專利名稱：：折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種探測(cè)識(shí)別目標(biāo)的雙波段凝視成像系統(tǒng)。技術(shù)背景為了能夠在復(fù)雜的背景中探測(cè)識(shí)別目標(biāo)，或者對(duì)遠(yuǎn)距離的弱小目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)識(shí)別，可以采用雙波段或多波段的成像系統(tǒng)?？紤]到系統(tǒng)的能量利用效率和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性，通常采用雙波段凝視成像系統(tǒng)，雙波段一般指可見光波段與紅外光波段。目前已知的可見光與紅外光雙波段成像系統(tǒng)多利用卡賽格林兩鏡系統(tǒng)作為主成像系統(tǒng)，在像空間加45。放置的平行平板進(jìn)行分光，此方案的優(yōu)點(diǎn)是分光元件的鍍膜加工相對(duì)容易，但其缺點(diǎn)是系統(tǒng)的視場(chǎng)一般較小，通常在1。以內(nèi)。如果采用離軸三反系統(tǒng)，可以獲得較大的視場(chǎng)，但系統(tǒng)的加工與裝調(diào)難度會(huì)大大增加。因此，如何在現(xiàn)有加工與裝調(diào)工藝條件下，設(shè)計(jì)出視場(chǎng)相對(duì)較大(與反射成像系統(tǒng)相比)的可見光與紅外光雙波段凝視成像系統(tǒng)具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決在不增加系統(tǒng)裝調(diào)難度情況下可見光與紅外光雙波段凝視成像系統(tǒng)中視場(chǎng)較小的問(wèn)題，而提供了一種折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)。本發(fā)明的折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，它由全反射系統(tǒng)、折射系統(tǒng)和冷光闌組成；所述的全反射系統(tǒng)由第一反射鏡、第二反射鏡和鍍膜透鏡組成，第一反射鏡、第二反射鏡和鍍膜透鏡同軸設(shè)置，第一反射鏡中心開孔，全波段光束在第一反射鏡、第二反射鏡間反射，經(jīng)過(guò)反射的全波段光束通過(guò)第一反射鏡的中心開孔后經(jīng)鍍膜透鏡分光，其中，可見光波段光束被反射回全反射系統(tǒng)，在全反射系統(tǒng)前方得到第一像面；所述的折射系統(tǒng)由第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡組成，全波段光束經(jīng)鍍膜透鏡分光后，透過(guò)鍍膜透鏡的紅外光波段光束進(jìn)入折射系統(tǒng)，通過(guò)第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡折射后，在冷光闌(可遮擋鏡筒壁熱輻射，有效降低系統(tǒng)噪聲)后方得到第二像面。本發(fā)明提出了一種基于同軸兩鏡三反成像系統(tǒng)的雙波段凝視成像系統(tǒng)，采用鍍膜透鏡取代了傳統(tǒng)的平行平板進(jìn)行分光；本發(fā)明采用帶有冷光闌的折反混合二次成像系統(tǒng)。本發(fā)明在不增加系統(tǒng)裝調(diào)難度的情況下，采用同軸兩鏡三反成像系統(tǒng)獲得了視場(chǎng)為土r(視場(chǎng)范圍為2°)的相對(duì)較大的視場(chǎng)(與卡賽格林兩鏡系統(tǒng)相比)；同時(shí)采用鍍膜透鏡實(shí)現(xiàn)分光，具有分光效率高、系統(tǒng)成像質(zhì)量?jī)?yōu)良和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，而帶有冷光闌的折反混合二次成像系統(tǒng)有效提高了紅外光凝視成像系統(tǒng)探測(cè)與成像的靈敏度。圖1為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的光路圖，圖2為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)可見光波段的傳遞函數(shù)曲線圖，圖3為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)可見光波段的圓包圍能量曲線圖，圖4為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)紅外光波段的傳遞函數(shù)曲線圖，圖5為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)紅外光波段的圓包圍能量曲線圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式由全反射系統(tǒng)12、折射系統(tǒng)13和冷光闌9組成；所述的全反射系統(tǒng)12由第一反射鏡2、第二反射鏡1和鍍膜透鏡3組成，第一反射鏡2、第二反射鏡1和鍍膜透鏡3同軸設(shè)置，第一反射鏡2中心開孔2-1，全波段光束在第一反射鏡2、第二反射鏡1間反射，經(jīng)過(guò)反射的全波段光束通過(guò)第一反射鏡2的中心開孔2-l后經(jīng)鍍膜透鏡3分光，其中，可見光波段光束被反射回全反射系統(tǒng)12，在全反射系統(tǒng)12前方得到第一像面11;所述的折射系統(tǒng)13由第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6、第四透鏡7、第五透鏡8組成，全波段光束經(jīng)鍍膜透鏡3分光后，透過(guò)鍍膜透鏡3的紅外光波段光束進(jìn)入折射系統(tǒng)13，通過(guò)第一透鏡4、第二透鏡5、第三透鏡6、第四透鏡7和第五透鏡8折射后，在冷光闌9后方得到第二像面10。