為負(fù)光焦度透鏡，彎向像方；第七透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第八透鏡為負(fù)光焦度透鏡，雙凹透鏡；第九透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第十透鏡為負(fù)光焦度透鏡，雙凹透鏡；第十一透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第十二透鏡為正光焦度透鏡，彎向像方；第十三透鏡為正光焦度透鏡，彎向像方。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：第一透鏡采用熔融石英材料，第二透鏡采用氟化鈣材料，第三透鏡采用氟化鈣材料，第四透鏡采用熔融石英材料，第五透鏡采用熔融石英材料，第六透鏡采用熔融石英材料，第七透鏡采用氟化鈣材料，第八透鏡采用熔融石英材料，第九透鏡采用氟化鈣材料，第十透鏡采用熔融石英材料，第十一透鏡采用氟化鈣材料，第十二透鏡采用氟化鈣材料，第十三透鏡采用氟化鈣材料，鏡筒材料為鋁材料。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：孔徑光闌設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)第七透鏡和第八透鏡之間，透鏡之間的間隔為空氣。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：從物方到像方，第一透鏡前表面、第四透鏡后表面、第五透鏡后表面為非球面，其它透鏡表面都為球面。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：從物方到像方，第一透鏡前表面半徑319.2mm，第一透鏡后表面半徑-139.96mm，第二透鏡前表面半徑-729.5mm，第二透鏡后表面半徑16.144mm，第三透鏡前表面半徑-50.7mm，第三透鏡后表面半徑25.64mm，第四透鏡前表面半徑-21.78mm，第四透鏡后表面半徑-19.72mm，第五透鏡前表面半徑-99.08mm，第五透鏡后表面半徑-25.82mm，第六透鏡前表面半徑158.49mm，第六透鏡后表面半徑14.125mm，第七透鏡前表面半徑15.922mm，第七透鏡后表面半徑-24.6mm，第八透鏡前表面半徑-47.986mm，第八透鏡后表面半徑22.03mm，第九透鏡前表面半徑14.2mm，第九透鏡后表面半徑-18.88mm，第十透鏡前表面半徑-15.417mm，第十透鏡后表面半徑14.093mm，第十一透鏡前表面半徑19.588mm，第十一透鏡后表面半徑-30.953mm，第十二透鏡前表面半徑20.67mm，第十二透鏡后表面半徑52mm，第十三透鏡前表面半徑12.274mm，第十三透鏡后表面半徑30.48mm；

第一透鏡前表面與后表面中心間距7.8mm，第一透鏡后表面與第二透鏡前表面中心間距0.5mm，第二透鏡前表面與后表面中心間距3.5mm，第二透鏡后表面與第三透鏡前表面中心間距14.02mm，第三透鏡前表面與后表面中心間距3.0mm，第三透鏡后表面與第四透鏡前表面中心間距10.8mm，第四透鏡前表面與后表面中心間距7mm，第四透鏡后表面與第五透鏡前表面中心間距1.8mm，第五透鏡前表面與后表面中心間距10mm，第五透鏡后表面與第六透鏡前表面中心間距40.7mm，第六透鏡前表面與后表面中心間距1.4mm，第六透鏡后表面與第七透鏡前表面中心間距1.2mm，第七透鏡前表面與后表面中心間距7.03mm，第七透鏡后表面與孔徑光闌中心間距1.5mm，孔徑光闌與第八透鏡中心間距1.6，第八透鏡前表面與后表面中心間距1.5mm，第八透鏡后表面與第九透鏡中心間距1mm，第九透鏡前表面與后表面中心間距7.4mm，第九透鏡后表面與第十透鏡中心間距1.25mm，第十透鏡前表面與后表面中心間距2.54mm，第十透鏡后表面與第十一透鏡中心間距1.5mm，第十一透鏡前表面與后表面中心間距6.5mm，第十一透鏡后表面與第十二透鏡中心間距1mm，第十二透鏡前表面與后表面中心間距4.6mm，第十二透鏡后表面與紫外窄帶濾光片中心間距3.3mm，紫外窄帶濾光片厚度3mm，紫外窄帶濾光片后表面與第十三透鏡中心間距1.1mm，第十三透鏡前表面與后表面中心間距5.8mm，第十三透鏡后表面與焦平面探測器光窗間距6.153mm。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：紫外窄帶濾光片采用UG11為基底，厚度為2.5mm，中心波長為270nm，帶寬為20nm，透過率達(dá)40％。該濾光片入射角度為±15°之內(nèi)。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：其工作波段為260～280nm，F(xiàn)/#為1.5，焦距為7.99mm，視場為75.2°。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：第十三透鏡與探測器的距離可調(diào)，軸向調(diào)焦范圍為±2mm，用以補(bǔ)償-40℃～+60℃溫度范圍像面的飄移，保證系統(tǒng)像質(zhì)。

