双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头制造技术

双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头属于检测探测领域，可以克服中继光路放大倍率固定对点斑采样率的限制，实现在光瞳采样率下降时增加中继光路放大倍率，提高像斑质心的定位精度；保证测量的口径。该镜头包括：前组镜和后组镜，前组镜和后组镜之间设定光阑；前组镜由前正镜和前负镜组成，后组镜由后正镜和后负镜组成，四片镜子从左至右依次为前正镜、前负镜、后正镜和后负镜；它们同光轴放置，物像共轭距离恒定。本发明专利技术采用前后镜组近似对称结构，以校正慧差、畸变、倍率色差等横向像差，保证质心计算精度。前后组焦距向相反方向变化，共同作用使系统放大倍率连续变化。通过前后组间隔变化互相补偿，使传感器变倍前后不需要整体的自由度调整。

【技术实现步骤摘要】
双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头
本专利技术属于自适应光学、主动光学、光学检测及大口径望远镜波前探测领域，涉及一种满足双远心特性的哈特曼传感器连续变倍中继镜头。
技术介绍
哈特曼波前探测器是一种通过测量波前斜率来获得波前的相位信息光学测量设备，其基本的组成包括微透镜阵列、中继镜头和CCD相机。中继镜头是哈特曼传感器中的重要组件，由于微透镜阵列和CCD相机产品规格的限制，需要中继镜头将微透镜的形成点斑图像按照一定的放大倍率成像到相机靶面上，实现微透镜尺寸和相机象素尺寸的匹配。哈特曼传感器的灵敏度和测量精度受光斑质心计算精度限制，而质心计算的精度由点斑在像面上的像素采样率决定，因此中继镜组设计时应考虑充分利用相机的像素数，使传感器达到最佳的性能。而当传感器的光瞳采样率(即光瞳内微透镜子孔径个数)改变时，为保证相机的像素始终被充分利用，应相应地改变中继光路放大倍率。目前采用的方法是更换中继镜组，这不但要研制多套不同倍率的中继镜头，而且倍率的变化不连续，更为重要的是需要在机上进行安装调试，显然无法满足快速、频繁切换的要求，尤其在执行观测任务中进行切换更是无法实现。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头，该镜头可以克服中继光路放大倍率固定对点斑采样率的限制，通过连续变倍中继镜头实现微透镜焦面到CCD像面放大倍率的连续变化，实现在光瞳采样率下降时增加中继光路放大倍率，充分利用相机的像素数，提高像斑质心的定位精度；光瞳采样率增加时减小中继光路放大倍率，使所有光瞳内点斑像均落在靶面上，保证测量的口径。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头，该镜头包括：前组镜和后组镜，前组镜和后组镜之间设定光阑；前组镜由前正镜和前负镜组成，后组镜由后正镜和后负镜组成，四片镜子从左至右依次为前正镜、前负镜、后正镜和后负镜；它们同光轴放置，物像共轭距离恒定，且满足：l_h1＝f_h2-d_h2d_h1＝l_h1'l_h2＝f_h1-d_h2d_h3＝l_h2'l_q1＝f_q2-d_q2d_q1＝l_q1'l_q2＝f_q1-d_q2d_q3＝l_q2'其中，f_h1为后负镜焦距，f_h2为后正镜焦距，l_h1为后负镜物距，l_h1’为后负镜像距，l_h2为后正镜物距，l_h2’为后正镜像距，d_h2为后组正负镜间隔，d_h1为光阑与后负镜间隔，d_h3为后正镜与像面间隔；L_h为后组镜总长度；f_q1为前正镜焦距，f_q2为前负镜焦距，l_q1为前正镜物距，l_q1’为前正镜像距，l_q2为前负镜物距，l_q2’为前负镜像距，d_q2为前组正负镜间隔，d_q1为物面与前正镜间隔，d_q3为前负镜与光阑间隔；L_q为前组镜总长度。本专利技术的有益效果是：本专利技术在光路设计时在光阑位置两侧采用前后镜组近似对称结构，以校正慧差、畸变、倍率色差等横向像差，保证质心计算精度。前后镜组分别采用正、负二组元结构，通过前后组中正、负镜组间隔向相反方向变化，使前后组焦距向相反方向变化，共同作用使系统放大倍率连续变化。通过前后组间隔变化互相补偿，使系统物像长度维持恒定，从而使传感器变倍前后不需要整体的自由度调整。前组焦距变化过程中使光阑位置始终位于其焦点，形成物方远心，以符合微透镜的光路形式；后组焦距变化过程中同样维持光阑位置位于其焦点，形成像方远心，以使相机轴向安装误差不影响光斑质心定位精度。系统4个透镜组元均做轴向非线性移动，以满足上述的系统特征，通过光学优化设计使系统接近衍射极限的成像质量，并有效控制畸变，以减小传感器的系统误差。附图说明图1本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头后组高斯光路。图2本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头前组高斯光路。图3本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头实施例装置图。图4本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头实施例各个组镜移动量与旋转凸轮转角关系。图5本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头实施例前组镜和后组镜的焦距与旋转凸轮转角关系。图6本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头实施例不同倍率位置系统的像散和畸变曲线。图7本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头实施例系统点列图。图8本专利技术双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头实施例系统倍率与旋转凸轮转角关系。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。为校正系统的横向像差，提供质心定位精度，采用近似对称的结构形式，在光阑前后分别采用前、后组元，前后镜组均由正、负镜组组成，形成物像双远心光路。为求出后组的高斯光学参数，追迹两条光线，如图1所示，一条是由左向右追迹的轴上视场边缘孔径光线，用于确定正镜组的物象关系，另一条是由右向左追迹的轴外视场主光线，用于确定负镜组的物象关系。图中f_h1为负组焦距，f_h2为正组焦距，l_h1为负组物距，l_h1’为负组像距，l_h2为正组物距，l_h2’为正组像距，d_h2为正负组间隔，d_h1为光阑与负组间隔，d_h3为正组与像面间隔；L_h为后组总长度，即光阑与像面距离；由两条光线追迹可得出光阑与负组间隔d_h1、正组与像面间隔d_h3、后组总长L_h及后组焦距f_h与正负组元间隔d_h2的关系：l_h1＝f_h2-d_h2...

