[发明专利]一种可见光/长波红外宽波段共调焦光学成像系统

说明书

技术领域

本发明属于双波段融合热成像系统，具体涉及一种能同时在0.6μm～0.8μm、8μm～12μm双波段成像的宽波段共调焦光学成像系统，它主要用于手持式目标探测和识别系统。

背景技术

近年来，在光电成像设备迅速发展的同时，军事目标的伪装技术也不断进步，导致传统的单一波段设备所能探测到的信息减弱，目标的识别率下降，已经不能满足军事目标探测的需求。基于双波段的光电成像系统成为国内外研究的热点。

可见光与红外探测器由于成像机理不同，两者所反应的目标特征信息也不同。可见光图像的场景细节丰富，但容易受到天气和外界环境的干扰，采用CCD/CMOS成像器件和数字图像处理技术之后，增强了观察者在恶劣气象环境下的观察和识别效果，但对诸如军事迷彩的探测和分辨能力仍然受到限制；热图像则呈现较好的热对比度，受天气和照明的影响小，具有穿透雾、霭、雨、雪且作用距离远的优势，有效地提高了人们发现目标的能力，提高了在全天候条件下的观察能力，但其为目标场景的红外辐射图像，与人眼视觉效果相差较大，部分影响了对目标和场景的识别。显然可见光成像和红外成像具有明显的互补性。近年来迅速发展的红外与可见光的彩色融合技术有效地融合了两者的优势，使人眼有效的感知各波段图像的特征信息，提升对目标与场景信息的探测识别精度。因此，同时融合了场景细节和热目标的可见光/红外双波段成像系统成为近期研究的热点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可见光/长波红外(VIS/LWIR)宽波段共调焦光学成像系统，解决现有的单一波段探测精度不高、双波段双镜头成像存在视差、可见光/长波红外双波段成像像差大、红外系统存在热差、双波段共同调焦问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可见光/长波红外宽波段共调焦光学成像系统，包括：宽光谱调焦窗口、分色片、长波红外镜组和可见光镜组；宽光谱调焦窗口垂直水平光轴放置，分色片与水平光轴成45°；可见光镜组水平放置，从宽光谱调焦窗口进入的宽波段光线通过分色片的透射后经过可见光镜组成像在可见光传感器上；

所述宽光谱调焦窗口为一片正光焦度的透镜；长波红外镜组从物方到像方按顺序依次由第一透镜、第二透镜、反射镜和第三透镜组成，第一透镜的外缘作为第一光阑；反射镜与分色片平行设置，从宽光谱调焦窗口进入的宽波段光线中的红外光线通过分色片的反射垂直入射到第一透镜，红外光线经过第一透镜、第二透镜、反射镜、第三透镜成像在非制冷探测器上；

所述第二透镜的第一面为二元面，二元面参数为：φ(r)＝-98.485r²+14.133r⁴-4.182r⁶，式中，r表示二元面径向半径；

所述第三透镜的第二面为非球面，非球面系数为：A₄＝6.443700E-006，A₆＝1.764600E-008，A₈＝-2.751400E-011。

所述长波红外镜组中：

所述长波红外镜组中三个透镜均镀有8μm～12μm的增透膜；第一透镜以GaSIR2为基底材料，第二透镜以Ge为基底材料、反射镜以玻璃为基底材料且对波段8μm～12μm的反射率大于92％，第三透镜以GaSIR2为基底材料。

从物方到像方看各光学镜之间的空气间隔为-4.13mm、-17mm、17mm、12.15mm；宽光谱调焦窗口与分色片、以及分色片与第一透镜的空气间隔分别为28mm、-27mm；

第一透镜～第三透镜的厚度分别为-4mm、-3mm、7mm；

第一透镜的第一面为曲率半径-29.77mm的凸面，第二面为曲率半径-34.99mm的凹面；第二透镜的第一面为曲率半径224.9mm的二元面，第二面为曲率半径490mm的凸面；第三透镜的第一面为曲率半径18.03mm的凸面，第二面为曲率半径23.17mm的非球面；

所述宽光谱调焦窗口的第一面为曲率半径为418.8mm、厚度为5mm的凸面。其中，所述宽光谱调焦窗口材料选择宽光谱硫化锌，表面镀双波段减反膜材料。所述分色片的基底材料选用H-ZF7LA，透过率为T_{0.6μm-0.8μm}≥80％，反射率R_8μm-12μm≥90％。

在可见光透镜组中：

从物方到像方按顺序依次由可变光阑、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜、第八透镜和第九透镜组成；