一种共孔径多光谱连续变焦光学系统的制作方法

本发明属于光学系统设计，涉及一种共孔径多光谱连续变焦光学系统。

背景技术：

1、近年来，为了应对空中和地面侦察，各国加强了光电对抗研究，利用迷彩伪装等各种遮蔽手段将重要的军事目标隐身起来，最大限度地降低目标和背景的对比度，使得经过伪装的目标在复杂背景条件下被探测和侦察变得极为困难。光谱成像探测技术将成像技术和光谱技术结合在一起，在原有的空间成像的基础上增加了光谱信息，相比传统的单一宽波段光电探测技术，能够提供更加丰富的目标场景信息，极大提高了对迷彩伪装目标的探测概率。

2、无人机载多光谱侦察设备是一种利用多光谱成像探测技术实施侦察的无人机载新型任务设备，利用目标与背景杂波的固有光谱差别，同时获取目标的光谱特征信息和几何图像信息，通过多通道窄带光谱成像、图像融合处理、伪彩色增强等手段，实现目标的光谱特征识别，提高战场迷彩、伪装目标的侦察能力。

3、目前多光谱相机系统的主要有二种实现途径：

4、1、多光谱相机光路前端采用多路相同的光学通道、后端采用窄带滤光片切换来实现，此类系统实现较容易，包络尺寸较大、后端图像配准困难；

5、2、探测器靶面镀制阵列式分光膜的分光方式分光，这类装置可以做到光机尺寸紧凑，缺点就是整个系统视场单一，光谱利用率偏低，后端数据计算量大，图像无法做到实时性。

技术实现思路

1、(一)发明目的

2、本发明的目的是：针对目前多光谱的实现途径造成的光、机系统复杂、能量利用率不足，视场单一的问题，提出一种共孔径多光谱连续变焦光学系统。

3、(二)技术方案

4、为了解决上述技术问题，本发明提供一种共孔径多光谱连续变焦光学系统。

5、参照图1至图2所示，本发明共孔径多光谱连续变焦光学系统包括由前至后依次布置的前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4和分光镜组5；其中，变倍组2、补偿一组3、补偿二组4为运动组份，安装在凸轮驱动机构上，按照预设的相对位置关系轴向相对移动，实现光学系统的连续变焦，进而实现光学系统视场的连续可变；分光镜组5采用胶合分光棱镜与可切换滤光镜组合的方式进行分光；400nm～900nm宽光谱入射光束依次通过前固定组1、变倍组2、补偿一组3、补偿二组4、分光镜组5会聚到探测器上光谱成像，实时输出四路光谱成像。本发明多运动组份光学系统结构，增加了光学设计自由度，有利于宽光谱光学系统像差平衡及后端光谱分光。

6、前固定组1包括由前至后同轴布置的物镜一11、物镜二12、物镜三13；变倍组2包括由前至后同轴布置的物镜四、物镜五；补偿一组3包括由前至后同轴布置的物镜六31、物镜七；补偿二组4包括由前至后同轴布置的物镜八、物镜九；物镜四为胶合透镜，包括前后布置的第二一胶合透镜21和第二二胶合透镜22；物镜五为胶合透镜，包括前后布置的第二三胶合透镜23和第二四胶合透镜24；物镜七为胶合透镜，包括前后布置的第三二胶合透镜32和第三三胶合透镜33；物镜八为胶合透镜，包括前后布置的第四一胶合透镜41和第四二胶合透镜42；物镜九为胶合透镜，包括前后布置的第四三胶合透镜43和第四四胶合透镜44。

7、分光镜组5包括胶合分光棱镜、可切换滤光镜；胶合分光棱镜包括第一分光棱镜51、第二分光棱镜52、第三分光棱镜53、第四分光棱镜54、第五分光棱镜55。

8、入射宽光谱400nm～900nm经第一分光棱镜51后透射400nm～690nm光谱，反射700nm～900nm光谱；400nm～690nm光谱经第四分光棱镜54反射后进入第五分光棱镜55，第五分光棱镜55透射400nm～580nm光谱，反射600nm～690nm光谱；700nm～900nm光谱经第二分光棱镜52反射后进入第三分光棱镜53，第三分光棱镜53透射700nm～800nm光谱，反射透射810nm～900nm光谱。可切换滤光镜包括第一滤光镜1、第二滤光镜2、第三滤光镜3、第四滤光镜4、第五滤光镜5、第六滤光镜6、第七滤光镜7、第八滤光镜8、第九滤光镜9、第十滤光镜10，它们分别对应的光谱波段为450nm±10nm、485nm±25nm、546nm±10nm、587nm±10nm、625nm±25nm、670nm±10nm、720nm±10nm、755nm±25nm、820nm±10nm、860nm±10nm。第一滤光镜01、第二滤光镜02、第三滤光镜03、第四滤光镜04配合第五分光棱镜55的透射光谱400nm～580nm切换使用；第五滤光镜05、第六滤光镜06配合第五分光棱镜55的反射光谱600nm～690nm切换使用；第七滤光镜07、第八滤光镜08配合第三分光棱镜53的透射光谱700nm～800nm切换使用；第九滤光镜09、第十滤光镜010配合第三分光棱镜53的透射光谱810nm～900nm切换使用；可切换滤光镜根据光谱特性配合胶合分光棱镜的光谱子通道实现10种光谱通道成像，实时输出其中四种光谱成像。