有益效果

本發(fā)明提出一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，選擇易于裝配且無中心遮攔的透射式方式，采用復(fù)雜的負(fù)光焦度前組與正光焦度后組分離的結(jié)構(gòu)，獲得了高相對像面照度大相對孔徑大視場角物鏡。該光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高照度均勻性，優(yōu)于81.6％，衍射彌散斑小于一個像素25um，采用三個非球面來改善像質(zhì)，并使光學(xué)系統(tǒng)的光路總長更短。通過系統(tǒng)整組移動，在-40℃～60℃的溫度范圍內(nèi)保持高質(zhì)量成像。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外、術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

本發(fā)明的目的是一種大視場大相對孔徑日盲紫外光學(xué)系統(tǒng)，是通過選擇易于裝配且無中心遮攔的透射式方式，采用復(fù)雜的負(fù)光焦度前組與正光焦度后組分離的結(jié)構(gòu)，獲得了高相對像面照度大相對孔徑大視場角物鏡。

如圖1所示，整個光學(xué)系統(tǒng)包括十三塊透鏡和一片紫外窄帶濾光片；從物方到像方依次為第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、孔徑光闌、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡、紫外窄帶濾光片、第十三透鏡和焦平面探測器。目標(biāo)物體輻射的紫外光束，依次經(jīng)過同軸第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、孔徑光闌、第八透鏡、第九透鏡、第十透鏡、第十一透鏡、第十二透鏡、紫外窄帶濾光片、第十三透鏡，匯聚成像于AlGaN紫外焦平面探測器，從而可獲得目標(biāo)圖像。

其中第一透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第二透鏡為負(fù)光焦度透鏡，彎向像方；第三透鏡為負(fù)光焦度透鏡，雙凹透鏡；第四透鏡為正光焦度透鏡，彎向物方；第五透鏡為正光焦度透鏡，彎向物方；第六透鏡為負(fù)光焦度透鏡，彎向像方；第七透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第八透鏡為負(fù)光焦度透鏡，雙凹透鏡；第九透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第十透鏡為負(fù)光焦度透鏡，雙凹透鏡；第十一透鏡為正光焦度透鏡，雙凸透鏡；第十二透鏡為正光焦度透鏡，彎向像方；第十三透鏡為正光焦度透鏡，彎向像方。形成光焦度+、-、-、+、+、-、+、-、+、-、+、+、+構(gòu)型。

材料選擇為：第一透鏡采用熔融石英材料，第二透鏡采用氟化鈣材料，第三透鏡采用氟化鈣材料，第四透鏡采用熔融石英材料，第五透鏡采用熔融石英材料，第六透鏡采用熔融石英材料，第七透鏡采用氟化鈣材料，第八透鏡采用熔融石英材料，第九透鏡采用氟化鈣材料，第十透鏡采用熔融石英材料，第十一透鏡采用氟化鈣材料，第十二透鏡采用氟化鈣材料，第十三透鏡采用氟化鈣材料，鏡筒材料為鋁材料。

