具有多个光学路径的仪器制造技术

具有多路径单片式的光学组件(1)的仪器，其由所述组件的两个相对面之间为透明材料的部分组成。组件的两个面中的一个由第一折射表面(S

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个光学路径的仪器本专利技术涉及一种包含有多路径单片式组件的具有多个光学路径的仪器，所述多路径单片式组件允许将入射光束划分为在各种方向中偏转的多个出射光束。许多成像和光谱分析应用需要具有平行地位于单个光学入瞳(entrancepupil)和单个图像传感器之间的多个光学路径。此配置可由对所使用光学系统的大小、使用容易度、其生产期间的组装节省和/或单价的约束来推动。的确，光学系统于是可以是整体式的、紧凑的，且容易朝向待成像和/或进行光谱分析的场景导引。此配置需要在单个图像传感器的表面上再现具有横向偏移的单个图像部分。如今，众所周知，此些图像偏移可以若干方式产生，确切地说，通过如文献WO2016/092236中所描述布置反射镜来产生。但此分束器基于反射镜的布置需要增加光学系统的尺寸。另一方法在于，在光学系统的光瞳中使用基于棱镜的分束器。这因而需要将分束器放置在光束以平面波到达的位置处，即，在系统的入瞳附近或焦外系统的出口处。在这些条件下，产生分束功能的组件必须针对每个光学系统专门设计，因为入瞳的直径取决于此光学系统的焦距，否则光学系统会由于添加焦外系统而变得庞大。在其中球面波束通过此分束器组件的情况下，光电检测器上产生的图像无法聚焦，因为含有这些图像中的每一个的表面与光电检测器的表面形成某一角度，且此角度在各图像之间不同。确切地说，由球面波(且因此，非平面波)照明的棱镜产生场曲率像差。这致使每个图像在其显著部分上的锐度降级。最后，另一解决方案将是，在球面波束的路径中使用彼此侧向偏移的透镜。以此方式，每个透镜的光功率可允许使最佳焦点平面更接近，且朝向光电检测器的表面中的单独区域定向已经通过不同透镜的光束。但为了获得足够的横向图像偏移，具有非零光功率的透镜的使用需要显著改变光学系统的物镜的焦距以维持光学系统的相同的总焦距。这另外还需要增加光学系统的产生球面波束的部分(即，物镜)的长度。这导致更大的体积，且需要具有较大直径的光学系统。因而，光学系统不再满足许多应用的紧凑性要求。在这些情形中，本专利技术的一个目标在于提出一种不具有前述缺点或减轻这些缺点的新的分束器。更确切地说，本专利技术旨在提供太长的焦距值和在所有光学路径共享的光电检测器的表面处二者重要的场曲率之间的较好折衷。本专利技术的另一目标是，提出一种具有多个光学路径和由其所有路径共享的单个图像传感器的仪器，其是紧凑的且容易操纵和校准。为了达到这些目标或其它目标中的至少一个，本专利技术的一方面提出一种具有多个光学路径的仪器，其具有由这些光学路径共享的视场，其中，光学路径平行地布置，每个光学路径在由光学路径共享的仪器的光学入口和同样由光学路径共享的矩阵光电检测器之间，其中，此矩阵光电检测器的一部分专用于与任何其它光学路径分开的每个光学路径。以此方式，由仪器在矩阵光电检测器上同时形成场景的若干图像：针对每个光学路径单独地形成一个图像。本专利技术仪器包括多路径单片式的光学组件，光学组件由材料为对所使用辐射透明的部分组成，其中，此部分包含在组件的两个面之间，每个面朝向与另一面相对的一侧转动，使得入射在两个面中的一个上的辐射通过在这两侧之间的部分且经由另一面退出。换句话说，本专利技术组件具有传输板配置。组件的两个面中的第一面由具有光轴的第一折射表面形成。组件的另一面(被称作第二面)本身包括在此第二面中并置而不重叠的若干第二折射表面。每个第二折射表面因而具有与每个其它第二折射表面分开的另一光轴，其中，这些第二折射表面中的至少一个的光轴相对于第一折射表面的光轴偏移。