中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统的制作方法

本发明涉及多光谱光学系统，特别是中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，属于红外光谱探测领域。

背景技术：

1、红外成像系统具有隐蔽性好、抗干扰能力强以及可识别伪装目标的能力，因而被广泛应用于红外夜视、红外侦察和伪装识别等领域，可对远距离目标进行探测，提取其特征信息，有助于判别目标的种类、工作状态以及大小等相关信息。连续变焦光学系统可实现大视场搜索以及小视场跟踪或识别，在变焦过程中可保持观测目标持续变大或变小，使用上有着较大优势。但随着技术的发展，红外热成像系统在各种干扰、对抗措施情况下，对目标的侦察和探测难度陡然增加。宽波段多光谱成像技术是一种既能够在多个谱段对同一目标成像、又能测出光谱特征的新型探测手段，可根据目标的自身辐射特征进行针对性增强，以便抑制背景杂波、提高目标辨别能力。但现有宽波段多光谱成像技术主要采用常规波段为3.7μm～4.8μm、像元数为640×512、f数为4～5.5的中波制冷型探测器，导致普段较窄，分辨率较低，无法推广应用。因此有必要对现有技术加以改进。

技术实现思路

1、为解决现有宽波段多光谱成像系统存在普段窄、分辨率低、成像效果差等问题，本发明提供一种中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统。

2、本发明通过下列技术方案完成：一种中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，包括物镜组和滤光轮，其特征在于所述物镜组包括沿光线传播方向依次设置的：

3、由第一弯月形正透镜构成的前固定组；

4、由第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜和双凹负透镜组成的变倍组；

5、由第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜组成的补偿组；

6、由第二弯月形正透镜和第三弯月形负透镜组成的后固定组；

7、由第四弯月形负透镜、第三弯月形正透镜和第五弯月形负透镜组成的二次成像组；

8、且第一弯月形正透镜、第一弯月形负透镜、第二弯月形负透镜、第四弯月形负透镜、第三弯月形正透镜和第五弯月形负透镜朝向物方的一面为凸面，朝向像方的一面为凹面；

9、第二弯月形正透镜和第三弯月形负透镜朝向物方的一面为凹面，朝向像方的一面为凸面；

10、以便通过二次成像组实现100％冷屏效率，从而降低杂散光的影响，提高系统灵敏度，并在连续变焦时，通过变倍组和补偿组沿光轴前后相对运动的方式，得到全焦段清晰的像，通过转动滤光轮，经过常规的差分技术获得所需光谱数据，经常规数据处理组件处理后，获得目标光谱图像信息。

11、所述第一弯月形正透镜朝向像方的一面、第一弯月形负透镜朝向物方和像方的两面、第一双凸正透镜朝向物方的一面、双凹负透镜朝向像方的一面、第二弯月形负透镜朝向物方的一面、第二双凸正透镜朝向物方的一面、第二弯月形正透镜朝向物方的一面、第三弯月形负透镜朝向物方和像方的两面、第四弯月形负透镜朝向物方的一面、第三弯月形正透镜朝向物方的一面、第五弯月形负透镜朝向物方的一面，均设为非球面，其公式如下：

12、

13、式中：z表示非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距离非球面顶点的距离矢高；c为曲率半径，k为圆锥系数，a、b、c、d为高次非球面系数。

14、所述第二弯月形负透镜朝向物方的一面、第五弯月形负透镜朝向物方的一面，均设为二元面，其公式如下：

15、

16、式中：表示二元面沿光轴方向在高度为r的位置时，距离二元面顶点的距离矢高；c为衍射系数，该衍射级数为1。

17、所述由第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜和双凹负透镜组成的变倍组，由第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜组成的补偿组可沿光轴方向移动，以便实现变焦、高低温及近距离成像调焦功能。