9、所述物镜一11光学材料为fcd100_hoya，物镜二12光学材料为hzlaf92_cdgm，物镜三13光学材料为hqk3l__cdgm，第二一胶合透镜21光学材料为hzlaf68b_cdgm，第二二胶合透镜22光学材料为hzf52a_cdgm，第二三胶合透镜23光学材料为hlak7a_cdgm，第二四胶合透镜24光学材料为hzf52a_cdgm，物镜六31光学材料为hzf62_cdgm，第三二胶合透镜32光学材料为hzf10_cdgm，第三三胶合透镜33光学材料为hlaf2_cdgm，第四一胶合透镜41光学材料为hzf12_cdgm，第四二胶合透镜42光学材料为hzf88_cdgm，第四三胶合透镜43光学材料为hzlaf92_cdgm，第四四胶合透镜44光学材料为hlak61_cdgm，第一分光棱镜51至第五分光棱镜55光学材料均为silica。第一滤光镜01至第十滤光镜010光学材料均为h_k9l。

10、所述物镜一11前表面曲率半径为187.07mm，后表面曲率半径为-275.4mm；物镜二12前表面曲率半径为65.61mm，后表面曲率半径为48.87mm；物镜三13前表面曲率半径为49.2mm，后表面曲率半径为376.7mm；物镜四前表面曲率半径为130.62mm，胶合面曲率半径为16.03mm,后表面曲率半径为46.67mm；物镜五前表面曲率半径为-46.99mm，胶合面曲率半径为58.61mm，后表面曲率半径为83.37mm；物镜六31前表面曲率半径为-501.2mm，后表面曲率半径为188.36mm；物镜七前表面曲率半径为72.28mm，胶合面曲率半径为19.97mm，后表面曲率半径为-67.92mm；物镜八前表面曲率半径为-31.7mm，胶合面曲率半径为23.17mm，后表面曲率半径为79.25mm；物镜九前表面曲率半径为201.4mm，胶合面曲率半径为21.93mm，后表面曲率半径为-48.7mm。

11、所述物镜一11有效口径为68mm；物镜二12有效口径为64mm；物镜三13有效口径为60mm；物镜四有效口径为34mm；物镜五有效口径为26.4mm；物镜六31有效口径为18mm；物镜七有效口径为23.2mm；物镜八有效口径为23mm；物镜九有效口径为26mm；分光棱镜有效口径为22mm；滤光片有效口径为15mm。

12、所述物镜一11厚度为7.7mm，所述物镜二12厚度为4mm，所述物镜三13厚度为11.01mm，所述第二一胶合透镜21厚度为1.6mm，第二二胶合透镜22厚度为7.9mm，所述第二三胶合透镜23厚度为1.4mm，第二四胶合透镜24厚度为2.25mm，所述物镜六31厚度为15.6mm，所述第三二胶合透镜32厚度为1.4mm，第三三胶合透镜33厚度为9.36mm，所述第四一胶合透镜41厚度为4.02mm，第四二胶合透镜42厚度为6.39mm，所述第四三胶合透镜43厚度为1.4mm，第四四胶合透镜44厚度为7.18mm，第一分光棱镜51光学厚度为22mm，第二分光棱镜52、第四分光棱镜54光学厚度均为19mm，第三分光棱镜53、第五分光棱镜55的光学厚度均为18mm，可切换滤光镜厚度均为1.4mm。

13、所述物镜一11和物镜二12的距离为0.24mm，物镜二12和物镜三13的距离为2.47mm，物镜四和物镜五的距离为4.1mm，物镜六31和物镜七的距离为2.68mm，物镜八和物镜九的距离为0.2mm，物镜九和胶合分光棱镜的距离为5.2mm。

14、(三)有益效果

15、上述技术方案所提供的共孔径多光谱连续变焦光学系统，技术效果体现在以下三个方面：

16、1、本发明实现了共孔径多光谱连续变焦光学系统，有效突破了光谱相机单一视场，有效提升了光谱相机观察的连续性。

17、2、采用共孔径方案保证了各光谱通道光学性能的一致性及可靠性，有利于后端图像处理。

18、3、该光学系统实现了10种典型光谱谱段的清晰成像，极大地提升了多光谱探测识别的光谱利用率。