此外，第二折射表面分布在组件的第二面中使得通过第一折射表面的光线经由第二折射表面中的至多一个从组件退出，其中，每个第二折射表面因此与第一折射表面的相应部分形成与每个其它第二折射表面分开的用于传输的光学路径。多路径单片式的光学组件被布置成使得此组件的每个光学传输路径专用于仪器的其中一个光学路径。所述仪器进一步包括物镜和多路径检测模块，其中，物镜包括由检测模块的所有光学路径共享的至少一个透镜，所述检测模块包括光学组件和矩阵光电检测器，且耦合到物镜使得光学组件位于物镜的出瞳(exitpupil)中，且使得仪器的视场中所含的场景针对每个光学路径经由光学组件的物镜成像到矩阵光电检测器上。在符合本专利技术的仪器中，单片式的光学组件的第一折射表面的侧部可以是辐射光束到达的侧部，且此组件的第二折射表面的侧部可以是所有光学路径的相应辐射光束的退出侧。然而，在也符合本专利技术的其它仪器中，第二折射表面的侧部可相反地是辐射光束的到达侧，且第一折射表面的侧部因而是所有光学路径的辐射光束的退出侧。根据本专利技术的第一特征，单片式的光学组件的第一折射表面和每个第二折射表面的相应曲率值在第一折射表面和第二折射表面中的每一个的至少一个相应点处为非零的，使得第一折射表面和第二折射表面中的每一个单独地修改通过其中的辐射光束在对应于非零曲率的点处的会聚。并且，根据本专利技术的第二特征，第二折射表面光轴相对于第一折射表面的光轴偏移的单片式的光学组件的每个光学路径产生非零棱镜偏转功率，所述非零棱镜偏转功率对于由此光学路径在组件的两侧之间传输的辐射光束是有效的。并且，在组件的至少两个光学路径之间，棱镜偏转功率的值和定向中的至少一个是不同的。以此方式，本专利技术仪器中使用的多路径单片式的光学组件(下文中为简洁起见称为“光学组件”)可用作分束器。确切地说，入射在此光学组件的第一面或第二面上且对于所有光学路径来说为共同的光束可具有球面波，即，波阵面为球面部分的辐射光束。如果光学组件的第二折射表面中的一个具有等同于其中一个光学路径的第一折射表面的曲率的曲率，则组件具有对于此光学路径为零的光功率，但其仍可具有对于此同一光学路径不为零的棱镜偏转功率。优选地，光学组件的第一折射表面和每个第二折射表面的相应曲率值可使得此组件针对每个光学路径分别具有非零光功率，其对于由此光学路径在组件的两侧之间传输的辐射光束是有效的。以本领域技术人员已知的方式，光学组件的光功率对辐射光束的会聚或发散具有修改效应，其在组件的入口和出口之间是有效的。光功率是由与每个光线所通过的折射表面的曲率值相关联的光折射效应产生。光功率的原理不同于光学组件的棱镜偏转功率的原理。棱镜偏转功率是修改辐射光束的倾斜的效应，也在组件的入口和出口之间有效。棱镜偏转功率也是由光折射效应产生，但这是在与并非彼此平行的折射表面的中平面组合的情况下。在本专利技术仪器的光学组件中，对于相对于第一折射表面的光轴横向偏移的光学路径中的至少一个，所述光学路径的第二折射表面的中平面可与针对其对于同一光学路径有效的部分中的第一折射表面确定的中平面形成非零角度。棱镜偏转功率因而是由中分面之间的此角度差产生，且相关光学路径中的组件的非零光功率值是由此路径内部第一折射表面和第二折射表面之间的曲率差产生。光学组件可因此针对相对于第一折射表面的光轴偏移的每个光学路径组合非零光功率和非零棱镜偏转功率。利用此组合，针对每个光学路径达到对于并入有组件的成像系统不太长的焦距值和在由所有光学路径共享的图像平面中不太重要的场曲率之间的折衷。由于此最后特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有多个光学路径的仪器(100)，其具有由所述光学路径共享的视场，其中，所述光学路径平行地布置，每个光学路径在由所述光学路径共享的仪器的光学入口(E