【技术保护点】
双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头，其特征在于，该镜头包括：前组镜和后组镜，前组镜和后组镜之间设定光阑；前组镜由前正镜和前负镜组成，后组镜由后正镜和后负镜组成，四片镜子从左至右依次为前正镜、前负镜、后正镜和后负镜；它们同光轴放置，物像共轭距离恒定，且满足：l_h1＝f_h2‑d_h2l_h1′=f_h1×l_h1f_h1+l_h1=f_h1×(f_h2-d_h2)f_h1+f_h2-d_h2]]>d_h1＝l_h1'l_h2＝f_h1‑d_h2l_h2′=f_h2×l_h2f_h2+l_h2=f_h2×(f_h1-d_h2)f_h2+f_h1-d_h2]]>d_h3＝l_h2'L_h=d_h1+d_h2+d_h3=f_h1×(f_h2-d_h2)f_h1+f_h2-d_h2+d_h2+f_h2×(f_h1-d_h2)f_h2+f_h1-d_h2=2×f_h1×f_h2-d_h2×d_h2f_h1+f_h2-d_h2]]>f_h=f_h1×f_h2f_h1+f_h2-d_h2]]>l_q1＝f_q2‑d_q2l_q1′=f_q1×l_q1f_q1+l_q1=f_q1×(f_q2-d_q2)f_q1+f_q2-d_q2]]>d_q1＝l_q1'l_q2＝f_q1‑d_q2l_q2′=f_q2×l_q2f_q2+l_q2=f_q2×(f_q1-d_q2)f_q2+f_q1-d_q2]]>d_h3＝l_q2'L_q=d_q1+d_q2+d_q3=f_q1×(f_q2-d_q2)f_q1+f_q2-d_q2+d_q2+f_q2×(f_q1-d_q2)f_q2+f_q1-d_q2=2×f_q1×f_q2-d_q2×d_q2f_q1+f_q2-d_q2]]>f_q=f_q1×f_q2f_q1+f_q2-d_q2]]>其中，f_h1为后负镜焦距，f_h2为后正镜焦距，l_h1为后负镜物距，l_h1’为后负镜像距，l_h2为后正镜物距，l_h2’为后正镜像距，d_h2为后组正负镜间隔，d_h1为光阑与后负镜间隔，d_h3为后正镜与像面间隔；L_h为后组镜总长度；f_q1为前正镜焦距，f_q2为前负镜焦距，l_q1为前正镜物距，l_q1’为前正镜像距，l_q2为前负镜物距，l_q2’为前负镜像距，d_q2为前组正负镜间隔，d_q1为物面与前正镜间隔，d_q3为前负镜与光阑间隔；L_q为前组镜总长度。...

【技术特征摘要】
1.双远心的哈特曼传感器连续变倍中继镜头，其特征在于，该镜头包括：前组镜和后组镜，前组镜和后组镜之间设定光阑；前组镜由前正镜和前负镜组成，后组镜由后正镜和后负镜组成，四片镜子从左至右依次为前正镜、前负镜、后正镜和后负镜；它们同光轴放置，物像共轭距离恒定，且满足：l_h1＝f_h2-d_h2d_h1＝l_h1'l_h2＝f_h1-d_h2d_h3＝l_h2'l_q1＝f_q2-d_q2d_q1＝l_q1'l_q2＝f_q1-d_q2d_q3＝l_q2'

【专利技术属性】
技术研发人员：王建立，李宏壮，王志臣，刘欣悦，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22