本發明屬于光學鏡頭,涉及一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統。
背景技術:
1、伴隨著現代科學技術的發展以及無人機應用場景的復雜化,無人機上搭載的光學載荷系統因其具有探測范圍廣、探測方式隱蔽、并可對目標進行全天候的追蹤與探測等獨特的優勢,其上搭載的光學載荷系統成為對目標進行識別探測的重要設備,因此隨著其應用場景的變化,其搭載的光學系統也要能適應環境的變化;現有的光電觀察儀器要求在白天晴朗天氣或有霧天氣都能使用,一般來說,在白天晴朗天氣,可見光成像系統,使用效果好,但是在白天有霧天氣,成像效果不佳,僅使用可見光波段成像不能滿足使用要求,而在這種情況下,短波紅外波段透霧能力較強,成像效果好,為了在這兩種環境中都有較好的觀察使用效果,采用可見光、短波紅外雙波段成像光學系統。
2、目前大多數雙波段光學系統采用分光路設計模式,且同時采用兩個波段的探測器進行接收,此種方法不僅會加大設計難度、增加光學系統體積重量,還會導致兩個波段的系統信息采集不一致的問題;而雙波段共孔徑的集成光學系統則是使兩個波段系統同時對目標進行成像,保證了在對目標探測時空間和時間上的一致性。
技術實現思路
1、本發明要解決的技術問題是提供一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,該系統在白天晴朗天氣和白天有霧天氣都有較好的觀察效果,可對目標進行全天候的追蹤與探測。
2、為了解決上述技術問題,本發明的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統包括第一透鏡組、分光棱鏡組、第二透鏡組,第一濾光片,第一成像探測器,第三透鏡組,第二濾光片,第二成像探測器;光線經第一透鏡組入射到分光棱鏡組,經分光棱鏡組透射的短波紅外光再經第二透鏡組和第一濾光片成像在第一成像探測器上,反射的可見光再經第三透鏡組和第二濾光片成像在第二成像探測器上;所述的第一透鏡組由沿主光軸光線傳輸方向依次設置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第四透鏡組成,各透鏡表面均為球面;第一透鏡和第三透鏡為正光焦度的彎月鏡,第二透鏡為負光焦度的彎月鏡,第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡均像側面為凹面;第四透鏡為雙凹透鏡;第三透鏡與第二透鏡為膠合透鏡;所述的第二透鏡組由沿主光軸光線傳輸方向依次設置的第五透鏡和第六透鏡組成,第五透鏡與第六透鏡為膠合透鏡,第五透鏡為雙凹透鏡,第六透鏡為雙凸透鏡;所述的第三透鏡組由沿垂直于主光軸的光線傳輸方向依次設置的第七透鏡和第八透鏡組成;第七透鏡為雙凹透鏡,第八透鏡為雙凸透鏡。
3、所述的第一透鏡的焦距為101.3mm~145.5mm,第二透鏡與第三透鏡組成的膠合鏡的焦距為157.8mm~189.7mm,第四透鏡的焦距為-79.4mm?~-56.2mm;第五透鏡與第六透鏡組成的膠合鏡的焦距為-369.3mm~-311.2?mm;第七透鏡的焦距為-60.9mm?~-29.8?mm,第八透鏡的焦距為38.5mm~61.1mm。
4、所述的第一透鏡與第二透鏡的空氣間隔為0.1mm~0.5mm,第三透鏡與第四透鏡的空氣間隔為2.2mm~3.9mm;第四透鏡與分光棱鏡組的空氣間隔為123.2mm~135.4mm;分光棱鏡組與第五透鏡的空氣間隔為7mm~12mm;第六透鏡與第一濾光片的空氣間隔為18.2mm~24.3mm,第一濾光片到第一成像探測器的成像面的空氣間隔為1.1mm~4.5mm;分光棱鏡組與第七透鏡的空氣間隔為8mm~12mm;第七透鏡與第八透鏡的空氣間隔為0.6mm~1.5mm;第八透鏡與第二濾光片的空氣間隔為0.8mm~3.2mm,第二濾光片與第二成像探測器的成像面的空氣間隔為18.6mm~23.5mm。
5、所述的分光棱鏡組由前直角棱鏡和后直角棱鏡的45°斜面貼合在一起組成,且兩者的貼合面設置有分光膜;前直角棱鏡和后直角棱鏡邊厚為32mm~42mm;分光膜為短波紅外高透、可見光高反的分光膜。
