CN212749365U - 双波段共口径大视场折反射式光学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种双波段共口径大视场折反射式光学系统，包括沿同一光轴从前至后依次间隔设置的反射镜组、分光镜、红外镜组以及位于垂直分光镜中心光轴的y轴方向上的可见光镜组；其中反射镜组由主镜和次镜组成，主镜为带中心小孔的平凹反射镜，次镜为平凸反射镜，主镜和次镜均可反射可见光和红外光；分光镜由平行平板组成，靠近主镜的一面设有一定波段的分光膜；分光镜透射的光进入红外镜组经过折射在第一像面成像，分光镜反射的光进入可见光镜组经过折射在第二像面成像；所述双波段共口径大视场折反射式光学系统视场较大、结构紧凑简洁、体积小巧轻便，能对可见光和红外光两个波段同时成像。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学系统领域，涉及一种双波段共口径大视场折反射式光学系统。
背景技术
可见光成像系统是在自然条件下用来探测目标的反射和辐射，它所提供的探测目标的图像与人眼感受到的图像相近，这有利于对目标的探测与识别，然而对于隐藏的目标，它难以实现探测和识别，而且它的成像质量极易受天气和照明等条件的影响。红外线具有良好的穿透能力，红外成像系统的成像质量在有雾、霾、雨、雪的等恶劣天气下受到的影响很小，可以实现昼夜交替工作，但是红外辐射图像的细节不如可见光图像清晰，并且它所提供的探测目标场景的图像不符合人眼观察习惯。在军事以及民用等应用中探测识别目标时，天气、昼夜等因素均具有不确定性，即在任何条件下都需要既能准确发现隐藏目标，又能快速识别、看清整个目标，因此可见光图像和红外光图像都需得到。
普通的单一波长的光学系统已无法满足现在的实际要求，目前广泛使用的是双波段双通道监测装置。但是，现有双波段双通道光学系统一般不可以同时对目标成像，而且可见光和红外线的波段也并不是很宽，成像存在偏差且光学系统结构复杂、体积大。
实用新型内容
结合现有技术存在的上述的一些优缺点，本实用新型提供了一种结构简单、体积轻便以及波段更宽更符合实际需要的双波段共口径大视场折反射式光学系统。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
双波段共口径大视场折反射式光学系统，包括沿同一光轴从前至后依次间隔设置的反射镜组、分光镜、红外镜组以及位于垂直分光镜中心光轴的y轴方向上的可见光镜组；其中反射镜组由主镜和次镜组成，主镜位于次镜后方，分光镜位于主镜后方，光进入前端的主镜之后依次进入次镜和分光镜；
主镜为带有中心孔的平凹反射镜，次镜为平凸反射镜，主镜和次镜均可反射可见光和红外光，主镜的主镜反射面朝向次镜，次镜的次镜反射面朝向主镜；分光镜为一个相对于光轴倾斜向后设置的平行平板，即分光镜的分光镜反射面为平面，分光镜透射的红外光进入红外镜组后折射到第一像面成像，分光镜反射的可见光进入可见光镜组后折射到第二像面成像。
进一步的技术方案包括：
主镜反射面为抛物面或二次曲面。
次镜反射面为双曲面。
分光镜与光轴成45°角。
分光镜反射面镀有可反射可见光、透射红外光的光谱分光膜。
红外镜组由沿光轴方向从前至后依次间隔设置的第一镜片和第二镜片组成；其中第一镜片和第二镜片之间的空气厚度范围为1.8mm-2.2mm。
第一镜片和第二镜片的表面均为球面，第一镜片和第二镜片的玻璃材料均为红外材料。
可见光镜组由沿垂直分光镜中心光轴的y轴方向从下至上依次间隔设置的第三镜片、第四镜片以及第五镜片组成；其中第三镜片与第四镜片之间的空气厚度的范围为9.08-9.48mm，第四镜片与第五镜片之间的空气厚度的范围为1.8-2.2mm。
第三镜片、第四镜片以及第五镜片的表面均为球面。
第一像面由红外探测器接收，第二像面由低照度的CMOS接收。
