微光红外光学图像融合双物镜光学结构的制作方法

本发明涉及一种双物镜光学结构，适用于微光红外光学图像融合。技术背景：图像融合成像技术是目前国内外比较热门的技术，通常是利用两种不同波段分别成像后将光信号转换为电信号，利用不同的算法进行像素配准，形成融合图像。微光红外光学图像融合同样属于图像融合成像技术的一种，但不同于其他图像融合成像技术，其特点是不需要把成像后的光信号转换为电信号，也不需要通过算法进行像素匹配，而是直接利用纯光学的方法进行图像叠加达到图像融合成像的目的。微光红外光学图像融合利用微光和红外技术的优点，合理组合后实现优势互补，避免单独使用的缺点。通过光学叠加，使得在一个波段上不可见的图像，在另一个波段上可见，从而获得物体更多的特性信息，提高恶劣环境下对目标的发现概率。技术实现要素：：针对微光红外光学图像融合的成像要求，本发明提供了一种双物镜光学结构，双物镜光学结构由一个微光物镜和一个红外物镜组成。本发明微光红外光学图像融合双物镜光学结构的技术方案是：一种微光红外光学图像融合双物镜光学结构，其特征在于，双物镜光学结构由一个微光物镜和一个红外物镜组成；其中：微光物镜的结构为：沿光轴方向共轴依次放置微光物镜第一透镜(5)、微光物镜第二透镜(6)、微光物镜第三透镜(7)、微光物镜第四透镜(8)、微光物镜第五透镜(9)、微光物镜第六透镜(10)、微光物镜第七透镜(11)，微光物镜第七透镜(11)放置在像增强器窗口玻璃(12)之前，所有透镜的面型均为球面；红外物镜的结构为：沿光轴方向共轴依次放置红外物镜第一透镜(1)、红外物镜第二透镜(2)、红外物镜第三透镜(3)，红外物镜第三透镜(3)放置在探测器窗口(4)之前，红外物镜第一透镜(1)的第一面、红外物镜第二透镜(2)的第二面、红外物镜第三透镜(3)的第二面为非球面，其余面为球面。所述微光物镜F/#(简称F数)为1.2、器件为1倍的微光像增强器；所述红外物镜为连续微变焦物镜、F/#为0.9、器件为非制冷探测器。双物镜光学结构进行放大倍率的匹配设计，红外物镜为连续微变焦物镜，通过改变红外物镜的焦距，保证微光物镜和红外物镜放大倍率相同；双物镜光学结构进行畸变匹配设计，特意控制双物镜光学结构两只物镜的畸变，确保在红外物镜全视场范围内双物镜光学结构两只物镜的畸变差引起的像差高不大于非制冷红外探测器的一个像元大小。本发明双物镜光学结构是微光红外光学图像融合成像的最重要的组成部分，主要用于采集微光波段和长波红外波段的目标信息。双物镜成像质量直接影响微光红外光学图像融合的成像效果，从而使得双物镜光学结构的要求比较高，需要小F/#、放大倍率的匹配、畸变的匹配。本发明有益效果：本发明双物镜光学结构具有小F/#、进行放大倍率匹配、畸变匹配等特点，能够满足微光红外光学图像融合的成像要求。附图说明：图1是根据本发明第一实施例的光学结构图。图2是根据本发明第一实施例的光学结构中的红外物镜的像差曲线。图3是根据本发明第一实施例的光学结构中的微光物镜的像差曲线。图4是根据本发明第一实施例的光学结构中微光物镜的传递函数。图5是根据本发明第一实施例的光学结构中焦距为12.44mm的红外物镜的传递函数。图6是根据本发明第一实施例的光学结构中焦距为12.82mm的红外物镜的传递函数。图7是根据本发明第一实施例的光学结构中焦距为13.2mm的红外物镜的传递函数。图中各标号：1—红外物镜第一透镜、2—红外物镜第二透镜、3—红外物镜第三透镜、4—探测器窗口、A和B为红外物镜第一透镜连续微变焦的移动位置、5—微光物镜第一透镜、6—微光物镜第二透镜、7—微光物镜第三透镜、8—微光物镜第四透镜、9—微光物镜第五透镜、10—微光物镜第六透镜、11—微光物镜第七透镜、12—像增强器窗口玻璃。具体实施方式本发明双物镜光学结构由一个微光物镜和一个红外物镜组成。其中微光物镜F/#为1.2、成像器件为1倍微光像增强器(阴极面和阳极面大小相同)，沿光轴方向共轴依次排列着微光物镜第一透镜5、微光物镜第二透镜6、微光物镜第三透镜7、微光物镜第四透镜8、微光物镜第五透镜9、微光物镜第六透镜10、微光物镜第七透镜11，所有透镜的面型均为球面。红外物镜为连续微变焦物镜、F/#为0.9、成像器件为非制冷红外探测器、显示器件OLED，由三片透镜构成，沿光轴方向共轴依次排列着红外物镜第一透镜1、红外物镜第二透镜2、红外物镜第三透镜3，其中红外物镜第一透镜1的第一面、红外物镜第二透镜2的第二面、红外物镜第三透镜3的第二面为非球面，其他面为球面。双物镜进行了放大倍率匹配，在红外物镜(对角线视场)范围内进行了畸变匹配。