6、所述第一透鏡的物側面曲率半徑r11為59.6mm~65.3mm,像側面曲率半徑r12為779.1mm?~801.5mm;第二透鏡的物側面曲率半徑r21為49.2mm~56.4mm,膠合面曲率半徑r22為26.2mm?~35.3?mm,第三透鏡的像側面曲率半徑r32為477.5mm~496.6mm;第四透鏡的物側面曲率半徑r41為-499.1mm?~-483.3mm,像側面曲率半徑r42為39.2mm~48.8mm;第五透鏡的物側面曲率半徑r51為-80.2?mm?~-71.5mm,膠合面曲率半徑r52為20.4mm?~29.8?mm,第六透鏡的像側面曲率半徑r62為-213.2mm~-199.8?mm;第七透鏡的物側面曲率半徑r71為-45.2mm~-36.5mm,像側面曲率半徑169.9mm?~183.3mm;第八透鏡的物側面曲率半徑r81為180.4mm~201.1mm,像側面曲率半徑r82為-55.1mm~-36.9mm。
7、所述的第一透鏡的中心厚度為7mm~12mm,第二透鏡的中心厚度為6mm~11mm,第三透鏡的中心厚度為6.5mm~9.5mm,第四透鏡的中心厚度為1mm~6mm;第五透鏡的中心厚度為1.5mm~4mm,?第六透鏡的中心厚度為1.5mm~6mm;第七透鏡的中心厚度為1mm~7mm,第八透鏡的中心厚度為3mm~7mm。
8、進一步,所述第一濾光片的厚度為0.1mm~0.6mm;第二濾光片的厚度為1mm~4mm。
9、所述的第一透鏡的折射率為1.2~1.9,第二透鏡的折射率為1.3~2.1,第三透鏡的折射率為1.1~1.8,第四透鏡的折射率為1.2~2.1;第五透鏡的折射率為1.3~2.0,第六透鏡的折射率為1.2~2.1;第七透鏡的折射率為1.4~2.3,第八透鏡的折射率為1.5~2.4。
10、所述的第一透鏡的阿貝常數為64.2~78.5,第二透鏡的阿貝常數為43.8~53.6,第三透鏡的阿貝常數為76.5~85.7,第四透鏡的阿貝常數為51.5~60.6,第五透鏡的阿貝常數為63.3~72.6,第六透鏡的阿貝常數為50.1~59.8;第七透鏡的阿貝常數為48.2~57.5,第八透鏡的阿貝常數為37.4~46.9。
11、所述第一濾光片的折射率為1.3~1.7,阿貝常數為62.2~66.5;第二濾光片的折射率為1.4~1.8,阿貝常數為61.3~67.2。
12、有益效果:本發明將波段分為可見光波段和短波紅外波段兩條光路;光學系統前端公共部分能夠同時透射短波紅外和可見光,公共部分的結構簡單,透鏡數量少,保證高透過率;在公共部分的設計過程中減少了像差,給分光后的透鏡設計降低了難度,共采用8片鏡片,使得光學系統體積較小,成本較低。
1.一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于包括第一透鏡組、分光棱鏡組、第二透鏡組,第一濾光片(f1),第一成像探測器(i1),第三透鏡組,第二濾光片(f2),第二成像探測器(i2);光線經第一透鏡組入射到分光棱鏡組,經分光棱鏡組透射的短波紅外光再經第二透鏡組和第一濾光片成像在第一成像探測器上,反射的可見光再經第三透鏡組和第二濾光片成像在第二成像探測器上;所述的第一透鏡組由沿主光軸光線傳輸方向依次設置的第一透鏡(l1)、第二透鏡(l2)、第三透鏡(l3)和第四透鏡(l4)組成,各透鏡表面均為球面;第一透鏡和第三透鏡為正光焦度的彎月鏡,第二透鏡為負光焦度的彎月鏡,第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡均像側面為凹面;第四透鏡為雙凹透鏡;第三透鏡與第二透鏡為膠合透鏡;所述的第二透鏡組由沿主光軸光線傳輸方向依次設置的第五透鏡(l5)和第六透鏡(l6)組成,第五透鏡與第六透鏡為膠合透鏡,第五透鏡為雙凹透鏡,第六透鏡為雙凸透鏡;所述的第三透鏡組由沿垂直于主光軸的光線傳輸方向依次設置的第七透鏡(l7)和第八透鏡(l8)組成;第七透鏡為雙凹透鏡,第八透鏡為雙凸透鏡。
2.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述的第一透鏡的焦距為101.3mm~145.5mm,第二透鏡與第三透鏡組成的膠合鏡的焦距為157.8mm~189.7mm,第四透鏡的焦距為-79.4mm?~-56.2mm;第五透鏡與第六透鏡組成的膠合鏡的焦距為-369.3mm?~-311.2?mm;第七透鏡的焦距為-60.9mm?~-29.8mm,第八透鏡的焦距為38.5mm~61.1mm。
