一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的制作方法

本发明涉及光学工程光学镜头设计领域，尤其涉及一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统。

背景技术：

近年来，无人机光电成像系统借助自身高分辨率、高实时性、机动灵活、成本低、研制周期短、风险小等优势受到了广泛的关注，在地质勘测、植被研究、土壤调查、精细农业、森林防火、林业普查、大气探测、石油管道监测、交通监控、城市规划、灾害预警、应急响应、野外搜救等领域得到了广泛应用。光电成像系统的作用主要是对于探测目标清晰成像并进行准确识别，根据成像所用光波长不同可分为紫外成像系统、可见光成像系统、近红外成像系统等。其中，可见光成像系统应用最为广泛，其成像分辨率明显高于紫外与近红外成像系统，但是仅局限于探测识别高对比度目标，对于微光或低对比度的目标成像远不及其他波段光学系统。为了对不同波段之间的成像性能进行互补，多波段融合光电成像设备越来越受到重视。借助于多光谱成像特性，多波段融合光电成像设备能够有效识别环境温度分布对隐藏目标进行识别查证，尤其适用于海上、灾区和密林等区域的人员装备定位和野外搜救。光学系统是多波段融合光电成像设备的核心器件，由于紫外、可见、近红外波段波长各异，一般光学系统无法同时满足三个波段均清晰成像，因此传统的多波段融合光电成像设备往往针对不同波段单独采用不同的光学系统，大大增加了成像设备的体积与重量，给无人机搭载带来困难。普通的光电成像系统对同一目标进行多光谱成像时，很容易导致不同光谱之间的光轴存在偏差，无法保证对同一目标的一致成像效果。为了保证光电设备获取更多层次、不同特征目标信息的一致性，增强系统的实时性，研发能够针对紫外、可见、近红外三波段同时清晰成像的光学系统，成为无人机多波段融合光电成像系统的关键。但是该类光学系统设计要兼顾三个波段的成像质量，并且可工作于此波段的光学材料极少，因此本系统光学设计难度很大。

技术实现要素：

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统。

本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统，包括：三波段镜头、滤光机构、驱动机构；

滤光机构位于三波段镜头出射光一侧，滤光机构包括支架、安装盘、多个滤光片，支架上设有平行于三波段镜头的轴线布置的转轴，安装盘通过所述转轴可转动安装在支架上，多个滤光片在安装盘上围绕所述转轴沿圆周分布，驱动机构与安装盘连接用于驱动安装盘转动。

优选地，安装盘上设有沿圆周分布的四个安装孔，滤光机构包括分别安装在三个安装孔内的紫外滤光片、可见光滤光片和近红外滤光片。

优选地，驱动机构包括驱动电机和驱动齿轮，驱动电机位于安装盘一侧，驱动齿轮安装在驱动电机的驱动轴上，安装盘外周设有与驱动齿轮啮合的外齿部。

优选地，三波段镜头包括向靠近安装盘方向依次设置的第一凸凹透镜、第二凸凹透镜、第三凸凹透镜、第一双凹透镜、第一双凸透镜、第一凹凸透镜、第二双凸透镜、第四凸凹透镜、第五凸凹透镜、第六凸凹透镜、第七凸凹透镜、第三双凸透镜、第二凹凸透镜、第二双凹透镜。

优选地，第一凸凹透镜、第三凸凹透镜、第四凸凹透镜、第五凸凹透镜、第六凸凹透镜、第三双凸透镜、第二双凹透镜均采用熔石英材料制成。

优选地，第二凸凹透镜、第一双凹透镜、第一双凸透镜、第一凹凸透镜、第七凸凹透镜、第二凹凸透镜均采用氟化钙材料制成。

优选地，第二双凸透镜采用氟化镁材料制成。

优选地，三波段镜头还包括孔径光阑，孔径光阑位于第三凸凹透镜和第一双凹透镜之间。

优选地，第六凸凹透镜、第七凸凹透镜、和第三双凸透镜依次贴合。

优选地，第一双凹透镜的出射面与第一双凸透镜的入射面贴合。

本发明中，所提出的紫外、可见、近红外三波段共路光学系统，滤光机构位于三波段镜头出射光一侧，滤光机构包括支架、安装盘、多个滤光片，支架上设有平行于三波段镜头的轴线布置的转轴，安装盘通过所述转轴可转动安装在支架上，多个滤光片在安装盘上围绕所述转轴沿圆周分布，驱动机构与安装盘连接用于驱动安装盘转动。通过上述优化设计的紫外、可见、近红外三波段共路光学系统，三波段镜头对三波段光进行增强调制，通过转动安装盘，实现多个滤光片的切换，使得根据需要将经调制光束进行滤光，形成紫外波段图像、可见光图像、近红外波段图像和全波段图像，从而得到三波段图像成像。