在本實(shí)施方式中，根據(jù)消像差條件公式(1)-(4)獲得全反射成像系統(tǒng)12初始結(jié)構(gòu)，并采用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax進(jìn)行優(yōu)化，得到全反射成像系統(tǒng)中可見光波段光束成像光路。最后，將該波段光束成像光路參數(shù)固定，在鍍膜透?jìng)€(gè)透鏡參數(shù)與位置可采用應(yīng)用光學(xué)教材中的PW法(或采用經(jīng)驗(yàn)法)獲得，并采用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax進(jìn)行優(yōu)化，得到系統(tǒng)的紅外光波段光束成像光路。最后用CCD探測(cè)器探測(cè)像11和像10。具體實(shí)施方式二下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處是第一反射鏡2中心開孔2-l的直徑以不產(chǎn)生二次遮光為佳。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處是第一反射鏡2與鍍膜透鏡3前表面以在光路中的相同位置為優(yōu)，用以減小系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)避免光束傳輸受限。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式四下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處是第一反射鏡2、第二反射鏡1和鍍膜透鏡3前表面以采用非球面為佳，用以校正系統(tǒng)的彗差和球差和進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的幾何尺寸。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式五下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式四的不同之處是鍍膜透鏡3基底材料以采用硅或鍺為佳，使系統(tǒng)能夠在較寬的波段進(jìn)行成像。其他組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。在本實(shí)施方式中，全反射成像系統(tǒng)為可見光凝視成像系統(tǒng)，選用柯達(dá)公司的CCD探測(cè)器，像元數(shù)為2048x2048，像元尺寸lOpmxlOpim，工作波段為0.4pm~0.8nm,系統(tǒng)F數(shù)為3.0，焦距為900mm，系統(tǒng)凝視視場(chǎng)為±1.0°。根據(jù)消像差條件公式(l)-(4)確定系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)。<=1+^[罕2(1+A)(i_A)2-AA3(i+A)(i-A)2,，、〃1〃2、1J+6220^23(1+^)3-^罕2(1+A)3]e22("'-1)/23(1+A)3-4["2-1)+A(1-"2)〗(1+A)3,—1)柳+A)(l-A)2,-1)+"2)](2)X(卜A)2(1+Z2)-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(6)式中《為第一反射鏡2曲率半徑，^為第二反射鏡1曲率半徑，^為鍍膜透鏡3第一表面曲率半徑，/'為反射系統(tǒng)焦距，《為第二反射鏡l與第一反射鏡2間距，^為第一反射鏡2與鍍膜透鏡3第一表面間距，《為鍍膜透鏡3第一表面到全反射像面ll的間距。然后利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax進(jìn)行優(yōu)化，得到系統(tǒng)的可見光波段成像光路。結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>r為元件垂軸參數(shù)，《為圓錐系數(shù)，c為基圓曲率(c=l/i)，B分別為非球面系數(shù)。最后，將可見光波段成像光路參數(shù)固定，在鍍膜透鏡3后加入折射成像系統(tǒng)13,并采用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax進(jìn)行優(yōu)化，得到系統(tǒng)的紅外波段成像光路，各透鏡面型參數(shù)與位置參數(shù)如表2所示。圖1中全反射成像系統(tǒng)12和折射成像系統(tǒng)13構(gòu)成折反成像系統(tǒng)，該折反成像系統(tǒng)與冷光闌9和第二像面10構(gòu)成紅外凝視成像系統(tǒng)，選用HgCdTe探測(cè)器，像元數(shù)為488x488，像元尺寸30pmx3(^m，工作波段為3pm~5nm，系統(tǒng)F數(shù)為2.0，焦距為600mm，系統(tǒng)凝視視場(chǎng)為±1.0°。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>第四透鏡7前表面43.03---------11.9桂第四透鏡7后表面73.4—----第五透鏡8前表面99.96.541.71X10陽(yáng)6-1.64X10-916.1鍺第五透鏡8后表面34.74-2.091.66X10國(guó)58.44X10-9薄膜透鏡3中心與第一透鏡4中心間距(mm)1.0第一透鏡4中心與第二透鏡5中心間距(mm)32.18第二透鏡5中心與第三透鏡6中心間距(mm)244.87第三透鏡6中心與第四透鏡7中心間距(mm)0.2第四透鏡7中心與第五透鏡8中心間距(mm)0.9第五透鏡8中心與冷光闌9中心間距(mm)54.834圖2為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)在紅外波段的傳遞函數(shù)曲線，從圖2可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)在視場(chǎng)為±1°(視場(chǎng)范圍為2。)