3.根據權利要求2所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述的第一透鏡與第二透鏡的空氣間隔為0.1mm~0.5mm,第三透鏡與第四透鏡的空氣間隔為2.2mm~3.9mm;第四透鏡與分光棱鏡組的空氣間隔為123.2mm~135.4mm;分光棱鏡組與第五透鏡的空氣間隔為7mm~12mm;第六透鏡與第一濾光片的空氣間隔為18.2mm~24.3mm,第一濾光片到第一成像探測器的成像面的空氣間隔為1.1mm~4.5mm;分光棱鏡組與第七透鏡的空氣間隔為8mm~12mm;第七透鏡與第八透鏡的空氣間隔為0.6mm~1.5mm;第八透鏡與第二濾光片的空氣間隔為0.8mm~3.2mm,第二濾光片與第二成像探測器的成像面的空氣間隔為18.6mm~23.5mm。
4.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述的分光棱鏡組由前直角棱鏡和后直角棱鏡的45°斜面貼合在一起組成,且兩者的貼合面設置有分光膜;前直角棱鏡和后直角棱鏡邊厚為32mm~42mm;分光膜為短波紅外高透、可見光高反的分光膜。
5.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述第一透鏡的物側面曲率半徑r11為59.6mm~65.3mm,像側面曲率半徑r12為779.1mm?~801.5mm;第二透鏡的物側面曲率半徑r21為49.2mm~56.4mm,膠合面曲率半徑r22為26.2mm~35.3?mm,第三透鏡的像側面曲率半徑r32為477.5mm~496.6mm;第四透鏡的物側面曲率半徑r41為-499.1mm?~-483.3mm,像側面曲率半徑r42為39.2mm~48.8mm;第五透鏡的物側面曲率半徑r51為-80.2mm?~-71.5mm,膠合面曲率半徑r52為20.4mm?~29.8?mm,第六透鏡的像側面曲率半徑r62為-213.2mm~-199.8mm;第七透鏡的物側面曲率半徑r71為-45.2mm~-36.5mm,像側面曲率半徑169.9mm?~183.3mm;第八透鏡的物側面曲率半徑r81為180.4mm~201.1mm,像側面曲率半徑r82為-55.1mm~-36.9mm。
6.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述的第一透鏡的中心厚度為7mm~12mm,第二透鏡的中心厚度為6mm~11mm,第三透鏡的中心厚度為6.5mm~9.5mm,第四透鏡的中心厚度為1mm~6mm;第五透鏡的中心厚度為1.5mm~4mm,第六透鏡的中心厚度為1.5mm~6mm;第七透鏡的中心厚度為1mm~7mm,第八透鏡的中心厚度為3mm~7mm。
7.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述第一濾光片的厚度為0.1mm~0.6mm;第二濾光片的厚度為1mm~4mm。
8.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述的第一透鏡的折射率為1.2~1.9,第二透鏡的折射率為1.3~2.1,第三透鏡的折射率為1.1~1.8,第四透鏡的折射率為1.2~2.1;第五透鏡的折射率為1.3~2.0,第六透鏡的折射率為1.2~2.1;第七透鏡的折射率為1.4~2.3,第八透鏡的折射率為1.5~2.4。
9.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述的第一透鏡的阿貝常數為64.2~78.5,第二透鏡的阿貝常數為43.8~53.6,第三透鏡的阿貝常數為76.5~85.7,第四透鏡的阿貝常數為51.5~60.6,第五透鏡的阿貝常數為63.3~72.6,第六透鏡的阿貝常數為50.1~59.8;第七透鏡的阿貝常數為48.2~57.5,第八透鏡的阿貝常數為37.4~46.9。
10.根據權利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學系統,其特征在于所述第一濾光片的折射率為1.3~1.7,阿貝常數為62.2~66.5;第二濾光片的折射率為1.4~1.8,阿貝常數為61.3~67.2。