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大相对孔径紫外成像仪光学系统设计

崔穆涵 田志辉 周跃 章明朝 陈雪 李佳起 易翔宇

崔穆涵, 田志辉, 周跃, 章明朝, 陈雪, 李佳起, 易翔宇. 大相对孔径紫外成像仪光学系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2018, 11(2): 212-218. doi: 10.3788/CO.20181102.0212
引用本文: 崔穆涵, 田志辉, 周跃, 章明朝, 陈雪, 李佳起, 易翔宇. 大相对孔径紫外成像仪光学系统设计[J]. 中国光学(中英文), 2018, 11(2): 212-218. doi: 10.3788/CO.20181102.0212
CUI Mu-han, TIAN Zhi-hui, ZHOU Yue, ZHANG Ming-chao, CHEN Xue, LI Jia-qi, YI Xiang-yu. Design of large aperture ultraviolet optical system for ultraviolet camera[J]. Chinese Optics, 2018, 11(2): 212-218. doi: 10.3788/CO.20181102.0212
Citation: CUI Mu-han, TIAN Zhi-hui, ZHOU Yue, ZHANG Ming-chao, CHEN Xue, LI Jia-qi, YI Xiang-yu. Design of large aperture ultraviolet optical system for ultraviolet camera[J]. Chinese Optics, 2018, 11(2): 212-218. doi: 10.3788/CO.20181102.0212

大相对孔径紫外成像仪光学系统设计

doi: 10.3788/CO.20181102.0212
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 2012AAXXX707

详细信息
    作者简介:

    崔穆涵(1988-), 女, 吉林长春人, 博士, 助理研究员, 主要从事光学设计及光电测试方面的研究。E-mail:cuimuhan@cnepo.com.cn

    田志辉(1981—),男,吉林长春人,博士,副研究员,主要从事光学设计方面的研究。E-mail:tian-zhi-hui@163.com

  • 中图分类号: TH741

Design of large aperture ultraviolet optical system for ultraviolet camera

Funds: 

National High-tech R & D Program of China 2012AAXXX707

More Information
  • 摘要: 为解决目前大多数紫外成像仪存在的定位和指向精度差、色差较大、分辨率及光能利用率不足等问题,设计了一款高分辨率的大孔径消色差紫外光学系统。首先,根据电晕放电检测的应用需求,提出了紫外光学系统的总体设计。然后利用熔石英及氟化钙两种材料的不同色散特性,根据改进的双胶合透镜结构设计了一款大孔径的消色差紫外光学系统,并对该系统进行了公差分析。设计的紫外光学系统在全视场全探测范围内点列图均方根直径 < 0.08 mm,分辨率为20 lp/mm,满足电力行业中对电晕探测的需求。

     

  • 图 1  紫外光学系统结构图

    Figure 1.  Structure of ultraviolet optical system

    图 2  点列图

    Figure 2.  Spot diagram

    图 3  传递函数曲线

    Figure 3.  MTF curve

    图 4  紫外光学系统实物图

    Figure 4.  Ultraviolet optical system

    表  1  紫外成像仪通用技术指标

    Table  1.   General technical index of ultraviolet camera

    探测距离/m 角分辨率/(°) 视场角/(°)
    3~无穷远 ≤0.1 ≥6
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    表  2  紫外光学系统的优选设计指标

    Table  2.   Preferred design index of ultraviolet optical system

    工作谱段/nm 240~280
    通光孔径/mm 50
    工作距离/m 3~无穷远
    视场角/(°) ≤10
    焦距/mm ≈100
    弥散斑半径/mm ≤0.175
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    表  3  紫外光学系统设计结果

    Table  3.   Design results of ultraviolet optical system

    曲率半径/mm 厚度/间隔 材料 通光口径/mm
    光阑 55.833 9 15.327 6 氟化钙 50.098 9
    2 -48.895 5 0.171 3 50.801 2
    3 -48.278 1 3.000 0 熔石英 50.685 9
    4 -706.347 2 0.100 0 49.228 1
    5 35.386 8 15.488 7 氟化钙 46.787 0
    6 -57.736 0.100 3 45.416 1
    7 -57.555 5 3.000 0 熔石英 44.785 6
    8 55.226 6 5.921 3 37.784 4
    9 26.369 9 5.687 5 氟化钙 32.777 7
    10 16.284 4 36.193 4 26.673 4
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    表  4  最终制定的紫外光学系统公差

    Table  4.   Final ultraviolet optical system tolerance

    表面 元件加工公差 装配公差
    面形公差pv(λ) 半径公差(N) 厚度公差/mm 元件楔形/mm 间隔公差/mm 偏心公差/mm 倾斜公差/(′)
    1 0.25 2 0.05 0.05 0.05 2
    2 0.25 2 0.05
    3 0.25 2 0.05 0.05 0.05 2
    4 0.25 2 0.05
    5 0.25 2 0.05 0.05 0.05 2
    6 0.25 2 0.05
    7 0.25 2 0.05 0.05 0.05 2
    8 0.25 2 0.05
    9 0.25 2 0.05 0.05 0.05 2
    10 0.25 2 焦距调节
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    表  5  公差分析结果

    Table  5.   Results of tolerance analysis

    点列图均方根直径最佳值/mm 0.072 432 995
    点列图均方根直径最差值/mm 0.105 281 321
    点列图均方根直径平均值/mm 0.080 668 826
    90%均方根直径最大值/mm 0.087 272 107
    前焦距补偿量/mm 0.101 205
    后焦距补偿量/mm 0.065 814
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-13
  • 修回日期:  2017-12-13
  • 刊出日期:  2018-04-01

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