附图说明

图1为本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的结构示意图。

图2为本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的安装盘的俯视结构示意图。

图3为本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的三波段镜头的结构示意图。

具体实施方式

如图1至3所示，图1为本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的结构示意图，图2为本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的安装盘的俯视结构示意图，图3为本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的三波段镜头的结构示意图。

参照图1和2，本发明提出的一种紫外、可见、近红外三波段共路光学系统，包括：三波段镜头、滤光机构、驱动机构；

滤光机构位于三波段镜头出射光一侧，滤光机构包括支架20、安装盘21、多个滤光片22，支架20上设有平行于三波段镜头的轴线布置的转轴，安装盘21通过所述转轴可转动安装在支架20上，多个滤光片22在安装盘21上围绕所述转轴沿圆周分布，驱动机构与安装盘2连接用于驱动安装盘21转动。

本实施例的紫外、可见、近红外三波段共路光学系统的具体工作过程中，光线从三波段镜头远离滤光机构的一侧入射，经过三波段镜头增强调制后，经过滤光机构，通过安装盘的转动，根据需要选择出射光经过的滤光片，从而实现相应波段图像的成像。

在本实施例中，所提出的紫外、可见、近红外三波段共路光学系统，滤光机构位于三波段镜头出射光一侧，滤光机构包括支架、安装盘、多个滤光片，支架上设有平行于三波段镜头的轴线布置的转轴，安装盘通过所述转轴可转动安装在支架上，多个滤光片在安装盘上围绕所述转轴沿圆周分布，驱动机构与安装盘连接用于驱动安装盘转动。通过上述优化设计的紫外、可见、近红外三波段共路光学系统，三波段镜头对三波段光进行增强调制，通过转动安装盘，实现多个滤光片的切换，使得根据需要将经调制光束进行滤光，形成紫外波段图像、可见光图像、近红外波段图像和全波段图像，从而得到三波段图像成像。

在安装盘的具体实施方式中，安装盘21上设有沿圆周分布的四个安装孔，滤光机构包括分别安装在三个安装孔内的紫外滤光片、可见光滤光片和近红外滤光片；驱动机构通过驱动安装盘旋转，根据成像需要对滤光片进行选择，使得最终成像紫外波段图像、可见光图像、近红外波段图像和全波段图像。

在驱动机构的具体设计方式中，驱动机构包括驱动电机30和驱动齿轮31，驱动电机30位于安装盘21一侧，驱动齿轮31安装在驱动电机30的驱动轴上，安装盘21外周设有与驱动齿轮31啮合的外齿部，驱动电机通过驱动齿轮转动，带动安装盘转动，根据需要进行滤光片的切换。

参照图3，在三波段镜头的具体设置方式中，三波段镜头包括向靠近安装盘21方向依次设置的第一凸凹透镜1、第二凸凹透镜2、第三凸凹透镜3、第一双凹透镜5、第一双凸透镜6、第一凹凸透镜7、第二双凸透镜8、第四凸凹透镜9、第五凸凹透镜10、第六凸凹透镜11、第七凸凹透镜12、第三双凸透镜13、第二凹凸透镜14、第二双凹透镜15；通过对三波段镜头中透镜的优化选择和布置，保证镜头对三波段光的优化调制，实现紫外、可见、近红外三个波段同时清晰成像；其中，第一凸凹透镜1、第二凸凹透镜2、第二双凸透镜8和第二凹凸透镜14的入射面采用非球面设计，用于减小三波段成像像差，保证三个波段成像于相机感光面。

在透镜的材料选择中，第一凸凹透镜1、第三凸凹透镜3、第四凸凹透镜9、第五凸凹透镜10、第六凸凹透镜11、第三双凸透镜13、第二双凹透镜15均采用熔石英材料制成；

第二凸凹透镜2、第一双凹透镜5、第一双凸透镜6、第一凹凸透镜7、第七凸凹透镜12、第二凹凸透镜14均采用氟化钙材料制成；

第二双凸透镜8采用氟化镁材料制成。

通过对各个透镜的材料进行优化选择，保证各波段光路的高传导效率，从而进一步确保最终的成像效果。

为了降低镜头内杂散光提高成像质量，在其他具体实施方式中，三波段镜头还包括孔径光阑4，孔径光阑4位于第三凸凹透镜3和第一双凹透镜5之间；通过孔径光阑消除入射光中的杂散光对传播光路的影响。

在多组透镜的具体设置方式中，第六凸凹透镜11、第七凸凹透镜12、和第三双凸透镜13依次贴合，第一双凹透镜5的出射面与第一双凸透镜6的入射面贴合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。