專利名稱：中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明新型涉及到一種中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法，屬于熱成像領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著紅外成像技術(shù)的不斷成熟和工程化、實(shí)用化發(fā)展，紅外光學(xué)系統(tǒng)的研制成為熱點(diǎn)。熱成像系統(tǒng)的圖像不能被人眼直接觀測，從而給檢測帶來一定難度，紅外光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展勢必與測試技術(shù)、測試裝置及評估技術(shù)的發(fā)展相互依存，各類紅外檢測系統(tǒng)則應(yīng)運(yùn)而生。本發(fā)明涉及的中波紅外顯微物鏡即為某紅外檢測系統(tǒng)的一部分。傳統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)方法為PW法，該方法在沒有特定軟件程序的情況下耗時(shí)費(fèi)力，工作效率極低，一般不予采用?，F(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)方法基本為“縮放法”，即根據(jù)對光學(xué)系統(tǒng)的要求，找出性能參數(shù)比較接近的已有結(jié)構(gòu)，將其各尺寸乘以縮放比K，得到所要求的結(jié)構(gòu)，并估計(jì)其像差的大小或變化趨勢，優(yōu)化得到滿足要求的光學(xué)系統(tǒng)。中波紅外顯微物鏡系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)較少，迫切需要尋找一種簡便快捷的設(shè)計(jì)方法。被測光學(xué)系統(tǒng)像面處一般存在有限的機(jī)械空間限制，并且紅外顯微物鏡的數(shù)值孔徑需要與被測光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑相匹配，這就對其口徑造成嚴(yán)格限制。傳統(tǒng)顯微物鏡的主要觀察區(qū)域?yàn)橐晥鲋行模话阒恍栊ＵS上像差，為保證檢測精度和圖像處理精度要求本紅外顯微物鏡還需考慮畸變和場區(qū)的校正。這就要求在初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中全面考慮各種像差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種物像方鏡組分離設(shè)計(jì)中波紅外顯微物鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)新方法，能夠針對紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量檢測的使用需求，解決上述紅外顯微物鏡設(shè)計(jì)中存在的設(shè)計(jì)復(fù)雜、初始結(jié)構(gòu)少等實(shí)質(zhì)性問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下中波紅外顯微物鏡兩分設(shè)計(jì)法，把整個(gè)顯微物鏡分為物方鏡組和像方鏡組兩部分，假設(shè)兩鏡組之間的光束近似平行傳輸，把物像方鏡組分開，分別按照望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。倒置其中一組與另一組組合后得到顯微物鏡的初始結(jié)構(gòu)。本著嚴(yán)格控制系統(tǒng)口徑以及放大倍率容易確定的思想，靠物方鏡組將光線壓縮為近似平行光束，像方鏡組設(shè)計(jì)思路與物方鏡組相同。為保證軸上像差校正要求，可參照不暈透鏡計(jì)算過程設(shè)計(jì)物像方鏡組。另外，借鑒對稱式系統(tǒng)對壓縮透鏡口徑有益以及消除垂軸像差有利的特點(diǎn)，將光闌設(shè)置在物像方鏡組中間，這樣，在保證了軸外像差校正的同時(shí)，有利于實(shí)現(xiàn)物方遠(yuǎn)心光路。設(shè)計(jì)過程中，將所述的物方鏡組視為平行光入射的望遠(yuǎn)物鏡，在設(shè)定入瞳直徑的同時(shí)保證其像方數(shù)值孔徑為設(shè)計(jì)要求的顯微物鏡數(shù)值孔徑，并做到像質(zhì)優(yōu)良。同樣，對于所述的像方鏡組，在設(shè)定入瞳直徑的同時(shí)保證其像方數(shù)值孔徑與所述的物方鏡組的像方數(shù)值孔徑比值的倒數(shù)為顯微物鏡的放大倍率值，并保證理想像質(zhì)。倒置物方鏡組，并與像方鏡組組合，得到紅外顯微物鏡的初始結(jié)構(gòu)，考慮調(diào)焦誤差對測量精度的影響，將其設(shè)計(jì)成物方遠(yuǎn)心系統(tǒng)。本發(fā)明是中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法，具有以下有益效果1、采用兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的中波紅外顯微物鏡，物像方鏡組之間的光束近似平行傳輸，放大倍率容易確定，口徑不致過大；2、光闌放于物像方鏡組中間，有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心光路要求，方便控制軸外像差，提高測量精度。3、本發(fā)明專利所述光學(xué)設(shè)計(jì)方法可以推廣到聚光鏡、顯微望遠(yuǎn)物鏡、其他波段顯微物鏡設(shè)計(jì)過程中，具有廣泛的應(yīng)用范圍。


圖1中波紅外顯微物鏡初始結(jié)構(gòu)示意圖(也作為摘要附圖)。圖中1、物，2、物方鏡組，3、軸上光線，4、孔徑光闌，5、軸外光線，6、像方鏡組，7 像，8、光軸。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，中波紅外顯微物鏡的物1發(fā)出的軸上光線3經(jīng)過物方鏡組2壓縮為近似平行光束傳輸，經(jīng)過孔徑光闌4入射到像方鏡組6上，經(jīng)過像方鏡組6的匯聚作用成像到光軸8上的某點(diǎn)；中波紅外顯微物鏡的物1發(fā)出的軸外光線5經(jīng)過物方鏡組2壓縮為近似平行光束傳輸，經(jīng)過孔徑光闌4入射到像方鏡組6上，經(jīng)過像方鏡組6的匯聚作用成像到光軸8以外的某點(diǎn)。物1發(fā)出的所有軸上光線與軸外光線通過此中波紅外顯微物鏡后匯聚成顯微物鏡的像7。
權(quán)利要求
1.中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法，其特征是將物方鏡組與像方鏡組分開， 分別按對平行光成像的望遠(yuǎn)物鏡光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，倒置其中一組與另一組組合成顯微物鏡的初始結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)得到保證檢測精度的物方遠(yuǎn)心物鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法，其特征是假定物方鏡組與像方鏡組之間的光束近似平行傳輸；光闌放于物像方鏡組中間，有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心光路要求，方便控制軸外像差，提高測量精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法，其特征是光學(xué)系統(tǒng)放大倍率容易確定，口徑方便控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法，其特征是可以推廣到聚光鏡、顯微望遠(yuǎn)物鏡以及其他波段顯微物鏡設(shè)計(jì)過程中。
全文摘要
本發(fā)明屬于熱成像領(lǐng)域，提供一種中波紅外顯微物鏡的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法。其方案是把整個(gè)顯微物鏡分為物方鏡組和像方鏡組兩部分，假設(shè)兩鏡組之間的光束近似平行傳輸，把物像方鏡組分開，分別按照望遠(yuǎn)物鏡設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。倒置其中一組與另一組組合后得到顯微物鏡的初始結(jié)構(gòu)，考慮調(diào)焦誤差對測量精度的影響，對初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善設(shè)計(jì)，得到像質(zhì)優(yōu)良的物方遠(yuǎn)心中波紅外顯微物鏡。應(yīng)用本發(fā)明所述的兩分光學(xué)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的中波紅外顯微物鏡放大倍率容易確定，光學(xué)系統(tǒng)口徑方便控制。光闌放于物像方鏡組之間，有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心光路要求，方便控制軸外像差，提高測量精度?？赏茝V到聚光鏡、顯微望遠(yuǎn)物鏡及其他波段顯微物鏡設(shè)計(jì)過程中。
文檔編號G01J5/08GK102200638SQ20111012018
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者付躍剛, 劉智穎, 孫建, 賈永丹 申請人:長春理工大學(xué)