[發(fā)明專利]一種可見光/長波紅外寬波段共調(diào)焦光學(xué)成像系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110408145.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN102495474A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金偉其;林青;王霞;郭宏;張瑩昭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/10
• 分類號(hào): G02B27/10;G02B13/18;G02B13/14;G02B3/02;G02B1/11;G02B7/02;G02B7/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;高燕燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雙波段融合熱成像系統(tǒng)，具體涉及一種能同時(shí)在0.6μm～0.8μm、8μm～12μm雙波段成像的寬波段共調(diào)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，它主要用于手持式目標(biāo)探測和識(shí)別系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，在光電成像設(shè)備迅速發(fā)展的同時(shí)，軍事目標(biāo)的偽裝技術(shù)也不斷進(jìn)步，導(dǎo)致傳統(tǒng)的單一波段設(shè)備所能探測到的信息減弱，目標(biāo)的識(shí)別率下降，已經(jīng)不能滿足軍事目標(biāo)探測的需求。基于雙波段的光電成像系統(tǒng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

可見光與紅外探測器由于成像機(jī)理不同，兩者所反應(yīng)的目標(biāo)特征信息也不同。可見光圖像的場景細(xì)節(jié)豐富，但容易受到天氣和外界環(huán)境的干擾，采用CCD/CMOS成像器件和數(shù)字圖像處理技術(shù)之后，增強(qiáng)了觀察者在惡劣氣象環(huán)境下的觀察和識(shí)別效果，但對(duì)諸如軍事迷彩的探測和分辨能力仍然受到限制；熱圖像則呈現(xiàn)較好的熱對(duì)比度，受天氣和照明的影響小，具有穿透霧、靄、雨、雪且作用距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，有效地提高了人們發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的能力，提高了在全天候條件下的觀察能力，但其為目標(biāo)場景的紅外輻射圖像，與人眼視覺效果相差較大，部分影響了對(duì)目標(biāo)和場景的識(shí)別。顯然可見光成像和紅外成像具有明顯的互補(bǔ)性。近年來迅速發(fā)展的紅外與可見光的彩色融合技術(shù)有效地融合了兩者的優(yōu)勢(shì)，使人眼有效的感知各波段圖像的特征信息，提升對(duì)目標(biāo)與場景信息的探測識(shí)別精度。因此，同時(shí)融合了場景細(xì)節(jié)和熱目標(biāo)的可見光/紅外雙波段成像系統(tǒng)成為近期研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種可見光/長波紅外(VIS/LWIR)寬波段共調(diào)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的單一波段探測精度不高、雙波段雙鏡頭成像存在視差、可見光/長波紅外雙波段成像像差大、紅外系統(tǒng)存在熱差、雙波段共同調(diào)焦問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可見光/長波紅外寬波段共調(diào)焦光學(xué)成像系統(tǒng)，包括：寬光譜調(diào)焦窗口、分色片、長波紅外鏡組和可見光鏡組；寬光譜調(diào)焦窗口垂直水平光軸放置，分色片與水平光軸成45°；可見光鏡組水平放置，從寬光譜調(diào)焦窗口進(jìn)入的寬波段光線通過分色片的透射后經(jīng)過可見光鏡組成像在可見光傳感器上；

所述寬光譜調(diào)焦窗口為一片正光焦度的透鏡；長波紅外鏡組從物方到像方按順序依次由第一透鏡、第二透鏡、反射鏡和第三透鏡組成，第一透鏡的外緣作為第一光闌；反射鏡與分色片平行設(shè)置，從寬光譜調(diào)焦窗口進(jìn)入的寬波段光線中的紅外光線通過分色片的反射垂直入射到第一透鏡，紅外光線經(jīng)過第一透鏡、第二透鏡、反射鏡、第三透鏡成像在非制冷探測器上；

所述第二透鏡的第一面為二元面，二元面參數(shù)為：φ(r)＝-98.485r²+14.133r⁴-4.182r⁶，式中，r表示二元面徑向半徑；

所述第三透鏡的第二面為非球面，非球面系數(shù)為：A₄＝6.443700E-006，A₆＝1.764600E-008，A₈＝-2.751400E-011。

所述長波紅外鏡組中：

所述長波紅外鏡組中三個(gè)透鏡均鍍有8μm～12μm的增透膜；第一透鏡以GaSIR2為基底材料，第二透鏡以Ge為基底材料、反射鏡以玻璃為基底材料且對(duì)波段8μm～12μm的反射率大于92％，第三透鏡以GaSIR2為基底材料。

從物方到像方看各光學(xué)鏡之間的空氣間隔為-4.13mm、-17mm、17mm、12.15mm；寬光譜調(diào)焦窗口與分色片、以及分色片與第一透鏡的空氣間隔分別為28mm、-27mm；

第一透鏡～第三透鏡的厚度分別為-4mm、-3mm、7mm；

第一透鏡的第一面為曲率半徑-29.77mm的凸面，第二面為曲率半徑-34.99mm的凹面；第二透鏡的第一面為曲率半徑224.9mm的二元面，第二面為曲率半徑490mm的凸面；第三透鏡的第一面為曲率半徑18.03mm的凸面，第二面為曲率半徑23.17mm的非球面；

所述寬光譜調(diào)焦窗口的第一面為曲率半徑為418.8mm、厚度為5mm的凸面。其中，所述寬光譜調(diào)焦窗口材料選擇寬光譜硫化鋅，表面鍍雙波段減反膜材料。所述分色片的基底材料選用H-ZF7LA，透過率為T_{0.6μm-0.8μm}≥80％，反射率R_8μm-12μm≥90％。

在可見光透鏡組中：

從物方到像方按順序依次由可變光闌、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡和第九透鏡組成；