的情況下所獲得的171p/mm處的傳遞函數(shù)值在0.6以上，系統(tǒng)的成像質(zhì)量良好，能夠滿足成像偵査系統(tǒng)的需要。圖3為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)在紅外波段的圓包圍能量曲線，從圖3可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)在視場(chǎng)為土r(視場(chǎng)范圍為2。)的情況下所獲得的直徑30pm包圍圓的能量集中度平均值在70%以上，該光學(xué)系統(tǒng)的能量集中度能夠滿足目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的需要。圖4為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)在可見光波段的傳遞函數(shù)曲線，從圖4可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)在視場(chǎng)為±1°(視場(chǎng)范圍為2。)的情況下所獲得的501p/mm處的傳遞函數(shù)值在0.7以上，該光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量良好，能夠滿足成像偵査系統(tǒng)的需要。圖5為本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)在可見光波段的圓包圍能量曲線，從圖5可以看出，該光學(xué)系統(tǒng)在視場(chǎng)為土r(視場(chǎng)范圍為2°)的情況下所獲得的直徑10pm包圍圓的能量集中度平均值在80%以上，該光學(xué)系統(tǒng)的能量集中度能夠滿足目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的需要。本發(fā)明在現(xiàn)有加工與裝調(diào)工藝下，獲得了視場(chǎng)范圍為2。的可見光與紅外光雙波段凝視成像系統(tǒng)，滿足了目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)與成像偵査系統(tǒng)的需要。權(quán)利要求1、折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，其特征在于它由全反射系統(tǒng)(12)、折射系統(tǒng)(13)和冷光闌(9)組成；所述的全反射系統(tǒng)(12)由第一反射鏡(2)、第二反射鏡(1)和鍍膜透鏡(3)組成，第一反射鏡(2)、第二反射鏡(1)和鍍膜透鏡(3)同軸設(shè)置，第一反射鏡(2)中心開孔(2-1)，全波段光束在第一反射鏡(2)、第二反射鏡(1)間反射，經(jīng)過(guò)反射的全波段光束通過(guò)第一反射鏡(2)的中心開孔(2-1)后經(jīng)鍍膜透鏡(3)分光，其中，可見光波段光束被反射回全反射系統(tǒng)(12)，在全反射系統(tǒng)(12)前方得到第一像面(11)；所述的折射系統(tǒng)(13)由第一透鏡(4)、第二透鏡(5)、第三透鏡(6)、第四透鏡(7)、第五透鏡(8)組成，全波段光束經(jīng)鍍膜透鏡(3)分光后，透過(guò)鍍膜透鏡(3)的紅外光波段光束進(jìn)入折射系統(tǒng)(13)，通過(guò)第一透鏡(4)、第二透鏡(5)、第三透鏡(6)、第四透鏡(7)和第五透鏡(8)折射后，在冷光闌(9)后方得到第二像面(10)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，其特征在于第一反射鏡(2)中心開孔(2-l)的直徑為不產(chǎn)生二次遮光。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，其特征在于第一反射鏡(2)與鍍膜透鏡(3)前表面在光路中的位置相同。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，其特征在于第一反射鏡(2)、第二反射鏡(1)和鍍膜透鏡(3)前表面為非球面。5、根據(jù)權(quán)利要求l、2或4所述的折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，其特征在于鍍膜透鏡(3)基底材料為硅或鍺。全文摘要折反式雙譜段凝視成像系統(tǒng)，它涉及一種探測(cè)識(shí)別目標(biāo)的雙波段凝視成像系統(tǒng)，解決了在不增加系統(tǒng)裝調(diào)難度情況下可見光與紅外光雙波段凝視成像系統(tǒng)中視場(chǎng)較小的問(wèn)題。本發(fā)明所述成像系統(tǒng)由全反射系統(tǒng)(12)、折射系統(tǒng)(13)和冷光欄(9)組成；所述的全反射系統(tǒng)(12)由第一反射鏡(2)、第二反射鏡(1)和鍍膜透鏡(3)組成，第一反射鏡(2)、第二反射鏡(1)和鍍膜透鏡(3)同軸設(shè)置，第一反射鏡(2)中心開孔(2-1)；所述的折射系統(tǒng)(13)由第一透鏡(4)、第二透鏡(5)、第三透鏡(6)、第四透鏡(7)、第五透鏡(8)組成。本發(fā)明獲得了相對(duì)較大的視場(chǎng)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，能夠用于復(fù)雜背景中探測(cè)識(shí)別目標(biāo)，或者對(duì)遠(yuǎn)距離的弱小目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)識(shí)別。文檔編號(hào)G02B17/08GK101634744SQ20091007265公開日2010年1月27日申請(qǐng)日期2009年8月6日優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日發(fā)明者王治樂(lè),龍夫年申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)