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1、(10)申请公布号 CN 103309019 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103309019 A *CN103309019A* (21)申请号 201310253827.9 (22)申请日 2013.06.24 G02B 13/06(2006.01) G02B 13/14(2006.01) G02B 17/08(2006.01) (71)申请人 中国科学院长春光学精密机械与物 理研究所 地址 130033 吉林省长春市东南湖大路 3888 号 (72)发明人 李博 王淑荣 于向阳 王俊博 (74)专利代理机构 长春菁华专利商标代理事务 所 22210 代理人 南小平 (。
2、54) 发明名称 紫外多波段全景成像仪光学系统 (57) 摘要 本发明涉及一种紫外多波段全景成像仪光学 系统， 涉及空间光学技术领域， 解决现有紫外临边 环形成像仪光学系统无法实现 360环形视场成 像的问题。本系统由折反透镜、 中继透镜组、 滤光 片与面阵探测器组成， 光学系统采用紫外材料， 波 段范围可覆盖250nm380nm， 多波段成像通过选 择不同中心波长的滤光片实现。系统孔径光阑位 于中继透镜组内， 360环形视场入射光束经过折 反透镜成虚像， 其中， 虚像像面位于折反透镜内， 中继透镜组对折反透镜的虚像二次成像， 最后成 像于面阵探测器。该光学系统是将反射面和折射 面集成在一起，。
3、 系统较小， 结构紧凑。适合作为卫 星上用的紫外临边全景成像的光学系统， 航天、 航 空大气遥感、 对地观测等领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103309019 A CN 103309019 A *CN103309019A* 1/1 页 2 1. 一种紫外多波段全景成像仪光学系统， 其特征在于， 其包括 ： 使 360环形视场入射光束成虚像的折反透镜 ； 采用像方远心， 对所述折反透镜形成的虚像进行二次成像的中继透镜组 ；。
4、 采集单色波段的滤光片 ； 用于生成全景图像的面阵探测器。 2. 根据权利要求 1 所述的紫外多波段全景成像仪光学系统， 其特征在于， 所述的折反 透镜、 中继透镜组、 滤光片及面阵探测器同轴排列。 3. 根据权利要求 2 所述的紫外多波段全景成像仪光学系统， 其特征在于， 所述的折反 透镜表面为球面， 入射光需要经过折反透镜进行两次透射， 两次反射。 4. 根据权利要求 2 所述的紫外多波段全景成像仪光学系统， 其特征在于， 所述的中继 透镜组具体包括依次同轴排列的第一块溶石英凹透镜、 第一块氟化钙凸透镜、 孔径光阑、 第 二块溶石英凹透镜、 第二块氟化钙凸透镜、 第三块氟化钙凸透镜、 第三。
5、块溶石英凹透镜、 第 四块氟化钙凸透镜。 5. 根据权利要求 4 所述的紫外多波段全景成像仪光学系统， 其特征在于， 所述的中继 透镜组的各个透镜的边缘距离 0.3mm， 中心距离 0.1mm。 权 利 要 求 书 CN 103309019 A 2 1/3 页 3 紫外多波段全景成像仪光学系统 技术领域 0001 本发明涉及空间光学技术领域， 具体涉及一种小型化的紫外多波段全景成像仪光 学系统。 背景技术 0002 全景成像仪是一种能够实现地球临边 360环形成像的空间光学遥感仪器， 被广 泛的应用在空间紫外光学遥感、 臭氧观测、 痕量气体监测等领域。 为了获取更多的临边大气 遥感信息， 对全。
6、景成像仪的要求也越来越高。 如仪器观测的视场越来越大， 波段适应性越来 越强等。 0003 如在包含多个紫外波段空间大气遥感等领域， 在波段 250nm-380nm、 临边高度 10km-80km范围内， 为获取更多遥感信息， 需要对地球临边环形视场的紫外成像探测。 目前， 现有的紫外临边环形成像仪光学系统是采用多块平面镜拼接， 使得成像仪的全部视场加起 来形成部分环形视场。其成像原理为中心投影法。事实上， 这种紫外临边成像仪光学系统 是无法真正实现地球临边大气 360环形成像的， 不能够满足目前航天、 航空遥感获取更多 信息的需求。 发明内容 0004 本发明要解决现有技术中紫外临边环形成像。
