一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统，可以实现同一时刻对同一范围景物采用不同视场，不同焦距和不同物距成像，具有根据需要进行综合成像和工程实现性好等特点，属于光学成像系统领域。
【背景技术】
[0002]随着航天空间探测任务的增多，航天相机所观测的要求也变得繁琐多样，例如，要实现观测物距从无穷远到有限距离进行调整，对全局景物与局部细节同时进行观等要求。现有观测方法主要有以下两种:1)使用短焦距，大视场，大景深光学系统，通过大景深实现较宽物距观测范围，通过较大视场增加景物观测范围，通过对图片的局部提取和图像处理获得物体细节，此类系统由于受焦距较短和探测器像元尺寸的限制，拍摄远距离物体时分辨率较低，难以满足远距离观测物体细节的要求；2)采用多个独立光学系统进行指标相互匹配，以实现多种观测要求，这势必会带来体积重量的增加，并且由于各独立系统有各自的入光口，如果各系统都放置在航天器内，需要在航天器舱板上增加多个入光开口，也不利于航天器的力学和热学性能。而且当拍摄较近物体时，也不能保证多台系统所拍摄的画面中心重合，无法满足对同一物体同时观测全局与细节。
[0003]为了实现航天空间探测中对拍摄成像目标的诸多要求，并减少成像系统的体积和重量，以及降低成像系统对航天器的力学和热学等方面的不利影响，需要设计一种综合性能好的共入光口，多焦距多物距成像系统。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题:克服现有技术的不足，提供一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统，实现多种物距、多种分辨率和多种视场组合同时成像，又可通过综合优化设计减轻重量，是一种多功能、低重量的综合成像系统。
[0005]本发明的技术方案是:一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统，包括共用光学系统、分光棱镜、窄视场系统和宽视场系统组成；所述窄视场系统包括窄视场变焦变距透镜组、窄视场固定透镜组和窄视场像面CCD ;所述宽视场系统包括宽视场变焦变距透镜组、宽视场固定透镜组和宽视场像面CCD ;物体成像光束首先通过共用光学系统进入系统，再经过分光棱镜后分为窄视场成像光束和宽视场成像光束；经分光棱镜透射的窄视场成像光束经过窄视场系统后成像在窄视场像面CCD上，经分光棱镜反射的宽视场成像光束经过宽视场系统后成像在宽视场像面CCD上；所述窄视场系统与宽视场系统的视场差值大于10倍。
[0006]将窄视场系统孔径光阑和宽视场系统孔径光阑分别对应放置在窄视场变焦变距透镜组和宽视场变焦变距透镜组中；所述窄视场系统孔径光阑和宽视场系统孔径光阑前需至少有一片透镜；调整孔径光阑的位置，使系统变焦变距后的F数与变焦变距前相比变化量小于2%。
[0007]本发明与现有技术相比的有益效果是:
[0008]1、前端部分光路共用，通过分光棱镜分为两路系统，共用光路可同时校正优化系统像差，可以减少光学系统复杂程度。
[0009]2、通过调节窄视场系统和宽视场系统的变焦、变距透镜组可以获得不同的焦距和观察不同物距的物体，两套光学系统通过变化就可以获得多种拍摄效果，有效的减少了光学系统数量，降低了系统重量和成本。
[0010]3、系统具有一个入光口，距离较近时依然可同时观测物体局部细节和整体效果。
[0011]4、系统只通过一个入光口接收物体信息，当系统放置在一个产品内部时，只需要在产品结构壁上设置一个开口，有利于减少对产品的整体影响。
[0012]5、系统通过较小量的调节变焦、变距透镜组来观测不同物距下的物体时，可同时改变系统焦距，所以可实现观测物距小于原始焦距的物体。
【附图说明】
[0013]图1为本发明光学结构成像原理图；