技术方案具体的实施步骤：第一步选取成像器件，根据成像器件计算微光物镜的焦距、红外物镜的焦距：用一个理想的全视场畸变为0的焦距25mm的目镜进行计算，双物镜成像的放大倍率设定为1倍，计算公式如下：第二步根据计算好的焦距以及上面所描述的结构形式进行光学设计，其中微光物镜为定焦物镜，红外物镜为一个连续微变焦的物镜，微变焦的范围为计算出来的红外物镜焦距的97％～103％，例如计算出红外物镜的焦距为100mm、那么连续微变焦的范围为97mm～103mm。连续微变焦的实现是通过改变1红外第一物镜和2红外第二物镜之间的轴向间隔以及3红外物镜第三透镜和4探测器窗口的轴向间隔。在光学设计过程中,特意控制微光物镜和红外物镜的畸变，主要在四个典型视场进行畸变的控制，分别是全视场、0.7视场、0.5视场、0.3视场。保证在红外物镜全视场(对角线视场)范围内两个物镜由畸变差引起的像高差均小于非制冷红外探测器的一个像元大小。也就是说在光学设计过程中就已经对双物镜光学结构进行了畸变匹配设计。考虑到零件的加工误差和装调误差，在实际装配过程中先装调好微光物镜，确定其焦距，通过理论计算得到能保证双物镜放大倍率匹配的红外物镜焦距，通过计算出的红外物镜焦距，查找到对应的1红外第一物镜和2红外第二物镜之间的轴向间隔数值以及3红外物镜第三透镜和4探测器窗口的轴向间隔数值。红外物镜做了连续微变焦的设计，通过修切隔圈厚度将1红外第一物镜和2红外第二物镜之间的轴向间隔调整到查找到的对应数值，保证了装调出来的红外物镜焦距正确，通过红外物镜整组(不包括非制冷红外探测器)轴向移动来保证3红外物镜第三透镜和4探测器窗口的轴向间隔数值(成像面位置)，从而满足双物镜的放大倍率匹配的要求。实施例1：图1为本发明的第一实施例的双物镜光学结构，如图1所示微光物镜沿光轴方向共轴依次排列着微光物镜第一透镜5、微光物镜第二透镜6、微光物镜第三透镜7、微光物镜第四透镜8、微光物镜第五透镜9、微光物镜第六透镜10、微光物镜第七透镜11；红外物镜沿光轴方向共轴依次排列着红外物镜第一透镜1、红外物镜第二透镜2、红外物镜第三透镜3，其中微光物镜为定焦物镜，红外物镜为一个连续微变焦的物镜，微变焦的范围12.44mm～13.2mm(公称值12.82mm)，A和B位置为红外物镜第一透镜1连续微变焦过程中的轴向移动位置。在光学设计过程中,特意控制微光物镜和红外物镜的畸变，主要在四个典型视场进行畸变的控制，分别是全视场、0.7视场、0.5视场、0.3视场。保证在红外物镜全视场(对角线视场)范围内两个物镜由畸变差引起的像高差均小于非制冷红外探测器的一个像元大小。也就是说在光学设计过程中就已经对双物镜光学结构进行了畸变匹配设计。系统数据如表1所示，畸变匹配要求如表2所示，设计数据如表3、表4。表1序号名称描述1微光像增强器φ18mm/φ18mm2非制冷红外探测器336×256、像元17μm3OLED显示有效面积对角线14mm，像元大小15μm4微光物镜F#1.25微光物镜焦距25mm6微光物镜视场39.6°7红外物镜F#0.98红外物镜焦距12.44mm～13.2mm(公称值12.82mm)9红外物镜视场30.43°～32.2°(公称值31.29°)表2表3表42.实施例2：第二实施例的双物镜光学结构的形式等同于第一实施例，像差及传递函数要求也等同于第一实施例，其中系统数据如表5所示，畸变匹配要求如表6所示。表5序号名称描述1微光像增强器φ16mm/φ16mm2非制冷红外探测器384×288、像元17μm3OLED显示有效面积对角线14mm，像元大小15μm4微光物镜F#1.25微光物镜焦距25mm6微光物镜视场35.49°7红外物镜F#0.98红外物镜焦距14.13mm～15mm(公称值14.57mm)9红外物镜视场30.43°～32.21°(公称值31.29°)表6典型视场全视场0.7视场0.5视场0.3视场线视场大小14mm9.8mm7mm4.2mm双物镜畸变差要求小于0.121％小于0.173％小于0.243％小于0.405％像高差要求小于0.017mm小于0.017mm小于0.017mm小于0.017mm3.实施例3：第三实施例的双物镜光学结构的形式等同于第一实施例，像差及传递函数要求也等同于第一实施例，系统数据如表7所示，畸变匹配要求如表8所示。表7序号名称描述1微光像增强器φ18mm/φ18mm2非制冷红外探测器320×240、像元25μm3OLED显示有效面积对角线14mm，像元大小15μm4微光物镜F#1.25微光物镜焦距25mm6微光物镜视场39.6°7红外物镜F#0.98红外物镜焦距17.32mm～18.4mm(公称值17.86mm)9红外物镜视场30.4°～32.21°(公称值31.28°)表8典型视场全视场0.7视场0.5视场0.3视场线视场大小14mm9.8mm7mm4.2mm双物镜畸变差要求小于0.179％小于0.255％小于0.357％小于0.595％像高差要求小于0.025mm小于0.025mm小于0.025mm小于0.025mm当前第1页1 2 3