7、仪光学系统无法真正实现地球临边 大气 360环形成像的技术问题， 提供一种小型化的， 能够真正实现地球临边大气 360环 形成像的紫外多波段全景成像仪光学系统。 0005 为了解决上述技术问题， 本发明的技术方案具体如下 ： 0006 紫外多波段全景成像仪光学系统， 其包括 ： 0007 使 360环形视场入射光束成虚像的折反透镜 ； 0008 采用像方远心， 对所述折反透镜形成的虚像进行二次成像的中继透镜组 ； 0009 采集单色波段的滤光片 ； 0010 用于生成全景图像的面阵探测器。 0011 在上述技术方案中， 所述的折反透镜、 中继透镜组、 滤光片及面阵探测器同轴排 列。 0012 。
8、在上述技术方案中， 所述的折反透镜表面为球面， 入射光需要经过折反透镜进行 两次透射， 两次反射。 0013 在上述技术方案中， 所述的中继透镜组具体包括依次同轴排列的第一块溶石英凹 透镜、 第一块氟化钙凸透镜、 孔径光阑、 第二块溶石英凹透镜、 第二块氟化钙凸透镜、 第三块 氟化钙凸透镜、 第三块溶石英凹透镜、 第四块氟化钙凸透镜。 0014 在上述技术方案中， 所述的中继透镜组的各个透镜的边缘距离 0.3mm， 中心距离 0.1mm。 0015 本发明紫外多波段全景成像仪光学系统的有益效果是 ： 说 明 书 CN 103309019 A 3 2/3 页 4 0016 本发明提供的紫外多波段。
9、全景成像仪光学系统是在常规成像系统的前面加入反 射面达到圆柱投影的目的， 即在三维空间视场和有限的二维像平面建立一种新的投影关系 将三维圆柱区域通过特殊的系统投影到二维平面的圆环区域， 获得 360 度的全景视场。其 成像范围大大超过遵循中心投影法的纯折射式系统， 且容易构成 f- 系统。并且， 该光学 系统用两次反射获得环形视场， 可将反射面和折射面集成在一起， 系统较小， 结构紧凑。 附图说明 0017 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0018 图 1 为本发明实施例紫外多波段全景成像仪光学系统的结构示意图。 0019 图 2 为本发明紫外多波段全景成像仪光学系统的全。
10、景成像原理图。 0020 图中的附图标记表示为 ： 0021 1、 折反透镜， 2、 第一块溶石英凹透镜， 3、 第一块氟化钙凸透镜， 4、 孔径光阑， 5、 第 二块溶石英凹透镜， 6、 第二块氟化钙凸透镜， 7、 第三块氟化钙凸透镜， 8、 第三块溶石英凹透 镜， 9、 第四块氟化钙凸透镜， 10、 滤光片， 11、 探测器保护罩， 12、 探测器接收像面。 具体实施方式 0022 下面结合附图对本发明做以详细说明。 0023 本发明紫外多波段全景成像仪光学系统包括同轴排列的折反透镜、 中继透镜组、 滤光片及面阵探测器。 该光学系统采用紫外材料， 波段范围为250nm-380nm。 多波段。
11、成像通 过选择不同中心波长的滤光片实现。 系统孔径光阑位于中继透镜组内， 360环形视场入射 光束经过折反透镜成虚像， 其虚像像面位于折反透镜内， 中继透镜组采用像方远心， 对折反 透镜的虚像二次成像， 最后成像于面阵探测器。 0024 所述的折反透镜表面为球面， 入射光需要经过折反透镜进行两次透射， 两次反射。 所述的中继透镜组具体包括依次同轴排列的第一块溶石英凹透镜、 第一块氟化钙凸透镜、 孔径光阑、 第二块溶石英凹透镜、 第二块氟化钙凸透镜、 第三块氟化钙凸透镜、 第三块溶石 英凹透镜、 第四块氟化钙凸透镜。所述的中继透镜组的各个透镜的边缘距离 0.3mm， 中心 距离 0.1mm。 0。