[0014]图2为变焦、变距原理图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本发明系统包括共用光学系统1、分光棱镜2、窄视场系统3和宽视场系统4组成；所述窄视场系统3包括窄视场变焦变距透镜组5、窄视场固定透镜组6和窄视场像面CCD9 ;所述宽视场系统4包括宽视场变焦变距透镜组7、宽视场固定透镜组8和宽视场像面CXDlO ;物体成像光束首先通过共用光学系统I进入系统，经过像差校正后入射至分光棱镜2后分为窄视场成像光束和宽视场成像光束；经分光棱镜2透射的窄视场成像光束经过窄视场系统3后成像在窄视场像面CCD9上，经分光棱镜2反射的宽视场成像光束经过宽视场系统4后成像在宽视场像面CCDlO上；所述窄视场系统3与宽视场系统4的视场差值大于10倍。
[0016]如附图1，附图2所示，分光棱镜2后的两路成像光路都含有一组可移动镜组，分别定义为窄视场变焦变距透镜组5和宽视场变焦变距透镜组(7)，当其位置由附图2中的位置A移动到位置B后，能够在像面上呈现清晰像的物距也由C变为D，且系统焦距也由f I变为f2,由此可实现根据需要调节变焦变距透镜组，观测不同物距处的景物。特别是当所需观测的物距较小时，比如小于焦距Π，由于此种调节方式还可同时改变系统焦距，调节后依然会满足物距大于焦距f2，光学系统依然可呈现实像。
[0017]如图2所示，分光后各系统的孔径光阑放置在变焦变距透镜组中，与变焦变距透镜组同时运动，当变焦变距透镜组由位置A移动到位置B的过程中，孔径光阑也由位置E相应的移动到如图2所示的位置F处。孔径光阑前需至少有一片透镜，其后可以有多片透镜或无透镜，通过优化孔径光阑的位置，可保证系统变焦变距后，系统工作F数变化量小于2%，有利于保证成像探测器的像面照度，从而使相机曝光时间趋于稳定。
[0018]本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1.一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统，其特征在于:包括共用光学系统(I)、分光棱镜(2)、窄视场系统(3)和宽视场系统⑷组成；所述窄视场系统(3)包括窄视场变焦变距透镜组(5)、窄视场固定透镜组(6)和窄视场像面CCD(9);所述宽视场系统(4)包括宽视场变焦变距透镜组(7)、宽视场固定透镜组(8)和宽视场像面CCD(1);物体成像光束首先通过共用光学系统(I)进入系统，再经过分光棱镜(2)后分为窄视场成像光束和宽视场成像光束；经分光棱镜(2)透射的窄视场成像光束经过窄视场系统(3)后成像在窄视场像面CCD (9)上，经分光棱镜(2)反射的宽视场成像光束经过宽视场系统(4)后成像在宽视场像面CCD (10)上；所述窄视场系统(3)与宽视场系统(4)的视场差值大于10倍。
2.根据权利要求1所述的一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统，其特征在于:将窄视场系统孔径光阑(11)和宽视场系统孔径光阑(12)分别对应放置在窄视场变焦变距透镜组(5)和宽视场变焦变距透镜组(7)中；所述窄视场系统孔径光阑(11)和宽视场系统孔径光阑(12)前需至少有一片透镜；调整孔径光阑的位置，使系统变焦变距后的F数与变焦变距前相比变化量小于2 %。
【专利摘要】本发明一种基于共入光口的双光路多物距多焦距成像光学系统。本系统包括共用光学系统、分光棱镜、宽系统和窄视场系统，其中宽视场系统又分为宽视场变焦、变距透镜组和宽视场固定透镜组，窄视场系统又分为窄视场变焦、变距透镜组和窄视场固定透镜组。本发明即可实现多种物距、多种分辨率和多种视场组合同时成像，又可通过综合优化设计减轻重量，是一种多功能、低重量的综合成像系统。
【IPC分类】G02B27-10, G02B27-00
【公开号】CN104656262
【申请号】CN201510070230
【发明人】胡永富, 佟静波, 黄长宁, 解静, 吴建福, 汤天瑾
【申请人】北京空间机电研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月10日