如圖1所示，孔徑光闌設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)第七透鏡和第八透鏡之間，透鏡之間的間隔為空氣。從物方到像方，第一透鏡前表面、第四透鏡后表面、第五透鏡后表面為非球面，其它透鏡表面都為球面。紫外窄帶濾光片采用UG11為基底，厚度為2.5mm，中心波長為270nm，帶寬為20nm，透過率達(dá)40％。該濾光片入射角度為±15°之內(nèi)。

具體尺寸為：從物方到像方，第一透鏡前表面半徑319.2mm，第一透鏡后表面半徑-139.96mm，第二透鏡前表面半徑-729.5mm，第二透鏡后表面半徑16.144mm，第三透鏡前表面半徑-50.7mm，第三透鏡后表面半徑25.64mm，第四透鏡前表面半徑-21.78mm，第四透鏡后表面半徑-19.72mm，第五透鏡前表面半徑-99.08mm，第五透鏡后表面半徑-25.82mm，第六透鏡前表面半徑158.49mm，第六透鏡后表面半徑14.125mm，第七透鏡前表面半徑15.922mm，第七透鏡后表面半徑-24.6mm，第八透鏡前表面半徑-47.986mm，第八透鏡后表面半徑22.03mm，第九透鏡前表面半徑14.2mm，第九透鏡后表面半徑-18.88mm，第十透鏡前表面半徑-15.417mm，第十透鏡后表面半徑14.093mm，第十一透鏡前表面半徑19.588mm，第十一透鏡后表面半徑-30.953mm，第十二透鏡前表面半徑20.67mm，第十二透鏡后表面半徑52mm，第十三透鏡前表面半徑12.274mm，第十三透鏡后表面半徑30.48mm；

第一透鏡前表面與后表面中心間距7.8mm，第一透鏡后表面與第二透鏡前表面中心間距0.5mm，第二透鏡前表面與后表面中心間距3.5mm，第二透鏡后表面與第三透鏡前表面中心間距14.02mm，第三透鏡前表面與后表面中心間距3.0mm，第三透鏡后表面與第四透鏡前表面中心間距10.8mm，第四透鏡前表面與后表面中心間距7mm，第四透鏡后表面與第五透鏡前表面中心間距1.8mm，第五透鏡前表面與后表面中心間距10mm，第五透鏡后表面與第六透鏡前表面中心間距40.7mm，第六透鏡前表面與后表面中心間距1.4mm，第六透鏡后表面與第七透鏡前表面中心間距1.2mm，第七透鏡前表面與后表面中心間距7.03mm，第七透鏡后表面與孔徑光闌中心間距1.5mm，孔徑光闌與第八透鏡中心間距1.6mm，第八透鏡前表面與后表面中心間距1.5mm，第八透鏡后表面與第九透鏡中心間距1mm，第九透鏡前表面與后表面中心間距7.4mm，第九透鏡后表面與第十透鏡中心間距1.25mm，第十透鏡前表面與后表面中心間距2.54mm，第十透鏡后表面與第十一透鏡中心間距1.5mm，第十一透鏡前表面與后表面中心間距6.5mm，第十一透鏡后表面與第十二透鏡中心間距1mm，第十二透鏡前表面與后表面中心間距4.6mm，第十二透鏡后表面與紫外窄帶濾光片中心間距3.3mm，紫外窄帶濾光片厚度3mm，紫外窄帶濾光片后表面與第十三透鏡中心間距1.1mm，第十三透鏡前表面與后表面中心間距5.8mm，第十三透鏡后表面與焦平面探測器光窗間距6.153mm。

整個系統(tǒng)工作波段為260～280nm，F(xiàn)/#為1.5，焦距為7.99mm，視場為75.2°。該光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高照度均勻性，優(yōu)于81.6％，衍射彌散斑小于一個像素25um，采用三個非球面來改善像質(zhì)，并使光學(xué)系統(tǒng)的光路總長更短。第十三透鏡與探測器的距離可調(diào)，軸向調(diào)焦范圍為±2mm，用以補(bǔ)償-40℃～+60℃溫度范圍像面的飄移，保證系統(tǒng)像質(zhì)。

附光學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)表

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。