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181219 FR 18732921.具有多个光学路径的仪器(100)，其具有由所述光学路径共享的视场，其中，所述光学路径平行地布置，每个光学路径在由所述光学路径共享的仪器的光学入口(E20)和同样由所述光学路径共享的矩阵光电检测器(14)之间，其中，所述矩阵光电检测器的一部分(14a、14b、…)专用于与任何其它光学路径分开的每个光学路径，其中，
所述仪器(100)包括多路径单片式的光学组件(1)，光学组件由材料为对所使用辐射透明的部分组成，所述部分包含在组件的两个面之间，每个面朝向与另一面相对的一侧转动，使得入射在所述两个面中的一个上的辐射通过在两侧之间的部分且经由另一面退出，
组件(1)的两个面中的第一面由具有光轴(A1)的第一折射表面(S1)形成，
组件(1)的另一面被称作第二面，第二面包括在所述第二面中并置而不重叠的若干第二折射表面(S2)，每个第二折射表面具有与每个其它第二折射表面分开的另一光轴(A2)，其中，所述第二折射表面中的至少一个的光轴相对于所述第一折射表面(S1)的光轴(A1)偏移，
所述第二折射表面(S2)分布在组件(1)的第二面中使得通过所述第一折射表面(S1)的光线经由所述第二折射表面中的至多一个从组件退出，每个第二折射表面因此与所述第一折射表面的相应部分形成与每个其它第二折射表面分开的用于传输的光学路径，
组件(1)的第一折射表面(S1)和每个第二折射表面(S2)的相应曲率值在所述第一折射表面和第二折射表面中的每一个的至少一个相应点处为非零的，使得所述第一折射表面和第二折射表面中的每一个单独地修改通过所述第一折射表面或第二折射表面的辐射光束在对应于非零曲率的点处的会聚，
所述第二折射表面(S2)的光轴(A2)相对于所述第一折射表面(S1)的光轴(A1)偏移的光学组件(1)的每个光学路径产生非零棱镜偏转功率，所述非零棱镜偏转功率对于由所述光学路径在组件的两侧之间传输的辐射光束同样有效，且在组件的至少两个光学路径之间，所述棱镜偏转功率的值和定向中的至少一个是不同的，
多路径单片式的光学组件(1)被布置成使得所述组件的每个光学传输路径专用于所述仪器(100)的其中一个光学路径，
所述仪器(100)进一步包括物镜(20)和具有多个光学路径(1a、1b、…)的检测模块(10)，所述物镜包括由所述检测模块的所有光学路径共享的至少一个透镜(21-23)，所述检测模块包括所述光学组件(1)和所述矩阵光电检测器(14)，且耦合到所述物镜使得所述光学组件位于所述物镜的出瞳中，且使得所述仪器的视场中所含的场景针对每个光学路径经由所述光学组件的物镜成像到所述矩阵光电检测器上。


2.根据权利要求1所述的仪器(100)，其特征在于，单片式的光学组件(1)的第一折射表面(S1)和每个第二折射表面(S2)的相应曲率值使得所述组件针对每个光学路径分别具有非零光功率，所述非零光功率对于由所述光学路径在组件的两侧之间传输的辐射光束是有效的。


3.根据权利要求1或2所述的仪器(100)，其特征在于，单片式的光学组件(1)的第一折射表面(S1)和第二折射表面(S2)中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：古伊劳姆·德鲁阿尔特，弗洛伦斯·德·拉·巴里埃雷，
申请(专利权)人：国家航空航天研究所，
类型：发明
国别省市：法国;FR