本發(fā)明屬于光學(xué)鏡頭，涉及一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及無人機(jī)應(yīng)用場景的復(fù)雜化，無人機(jī)上搭載的光學(xué)載荷系統(tǒng)因其具有探測范圍廣、探測方式隱蔽、并可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全天候的追蹤與探測等獨(dú)特的優(yōu)勢，其上搭載的光學(xué)載荷系統(tǒng)成為對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別探測的重要設(shè)備，因此隨著其應(yīng)用場景的變化，其搭載的光學(xué)系統(tǒng)也要能適應(yīng)環(huán)境的變化；現(xiàn)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(tǒng)，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(qiáng)，成像效果好，為了在這兩種環(huán)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(xué)系統(tǒng)。

2、目前大多數(shù)雙波段光學(xué)系統(tǒng)采用分光路設(shè)計(jì)模式，且同時(shí)采用兩個(gè)波段的探測器進(jìn)行接收，此種方法不僅會(huì)加大設(shè)計(jì)難度、增加光學(xué)系統(tǒng)體積重量，還會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)波段的系統(tǒng)信息采集不一致的問題；而雙波段共孔徑的集成光學(xué)系統(tǒng)則是使兩個(gè)波段系統(tǒng)同時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行成像，保證了在對(duì)目標(biāo)探測時(shí)空間和時(shí)間上的一致性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(duì)目標(biāo)進(jìn)行全天候的追蹤與探測。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)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(jīng)第一透鏡組入射到分光棱鏡組，經(jīng)分光棱鏡組透射的短波紅外光再經(jīng)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(jīng)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(shè)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(fù)光焦度的彎月鏡，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡均像側(cè)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(shè)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(shè)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(shè)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(cè)面曲率半徑r11為59.6mm~65.3mm，像側(cè)面曲率半徑r12為779.1mm?~801.5mm；第二透鏡的物側(cè)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(cè)面曲率半徑r32為477.5mm~496.6mm；第四透鏡的物側(cè)面曲率半徑r41為-499.1mm?~-483.3mm，像側(cè)面曲率半徑r42為39.2mm~48.8mm；第五透鏡的物側(cè)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(cè)面曲率半徑r62為-213.2mm~-199.8?mm；第七透鏡的物側(cè)面曲率半徑r71為-45.2mm~-36.5mm，像側(cè)面曲率半徑169.9mm?~183.3mm；第八透鏡的物側(cè)面曲率半徑r81為180.4mm~201.1mm，像側(cè)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(jìn)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(shù)為64.2~78.5，第二透鏡的阿貝常數(shù)為43.8~53.6，第三透鏡的阿貝常數(shù)為76.5~85.7，第四透鏡的阿貝常數(shù)為51.5~60.6，第五透鏡的阿貝常數(shù)為63.3~72.6，第六透鏡的阿貝常數(shù)為50.1~59.8；第七透鏡的阿貝常數(shù)為48.2~57.5，第八透鏡的阿貝常數(shù)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(shù)為62.2~66.5；第二濾光片的折射率為1.4~1.8，阿貝常數(shù)為61.3~67.2。

12、有益效果：本發(fā)明將波段分為可見光波段和短波紅外波段兩條光路；光學(xué)系統(tǒng)前端公共部分能夠同時(shí)透射短波紅外和可見光，公共部分的結(jié)構(gòu)簡單，透鏡數(shù)量少，保證高透過率；在公共部分的設(shè)計(jì)過程中減少了像差，給分光后的透鏡設(shè)計(jì)降低了難度，共采用8片鏡片，使得光學(xué)系統(tǒng)體積較小，成本較低。

技術(shù)特征：

1.一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(jīng)第一透鏡組入射到分光棱鏡組，經(jīng)分光棱鏡組透射的短波紅外光再經(jīng)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(jīng)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(shè)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(fù)光焦度的彎月鏡，第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡均像側(cè)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(shè)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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求2所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一透鏡的物側(cè)面曲率半徑r11為59.6mm~65.3mm，像側(cè)面曲率半徑r12為779.1mm?~801.5mm；第二透鏡的物側(cè)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(cè)面曲率半徑r32為477.5mm~496.6mm；第四透鏡的物側(cè)面曲率半徑r41為-499.1mm?~-483.3mm，像側(cè)面曲率半徑r42為39.2mm~48.8mm；第五透鏡的物側(cè)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(cè)面曲率半徑r62為-213.2mm~-199.8mm；第七透鏡的物側(cè)面曲率半徑r71為-45.2mm~-36.5mm，像側(cè)面曲率半徑169.9mm?~183.3mm；第八透鏡的物側(cè)面曲率半徑r81為180.4mm~201.1mm，像側(cè)面曲率半徑r82為-55.1mm~-36.9mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一透鏡的阿貝常數(shù)為64.2~78.5，第二透鏡的阿貝常數(shù)為43.8~53.6，第三透鏡的阿貝常數(shù)為76.5~85.7，第四透鏡的阿貝常數(shù)為51.5~60.6，第五透鏡的阿貝常數(shù)為63.3~72.6，第六透鏡的阿貝常數(shù)為50.1~59.8；第七透鏡的阿貝常數(shù)為48.2~57.5，第八透鏡的阿貝常數(shù)為37.4~46.9。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，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(shù)為62.2~66.5；第二濾光片的折射率為1.4~1.8，阿貝常數(shù)為61.3~67.2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光學(xué)鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可見光、短波紅外雙波段共口徑集成光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(jīng)第一透鏡組入射到分光棱鏡組，經(jīng)分光棱鏡組透射的短波紅外光再經(jīng)第二透鏡組和第一濾光片F(xiàn)1成像在第一成像探測器上，反射的可見光再經(jīng)第三透鏡組和第二濾光片成像在第二成像探測器上。本發(fā)明將波段分為可見光波段和短波紅外波段兩條光路；光學(xué)系統(tǒng)前端公共部分能夠同時(shí)透射短波紅外和可見光，結(jié)構(gòu)簡單，透鏡數(shù)量少，體積較小，成本較低，能保證高透過率。

技術(shù)研發(fā)人員：張聰,趙陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春通視光電技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21