本实用新型提供的双波段共口径大视场折反射式光学系统，采取可见光与红外融合的成像方案，两个成像系统为共口径识别，但是采取分别成像的处理方式，通过该方式来确保两大波段可以同步完成目标的探测与识别工作，同时整合两种成像方式可以得到更为精准与详细的目标信息提升探测设备的辨识效率。光学系统前端使用卡塞格林系统作为可见光与红外的共口径接收部分，使得系统拥有大视场的同时具备小型化和轻量化特点。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
图1为本发明提供的波段共口径大视场折反射式光学系统的结构示意图
图中：1.反射镜组，2.分光镜，3.红外镜组，4.可见光镜组，5.第一像面，6.第二像面，11.主镜，12.次镜，111.主镜反射面，112.次镜反射面，21.分光镜反射面，31.第一镜片，32.第二镜片，41.第三镜片，42第四镜片，43.第五镜片。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
本实用新型提供了一种双波段共口径大视场折反射式光学系统，如图1所示，包括沿同一光轴从前至后依次间隔设置的反射镜组1、分光镜2、红外镜组3以及位于垂直分光镜2中心光轴的y轴方向上的可见光镜组4；其中反射镜组1由主镜11和次镜12组成，主镜11位于次镜12后方，分光镜2位于主镜11后方，光进入前端的主镜11之后依次进入次镜12和分光镜2；
主镜11为带有中心孔的平凹反射镜，次镜12为平凸反射镜，主镜11和次镜12均可反射可见光和红外光，主镜11的主镜反射面111朝向次镜12，次镜12的次镜反射面112朝向主镜11；分光镜2为一个相对于光轴倾斜向后设置的平行平板，即分光镜2的分光镜反射面21为平面，分光镜2透射的红外光进入红外镜组3后折射到第一像面5成像，分光镜2反射的可见光进入可见光镜组4后折射到第二像面6成像。
如图1所示，本实用新型提供的双波段共口径大视场折反射式光学系统，光首先进入前端主镜11，由主镜反射面111反射可见光和红外光到次镜12上，次镜反射面112又继续反射可见光和红外光，并通过主镜11中心区域设有的通孔到达分光镜2，经分光镜2透射的沿光轴的红外光到达红外镜组3，然后折射形成第一像面5到红外探测器上；经分光镜反射面21反射为垂直光轴的y轴方向上的可见光，并进入可见光镜组4，然后进行折射形成第二像面6到低照度CMOS上；
本实施例中，可见光工作波段设为0.486-0.656μm，红外光工作波段为8～12μm。
本实施例中，主镜11为平凹反射镜，主镜11的主镜反射面111朝向次镜的反射面112，主镜反射面111为抛物面或双曲面，这样设置可使得视场增大，也可以校正相关像差。
本实施例中，次镜12为平凸反射镜，次镜12的次镜反射面112朝向主镜反射面111，次镜反射面112为双曲面。
本实施例中，分光镜2由厚度较薄的平行平板组成，分光镜的分光镜反射面21朝向主镜11的背面，分光镜的反射面21镀有光谱分光膜，分光膜以锗作为基底材料，镀多层膜，可实现反射宽波段可见光，透射长波红外光。
本实施例中，分光镜反射面21与水平光轴成45°，但是分光镜2的角度并不是一定要固定，其角度可以根据实际情况来调整，调整的角度与低照度CMOS上形成的像面对应即可。
本实施例中，红外镜组3由沿光轴方向从前至后依次布置的第一镜片31和第二镜片32组成，其中第一镜片31与分光镜2之间的空气厚度为33.24mm，与第二镜面之间的空气厚度范围为1.8mm-2.2mm；第一镜片31和第二镜片32的表面均为球面。第一镜片31和第二镜片32的玻璃材料均为红外材料。第一镜片31为厚度是2.6mm的正光焦度的凸透镜，第二镜片32为厚度是2.6mm的正光焦度的凸透镜。
本实施例中，可见光镜组4由沿垂直分光镜中心光轴的y轴方向从下至上依次布置的第三镜片41、第四镜片42以及第五镜片43组成，其中第三镜片41与分光镜2之间的空气厚度为21.4mm，第三镜片41与第四镜片42之间的空气厚度的范围为9.08-9.48mm，第四镜片与第五镜片之间的空气厚度的范围为1.8-2.2mm。第三镜片41、第四镜片42以及第五镜片43的镜面均为球面。优选地，第三镜片41为厚度是5mm的负光焦度的凹透镜，第四镜片42为厚度是2mm的正光焦度的凸透镜，第五镜片43为厚度是5mm的负光焦度的凹透镜。
