阅读说明：本技术 一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统 (Visible light, infrared dual-waveband of shortwave share aperture long focus optical system ) 是由 屈立辉 王芬 肖维军 陈秀秀 周宝藏 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统,所述光学系统包括公共镜组A、分光棱镜B、可见光镜组C以及短波红外镜组D,所述公共镜组A和分光棱镜B沿入射光路自左向右设置,分光棱镜B将来自公共镜组A的出射光分成两路,两路光路分别经过可见光镜组C和短波红外镜组D进行成像,所述公共镜组A、分光棱镜B以及可见光镜组C形成可见光光路；所述公共镜组A、分光棱镜B以及短波红外镜组D形成短波红外光路。该光学系统结构紧凑,可对目标分别同时进行可见光和短波红外双波段成像,两个波段光路具有相同的相对孔径和焦距,可实现全天候远距离目标高分辨率成像。(The invention relates to a visible light and short wave infrared dual-waveband hole-shared long-focus optical system, which comprises a common lens group A, a beam splitter prism B, a visible light lens group C and a short wave infrared lens group D, wherein the common lens group A and the beam splitter prism B are arranged from left to right along an incident light path, the beam splitter prism B divides emergent light from the common lens group A into two paths, the two paths of emergent light are imaged through the visible light lens group C and the short wave infrared lens group D respectively, and the common lens group A, the beam splitter prism B and the visible light lens group C form a visible light path; the common mirror group A, the beam splitter prism B and the short wave infrared mirror group D form a short wave infrared light path. The optical system has a compact structure, can simultaneously perform visible light and short wave infrared dual-band imaging on a target respectively, has the same relative aperture and focal length of two band light paths, and can realize all-weather long-distance target high-resolution imaging.)

一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统

技术领域：

本发明属于光电技术领域，尤其涉及一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统。

背景技术：

航空侦察是军事侦察的重要组成部分，可在短时间内获取宽正面、大纵深的情报，其中机载光电设备对地、海进行成像侦察，对目标的搜索、识别、跟踪具有重要作用。随着各类伪装技术的发展，目标侦察识别的难度也随之增大，单波段的成像侦察逐渐难以满足复杂的战场环境。为了满足不同的环境同时实现全天候的侦察，目前一般采用可见光与红外双波段光学系统。

可见光成像技术成熟，可以实现高分辨率探测，但易受到恶劣天气的影响且不适用于夜晚等弱光照环境；红外热成像技术通过被探测目标的红外辐射特性进行目标识别，具有抗干扰性、可全天候探测等优点，但其成像画面为红外辐射图像，与人眼的视觉感受相差较大，容易影响对目标的识别，而且红外材料大多造价昂贵，红外探测器需要致冷使得系统整体尺寸变大。

短波红外成像与可见光的灰度图像特征相似，成像对比度高，目标细节表达清晰，在目标识别方面，是红外热成像技术的重要补充。在大气辉光的夜视条件下，光子辐照度主要分布在1.0-1.8μm的短波红外波段范围内，这使得短波红外夜视成像具有显著的先天优势，且短波红外成像受大气散射作用小，透雾、霭、烟尘能力较强，有效探测距离远，对气候条件和战场环境的适应性明显优于可见光成像。在0.9-1.7μm波段内，军用激光光源技术成熟，使得短波红外InGaAs焦平面成像在隐秘主动成像应用中具有显著的对比优势。综上，可见光/短波红外双波段成像在航空侦察等军用领域具有广阔的应用前景。

发明内容

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本发明的目的在于提供一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统，结构紧凑、合理，可对目标分别同时进行可见光和短波红外双波段成像。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统，所述光学系统包括公共镜组A、分光棱镜B、可见光镜组C以及短波红外镜组D，所述公共镜组A和分光棱镜B沿入射光路自左向右设置，分光棱镜B将来自公共镜组A的出射光分成两路，两路光路分别经过可见光镜组C和短波红外镜组D进行成像，所述公共镜组A、分光棱镜B以及可见光镜组C形成可见光光路；所述公共镜组A、分光棱镜B以及短波红外镜组D形成短波红外光路。

进一步的，所述可见光光路和短波红外光路具有相同的相对孔径和焦距。

进一步的，所述公共镜组A包括从左往右依次设置的次反射镜A2和主反射镜A1；所述可见光镜组C位于分光棱镜B的后侧，可见光镜组C包括从左往右依次设置的正月牙透镜C1、正月牙透镜C2、负月牙透镜C3、可见光滤色片C4；所述短波红外镜组D位于分光棱镜B的上侧，短波红外镜组D包括从左往右依次设置的反射镜D1、负月牙透镜D2、正月牙透镜D3、双凸透镜D4、短波红外滤色片D5。