18、本发明光学系统视场设为28.72°×23.15°。

19、本发明光学系统的工作波段为3.4μm～5μm。

20、本发明光学系统在-50℃～+80℃主动热化消热差。

21、所述透镜设为锗单晶、硅单晶透镜，以便实现红外宽波段的色差、像差的校正。

22、进一步优选的是，所述第一弯月形正透镜、第一双凸正透镜、双凹负透镜、第二双凸正透镜、第二弯月形正透镜和第三弯月形正透镜设为锗单晶透镜。

23、进一步优选的是，所述第一弯月形负透镜、第二弯月形负透镜、第三弯月形负透镜、第四弯月形负透镜和第五弯月形负透镜设为硅单晶透镜。

24、所述滤光轮设为圆盘形，其上设有多个围绕圆心均匀间隔设置的滤光片，并且多个滤光片设为不同波段，以便兼容图像的非均匀校正功能。

25、本发明具有下列优点及效果：采用上述方案，将常规的中波3.7μm～4.8μm波长拓展为3.4μm～5μm，从而实现大视场搜索以及小视场跟踪或识别，解决了单视场热像仪不能兼顾远近目标的观察以及多视场热像仪在变焦过程中丢帧、失去观察目标等问题。在变焦过程中可以保持观测目标在清晰的前提下持续变大或变小，使用上有着较大优势。通过两种红外光学材料透镜的搭配和光焦度的合理分配实现红外宽波段的色差、像差的校正。

技术特征：

1.一种中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，包括物镜组和滤光轮，其特征在于所述物镜组包括沿光线传播方向依次设置的：

2.根据权利要求1所述的中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，其特征在于所述第一弯月形正透镜朝向像方的一面、第一弯月形负透镜朝向物方和像方的两面、第一双凸正透镜朝向物方的一面、双凹负透镜朝向像方的一面、第二弯月形负透镜朝向物方的一面、第二双凸正透镜朝向物方的一面、第二弯月形正透镜朝向物方的一面、第三弯月形负透镜朝向物方和像方的两面、第四弯月形负透镜朝向物方的一面、第三弯月形正透镜朝向物方的一面、第五弯月形负透镜朝向物方的一面，均设为非球面，其公式如下：

3.根据权利要求1所述的中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，其特征在于所述第二弯月形负透镜朝向物方的一面、第五弯月形负透镜朝向物方的一面，均设为二元面，其公式如下：

4.根据权利要求1所述的中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，其特征在于所述由第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜和双凹负透镜组成的变倍组，由第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜组成的补偿组可沿光轴方向移动，以实现变焦、高低温及近距离成像调焦功能。

5.根据权利要求1所述的中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，其特征在于所述第一弯月形正透镜、第一双凸正透镜、双凹负透镜、第二双凸正透镜、第二弯月形正透镜和第三弯月形正透镜设为锗单晶透镜。

6.根据权利要求1所述的中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，其特征在于所述第一弯月形负透镜、第二弯月形负透镜、第三弯月形负透镜、第四弯月形负透镜和第五弯月形负透镜设为硅单晶透镜。

7.根据权利要求1所述的中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，其特征在于所述滤光轮设为圆盘形，其上设有多个围绕圆心均匀间隔设置的滤光片，并且多个滤光片设为不同波段。

技术总结本发明提供一种中波宽波段高分辨连续变焦多光谱光学系统，包括物镜组和滤光轮，其特征在于所述物镜组包括沿光线传播方向依次设置的：由第一弯月形正透镜构成的前固定组；由第一弯月形负透镜、第一双凸正透镜和双凹负透镜组成的变倍组；由第二弯月形负透镜和第二双凸正透镜组成的补偿组；由第二弯月形正透镜和第三弯月形负透镜组成的后固定组；由第四弯月形负透镜、第三弯月形正透镜和第五弯月形负透镜组成的二次成像组；且第一弯月形正透镜、第一弯月形负透镜、第二弯月形负透镜、第四弯月形负透镜、第三弯月形正透镜和第五弯月形负透镜朝向物方的一面为凸面，朝向像方的一面为凹面；第二弯月形正透镜和第三弯月形负透镜朝向物方的一面为凹面，朝向像方的一面为凸面。技术研发人员：龚瑞,王海洋,辛雪倩,毛怡憬,钱思婷,周明状,杨开宇,明景谦受保护的技术使用者：昆明物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5