[发明专利]一种紧凑型可见-红外双波段光学系统

说明书

本发明涉及一种紧凑型可见‑红外双波段光学系统，该系统包括可见光系统和红外系统，可见光系统包括无焦的非对称像差校正元件、正光焦度的透镜前组及透镜后组；非对称像差校正元件嵌入红外系统的正光焦度的红外第一透镜；可见光透过非对称像差校正元件到达正光焦度的透镜前组，经透镜前组汇聚到透镜后组，最后经过透镜后组成像在可见光探测器像面；红外光首先入射到红外第一透镜，经整个红外系统成像在红外探测器靶面。本发明采用可见光‑红外分立设计，可见和红外互不干扰，可实现工作波段可见450nm～650nm、红外8000nm～14000nm成像，在特征频率处成像质量优异，具有结构紧凑、体积小巧、重量轻等特点。

技术领域

本发明属于光学系统技术领域，涉及一种紧凑型可见-红外双波段光学系统。

背景技术

可见-红外双波段光学系统具有可见光和红外波段同时成像的特点，在民用、军用等各种领域有着广泛的应用。为了满足不同外界环境下快速、准确的发现、捕捉目标，并对目标进行准确的跟踪和测量，既要求光学系统能在白天提供高分辨的可见光图像，又要求系统能够在夜晚提供红外热图像，保证系统全天时的应用。

目前比较通用的技术方案仍然是采用单一波段的光学系统，其缺点在于：系统工作时间较为受限，无法满足全天时工作要求。即使采用双波段的方案，也会出现各种问题：第一、一般存在结构复杂、体积重量大等问题；第二、采用共孔径方案，会出现系统各波段相互干扰，各波段无法达到最优的成像质量；第三、目前实现双波段或多波段成像的系统大多采用折反射式结构方案，系统具有中心遮拦，较大程度的影响系统成像质量；第四、目前双波段系统较多采用共主光路，后组采用分光成像，分色镜的效率较大程度的影响系统各波段的成像效率。

由于现有双波段技术均采用折反射式前组可见-红外共光路，后组分光各波段分别成像在探测器上。由于前组采用反射式结构，系统的成像视场严重受限，一般不会超过6°；同时各波段光路相互干扰，导致系统杂散光线难以抑制，系统成像质量下降；另外系统存在分色镜，分色镜的效率较大程度影响后续系统的成像。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种紧凑型可见-红外双波段光学系统，该系统能有效抑制两个波段相互干扰，成像质量好，并且结构简单、体积较小。

为了解决上述技术问题，本发明的紧凑型可见-红外双波段光学系统包括可见光系统和红外系统，可见光系统包括正光焦度的透镜前组及透镜后组；其特征在于所述的可见光系统还包括无焦的非对称像差校正元件，非对称像差校正元件嵌入红外系统的正光焦度的红外第一透镜；可见光透过非对称像差校正元件到达正光焦度的透镜前组，经透镜前组汇聚到透镜后组，最后经过透镜后组成像在可见光探测器像面；红外光首先入射到红外第一透镜，经整个红外系统成像在红外探测器靶面。

所述的可见光非对称像差校正元件嵌入红外第一透镜靠近边缘的圆孔中，用于校正系统前部保护玻璃、头罩或窗口引入的非对称像差。

进一步，本发明还可以包括反射镜；所述的非对称像差校正元件嵌入红外第一透镜中心的圆孔中；可见光透过可见非对称像差校正元件后入射到反射镜，经反射镜反射后入射到透镜后组。

本发明还可以包括反射镜；非对称像差校正元件嵌入在红外第一透镜的偏离中心位置的圆孔中；可见光经过非对称像差校正元件校正非对称像差后入射到反射镜，经反射镜反射后入射到透镜前组。

所述的可见非对称像差校正元件至少含有一片自由曲面元件，自由曲面元件的入射面为自由曲面，出射面为球面；自由曲面面形表达式如下：

r²＝x²+(y-y_dec)²