[发明专利]中波红外显微物镜的两分光学设计方法

说明书

技术领域

本发明新型涉及到一种中波红外显微物镜的两分光学设计方法，属于热成像领域。

背景技术

近年来，随着红外成像技术的不断成熟和工程化、实用化发展，红外光学系统的研制成为热点。热成像系统的图像不能被人眼直接观测，从而给检测带来一定难度，红外光学系统的发展势必与测试技术、测试装置及评估技术的发展相互依存，各类红外检测系统则应运而生。本发明涉及的中波红外显微物镜即为某红外检测系统的一部分。传统的光学设计方法为PW法，该方法在没有特定软件程序的情况下耗时费力，工作效率极低，一般不予采用。现代光学设计方法基本为“缩放法”，即根据对光学系统的要求，找出性能参数比较接近的已有结构，将其各尺寸乘以缩放比K，得到所要求的结构，并估计其像差的大小或变化趋势，优化得到满足要求的光学系统。中波红外显微物镜系统的初始结构较少，迫切需要寻找一种简便快捷的设计方法。

被测光学系统像面处一般存在有限的机械空间限制，并且红外显微物镜的数值孔径需要与被测光学系统数值孔径相匹配，这就对其口径造成严格限制。传统显微物镜的主要观察区域为视场中心，一般只需校正轴上像差，为保证检测精度和图像处理精度要求本红外显微物镜还需考虑畸变和场区的校正。这就要求在初始结构设计过程中全面考虑各种像差。

发明内容

本发明的目的是提供一种物像方镜组分离设计中波红外显微物镜的光学设计新方法，能够针对红外光学系统成像质量检测的使用需求，解决上述红外显微物镜设计中存在的设计复杂、初始结构少等实质性问题。

本发明的技术方案如下：

中波红外显微物镜两分设计法，把整个显微物镜分为物方镜组和像方镜组两部分，假设两镜组之间的光束近似平行传输，把物像方镜组分开，分别按照望远物镜设计方法进行设计。倒置其中一组与另一组组合后得到显微物镜的初始结构。

本着严格控制系统口径以及放大倍率容易确定的思想，靠物方镜组将光线压缩为近似平行光束，像方镜组设计思路与物方镜组相同。为保证轴上像差校正要求，可参照不晕透镜计算过程设计物像方镜组。另外，借鉴对称式系统对压缩透镜口径有益以及消除垂轴像差有利的特点，将光阑设置在物像方镜组中间，这样，在保证了轴外像差校正的同时，有利于实现物方远心光路。

设计过程中，将所述的物方镜组视为平行光入射的望远物镜，在设定入瞳直径的同时保证其像方数值孔径为设计要求的显微物镜数值孔径，并做到像质优良。同样，对于所述的像方镜组，在设定入瞳直径的同时保证其像方数值孔径与所述的物方镜组的像方数值孔径比值的倒数为显微物镜的放大倍率值，并保证理想像质。倒置物方镜组，并与像方镜组组合，得到红外显微物镜的初始结构，考虑调焦误差对测量精度的影响，将其设计成物方远心系统。

本发明是中波红外显微物镜的两分光学设计方法，具有以下有益效果：

1、采用两分光学设计方法设计的中波红外显微物镜，物像方镜组之间的光束近似平行传输，放大倍率容易确定，口径不致过大；

2、光阑放于物像方镜组中间，有利于实现远心光路要求，方便控制轴外像差，提高测量精度。

3、本发明专利所述光学设计方法可以推广到聚光镜、显微望远物镜、其他波段显微物镜设计过程中，具有广泛的应用范围。

附图说明

图1中波红外显微物镜初始结构示意图(也作为摘要附图)。

图中：1、物，2、物方镜组，3、轴上光线，4、孔径光阑，5、轴外光线，6、像方镜组，7像，8、光轴。

具体实施方式

如图1所示，中波红外显微物镜的物1发出的轴上光线3经过物方镜组2压缩为近似平行光束传输，经过孔径光阑4入射到像方镜组6上，经过像方镜组6的汇聚作用成像到光轴8上的某点；中波红外显微物镜的物1发出的轴外光线5经过物方镜组2压缩为近似平行光束传输，经过孔径光阑4入射到像方镜组6上，经过像方镜组6的汇聚作用成像到光轴8以外的某点。物1发出的所有轴上光线与轴外光线通过此中波红外显微物镜后汇聚成显微物镜的像7。