进一步的，所述主反射镜A1的反射面为中心开孔的二次曲面，所述次反射镜A2的反射面为二次曲面。

进一步的，所述主反射镜A1的二次曲线常数为-1.255，次反射镜A2的二次曲线常数为-3.821，主反射镜A1与次反射镜A2的间隔为155.0mm。

进一步的，所述主反射镜A1和次反射镜A2均采用K9玻璃材料。

进一步的，所述分光棱镜B的分光面镀有分光膜。

进一步的，所述反射镜D1为平面反射镜，其与系统光轴的夹角为45°。

进一步的，所述分光棱镜B与可见光镜组C的中心距离为27.0mm，分光棱镜B与短波红外镜组D的中心距离为32.3mm。

进一步的，在可见光镜组C中，所述正月牙透镜C1与正月牙透镜C2之间的空气间隔为0.14mm，所述正月牙透镜C2与负月牙透镜C3之间的空气间隔为1.33mm，所述负月牙透镜C3与可见光滤色片C4之间的空气间隔为26.00mm；在短波红外镜组D中，所述反射镜D1与负月牙透镜D2之间的空气间隔为19.82mm，所述负月牙透镜D2与正月牙透镜D3之间的空气间隔为0.74mm，所述正月牙透镜D3与双凸透镜D4之间的空气间隔为0.21mm，所述双凸透镜D4与短波红外滤色片D5的空气间隔为22.00mm。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：（1）该光学系统能对目标的可见光波段（0.4-0.9μm）和短波红外波段（0.9-1.7μm）同时成像，提高光能利用率，增强了系统的目标侦察能力；（2）双波段共有光路采用反射式光路结构，消除了色差特别是二级光谱对长焦系统的影响，有利于提高光学系统成像质量，同时有效地减小了系统的长度。

附图说明：

图1是本发明实施例的光路结构示意图。

图中：

A-公共镜组；A1-主反射镜；A2-次反射镜；B-分光棱镜；C-可见光镜组；C1-正月牙透镜；C2-正月牙透镜；C3-负月牙透镜；C4-可见光滤色片；D-短波红外镜组；D1-反射镜；D2-负月牙透镜；D3-正月牙透镜；D4-双凸透镜；D5-短波红外滤色片。

具体实施方式

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下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明一种可见光、短波红外双波段共孔径长焦光学系统，所述光学系统包括公共镜组A、分光棱镜B、可见光镜组C以及短波红外镜组D，所述公共镜组A和分光棱镜B沿入射光路自左向右设置，分光棱镜B将来自公共镜组A的出射光分成右侧和上侧两路，右侧和上侧两路光路分别经过可见光镜组C和短波红外镜组D进行同时成像，所述公共镜组A、分光棱镜B以及可见光镜组C形成可见光光路，由可见光探测器接收成像；所述公共镜组A、分光棱镜B以及短波红外镜组D形成短波红外光路，由短波红外探测器接收成像。通过对目标的可见光波段和短波红外波段同时成像，提高光能利用率，增强了系统的目标侦察能力；并且双波段共有光路采用反射式光路结构，消除了色差特别是二级光谱对长焦系统的影响，有利于提高光学系统成像质量，同时有效地减小了系统的长度。

本实施例中，所述可见光光路和短波红外光路具有相同的相对孔径和焦距，实现了对可见光（0.4-0.9μm）和短波红外（0.9-1.7μm）双波段的同时成像，提高了光能利用率。

本实施例中，所述公共镜组A包括从左往右依次设置的次反射镜A2和主反射镜A1；所述可见光镜组C位于分光棱镜B的后侧，可见光镜组C包括从左往右依次设置的正月牙透镜C1、正月牙透镜C2、负月牙透镜C3、可见光滤色片C4；所述短波红外镜组D位于分光棱镜B的上侧，短波红外镜组D包括从左往右依次设置的反射镜D1、负月牙透镜D2、正月牙透镜D3、双凸透镜D4、短波红外滤色片D5。

本实施例中，所述主反射镜A1的反射面为中心开孔的二次曲面，其中二次曲线常数为-1.255；所述次反射镜A2的反射面为二次曲面，其中二次曲线常数为-3.821。

本实施例中，所述主反射镜A1与次反射镜A2的间隔为155.0mm。

本实施例中，所述主反射镜A1和次反射镜A2均采用K9玻璃材料。

本实施例中，所述分光棱镜B的分光面镀有分光膜，实现可见光透过，同时反射短波红外光。

本实施例中，所述反射镜D1为平面反射镜，其与系统光轴的夹角为45°，对短波红外光路进行折转，减小了整个系统的尺寸。

本实施例中，所述分光棱镜B与可见光镜组C的中心距离为27.0mm，分光棱镜B与短波红外镜组D的中心距离为32.3mm。

本实施例中，在可见光镜组C中，所述正月牙透镜C1与正月牙透镜C2之间的空气间隔为0.14mm，所述正月牙透镜C2与负月牙透镜C3之间的空气间隔为1.33mm，所述负月牙透镜C3与可见光滤色片C4之间的空气间隔为26.00mm；在短波红外镜组D中，所述反射镜D1与负月牙透镜D2之间的空气间隔为19.82mm，所述负月牙透镜D2与正月牙透镜D3之间的空气间隔为0.74mm，所述正月牙透镜D3与双凸透镜D4之间的空气间隔为0.21mm，所述双凸透镜D4与短波红外滤色片D5的空气间隔为22.00mm。

本实施例中，所述可见光镜组C的各镜片需满足表1所示的参数要求。

表1 可见光镜组镜片C参数表：

本实施例中，所述短波红外镜组D的各镜片需满足表2所示的参数要求。

表2 短波红外镜组镜片参数表：

该光学系统焦距达750mm，相对孔径1/6.0，可见光波段调制传递函数空间频率达145lp/mm，短波红外波段调制传递函数空间频率达34lp/mm，双波段传递函数均接近衍射极限，成像优良，分辨率高，可实现全天候远距离目标探测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。