12、025 本发明的紫外多波段全景成像仪光学系统的工作原理 ： 本发明为把地球环形临边 视场成像到面阵探测器像面上， 采用了折反系统结构。为获得 360的全景视场， 采用平面 圆柱投影法， 即在三维空间视场和有限的二维像平面建立一种新的投影关系将三维圆柱区 域通过特殊的系统投影到二维平面的圆环区域， 如附图 2 所示。环形像的宽度对应圆柱视 场上与光轴形成的视场角， 像面上的每个同心圆代表物空间与光轴成一定夹角的圆柱面的 投影， 灭点在圆心， 其中张角 所对应的圆柱面是视场区域， 2 角所围成的区域为视场的 盲区。 0026 实施例 1 0027 参见附图 1， 紫外多波段全景成像仪光学系统， 该。
13、光学系统包括折反透镜 1， 第一 块溶石英凹透镜2， 第一块氟化钙凸透镜3， 孔径光阑4， 第二块溶石英凹透镜5， 第二块氟化 钙凸透镜6， 第三块氟化钙凸透镜7， 第三块溶石英凹透镜8， 第四块氟化钙凸透镜9， 滤光片 10， 探测器保护罩 11， 探测器接收像面 12。所述环形目标出射的光束经折反透镜 1 后成虚 说 明 书 CN 103309019 A 4 3/3 页 5 像， 虚像位于折反透镜 1 出射面左侧， 第一块溶石英凹透镜 2、 第一块氟化钙凸透镜 3、 孔径 光阑4、 第二块溶石英凹透镜5、 第二块氟化钙凸透镜6、 第三块氟化钙凸透镜7、 第三块溶石 英凹透镜 8 与第四块氟。
14、化钙凸透镜 9 构成中继透镜组， 该中继透镜组对折反透镜 1 形成的 虚像进行二次成像， 第一块溶石英凹透镜 2 与第一块氟化钙凸透镜 3、 第二块溶石英凹透镜 5 与第二块氟化钙凸透镜 6、 第三块氟化钙凸透镜 7 与第三块溶石英凹透镜 8 各自构成正负 透镜组合， 该结构主要用于矫正紫外波段色差。第四块氟化钙凸透镜 9 出射的紫外光束经 滤光片 10 后为单色会聚光， 最后经过探测器保护罩 11 到达探测器接收像面 12。 0028 本实施方式所述的折反透镜 1 与中继透镜组透镜 2-9 为同轴系统， 要求各个表面 中心在同一直线排列。 0029 本实施方式所述的紫外多波段全景成像仪光学元。
15、件各表面均为球面或平面， 光学 系统设计的波段范围250nm380nm， 需要采集的单色波段可更换不同波段滤光片10实现。 0030 实施例 2 0031 本实施例为实施例 1 的紫外多波段全景成像仪光学系统应用于空间遥感大气 环形临边光谱成像探测， 本实施例的紫外多波段全景成像仪光学系统焦距 4.7mm， 视场 70.2 72.4， 工作波段 250nm-380nm。大气环形临边场景经折反透镜 1、 中继透镜组透 镜 2-9、 滤光片 10、 探测器保护罩 11 入射到像面 12 上， 滤光片 10 第一通道的波段中心波长 为 265nm， 第二通道的中心范围为 295nm， 第三通道的中心。
16、范围为 360nm， 各通道变换通过更 换滤光片 10 实现。光学系统总长 175mm， 折反透镜 1 口径 52mm， 第一表面曲率半径 30mm， 第 二表面曲率半径 78.89mm， 第三表面曲率半径 31.86mm， 第四表面与第二表面为同一表面， 第一表面镀增透膜， 第二 / 四表面边缘部分镀反射膜， 中间部分镀增透膜， 第三表面镀反射 膜。光学孔径光阑 4 口径为 6.82mm， 光学系统入瞳口径为 2.71mm， 系统 F 数为 1.73。探测 器接收像面 12 尺寸 13.3mm13.3mm， 轨道高度 400km 时， 地球环形临边方向空间分辨率 4.7km。 本实施例通过合。
17、理的采用了折反透镜1， 可以很好的减小全景成像系统口径， 该种光 学系统结构紧凑， 加工装调简单， 更容易实现。 0032 本发明可实现多波段紫外环形视场成像探测， 适合作为卫星上用的紫外临边全景 成像的光学系统， 航天、 航空大气遥感、 对地观测等领域。 0033 显然， 上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例， 而并非对实施方式的限定。 对 于所属领域的普通技术人员来说， 在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 说 明 书 CN 103309019 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103309019 A 6 。