本实施例中，可见光的工作波段可适当加宽为0.4-0.8μm，这样可以获取到微光图像，同时红外光的工作波段也可适当加宽，以获取长波红外图像。
本实施例中，红外光通过红外镜组3成像到红外探测器上形成第一像面5，可见光通过可见光镜组4成像到低照度CMOS上形成第二像面6，但是整个成像系统可以根据实际需要去适当增加结构或减少结构来调整光路，也可以改变两组的摆放位置。
Claims (10)
1.双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，包括沿同一光轴从前至后依次间隔设置的反射镜组(1)、分光镜(2)、红外镜组(3)以及位于垂直分光镜(2)中心光轴的y轴方向上的可见光镜组(4)；其中反射镜组(1)由主镜(11)和次镜(12)组成，主镜(11)位于次镜(12)后方，分光镜(2)位于主镜(11)后方，光进入前端的主镜(11)之后依次进入次镜(12)和分光镜(2)；
主镜(11)为带有中心孔的平凹反射镜，次镜(12)为平凸反射镜，主镜(11)和次镜(12)均可反射可见光和红外光，主镜(11)的主镜反射面(111)朝向次镜(12)，次镜(12)的次镜反射面(112)朝向主镜(11)；分光镜(2)为一个相对于光轴倾斜向后设置的平行平板，即分光镜(2)的分光镜反射面(21)为平面，分光镜(2)透射的红外光进入红外镜组(3)后折射到第一像面(5)成像，分光镜(2)反射的可见光进入可见光镜组(4)后折射到第二像面(6)成像。
2.根据权利要求1所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，主镜反射面(111)为抛物面或二次曲面。
3.根据权利要求1所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，次镜反射面(112)为双曲面。
4.根据权利要求1所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，分光镜(2)与光轴成45°角。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，分光镜反射面(21)镀有可反射可见光、透射红外光的光谱分光膜。
6.根据权利要求1所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，红外镜组(3)由沿光轴方向从前至后依次间隔设置的第一镜片(31)和第二镜片(32)组成；其中第一镜片和第二镜片之间的空气厚度范围为1.8mm-2.2mm。
7.根据权利要求6所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，第一镜片(31)和第二镜片(32)的表面均为球面，第一镜片(31)和第二镜片(32)的玻璃材料均为红外材料。
8.根据权利要求1所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，可见光镜组(4)由沿垂直分光镜中心光轴的y轴方向从下至上依次间隔设置的第三镜片(41)、第四镜片(42)以及第五镜片(43)组成；其中第三镜片(41)与第四镜片(42)之间的空气厚度的范围为9.08-9.48mm，第四镜片与第五镜片之间的空气厚度的范围为1.8-2.2mm。
9.根据权利要求8所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，第三镜片(41)、第四镜片(42)以及第五镜片(43)的表面均为球面。
10.根据权利要求1所述的双波段共口径大视场折反射式光学系统，其特征在于，第一像面(5)由红外探测器接收，第二像面(6)由低照度的CMOS接收。
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