一種高分辨率可見光/近紅外共光路光學系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分辨率可見光/近紅外共光路光學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 目前，現(xiàn)有廣泛應用的光學系統(tǒng)根據(jù)觀測對象的不同整體上能夠分為兩大部分： 可見光光學系統(tǒng)和紅外光學系統(tǒng)，其中，一般的紅外光學系統(tǒng)涉及到的紅外為短波紅外，可 見光光學系統(tǒng)和紅外光學系統(tǒng)具有各自的優(yōu)點和缺點，可見光光學系統(tǒng)成像分辨率高、成 本低，但是在雪霧等惡劣天氣下探測距離受限；短波紅外光學系統(tǒng)具有良好的透霧能力，但 成本較高，分辨率受限。為了能夠使光學系統(tǒng)既能進行可見光的觀測，也能進行紅外觀測， 目前的光學系統(tǒng)分為三部分：可見光分系統(tǒng)、紅外分系統(tǒng)和公共分系統(tǒng)，比如說：申請?zhí)枮?201310248836. 9的中國專利申請公開了一種光學系統(tǒng)，包括公共部分、可見光后組和紅外 光后組，該光學系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙波段的探測。該光學系統(tǒng)雖然是一個光學系統(tǒng)，但是該光學 系統(tǒng)將可見光和紅外光進行了劃分，可見光后組只用來探測可見光，紅外光后組只用來探 測紅外光，所以，該系統(tǒng)結構復雜，無法用一個光學系統(tǒng)同時實現(xiàn)兩種波段的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種高分辨率可見光/近紅外共光路光學系統(tǒng)，用以解決傳 統(tǒng)的雙波段的光學系統(tǒng)結構較為復雜的問題。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種高分辨率可見光/近紅外共光路光學系 統(tǒng)，包括從物方到像方同軸依次設置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡 和探測器焦平面，所述第二透鏡中的靠近物方的表面為諧衍射面；
[0005] 該光學系統(tǒng)的設計指標為：工作波段為0. 4~1. 2 μ m，F(xiàn)/#為3. 0,視場角 16° X12。，分辨率1280X1024,焦距為45.5mm，光學傳函MTF在50線對（lp/mm)時兩個 波段均大于0.7。
[0006] 所述光學系統(tǒng)還包括孔徑光闌，所述孔徑光闌設置在第一透鏡與物方之間。
[0007] 所述第一透鏡為正光焦度透鏡，所述第二透鏡為正光焦度透鏡，所述第三透鏡為 負光焦度透鏡，所述第四透鏡為負光焦度透鏡，所述第五透鏡為正光焦度透鏡。
[0008] 所述第一透鏡為雙凸透鏡，所述第二透鏡彎向物方，所述第三透鏡為雙凹透鏡，所 述第四透鏡彎向像方，所述第五透鏡為雙凸透鏡。
[0009] 所述諧衍射面的中心波長為1. 12 μ m。
[0010] 所述第一透鏡至第五透鏡的材料均為玻璃材料，具體為：所述第一透鏡的材料為 QK3,所述第二透鏡的材料為ZK9,所述第三透鏡的材料為F2,所述第四透鏡的材料為ZF6， 所述第五透鏡的材料為LAF3。
[0011] 所述探測器為黑硅CMOS傳感器。
[0012] 所述第一透鏡的厚度為7mm，所述第二透鏡的厚度為2. 2mm，所述第三透鏡的厚度 為8. 6_，所述第四透鏡的厚度為3. 1_，所述第五透鏡的厚度為2. 8mm ;所述第一透鏡與第 二透鏡的間隔為0. 5mm，第二透鏡與第三透鏡的間隔為I. 1mm，第三透鏡與第四透鏡的間隔 為11. 9mm，第四透鏡與第五透鏡的間隔為0. 5mm，第五透鏡與探測器焦平面的間隔為10mm。
[0013] 本發(fā)明提供的高分辨率可見光/近紅外共光路光學系統(tǒng)主要只包括五個透鏡，并 且該光學系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)雙波段：〇. 4~0. 7 μ m可見光工作波段和0. 7~1. 2 μ m短波紅外 工作波段，該光學系統(tǒng)中并沒有針對可見光和紅外光分別設置獨立的分系統(tǒng)，只需一個系 統(tǒng)并且只需一個光路即可實現(xiàn)可見光和紅外光的觀測，提高了目標的識別效率，降低了虛 警率。并且，該光學系統(tǒng)分辨率高，最大可以為1280X1024。
[0014] 該光學系統(tǒng)巧妙地將諧衍射透鏡成功地引入光學系統(tǒng)的設計中，在兩個波段內(nèi)同 時滿足了系統(tǒng)的成像和校正像差要求，具有良好的消像差特性。
[0015] 另外，由于無需設置兩個分系統(tǒng)，結構得到了大幅度簡化，系統(tǒng)僅采用5片透鏡， 即可實現(xiàn)雙波段的檢測；而且，大大降低了工藝要求，結構緊湊、片數(shù)少、體積小、透過率高。
【附圖說明】
[0016] 圖1是高分辨率可見光/近紅外共光路光學系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0018] 如圖1所示，高分辨率可見光/近紅外共光路光學系統(tǒng)包括從物方到像方同軸依 次設置的孔徑光闌1、第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4、第四透鏡5、第五透鏡6和探測器 焦平面7。其中，第二透鏡3中的靠近物方的表面為諧衍射面。
[0019] 該光學系統(tǒng)的設計指標為：工作波段為0. 4~1. 2 μ m，F(xiàn)/#為3. 0,視場角 16° X12。，分辨率1280X1024,焦距為45.5mm，光學傳函MTF在50線對（lp/mm)時兩個 波段均大于0.7。
[0020] 基于以上基本的設計指標參數(shù)，本實施例給出一種光學系統(tǒng)的具體結構。
[0021] 第二透鏡3中的靠近物方的表面為諧衍射面，該第二透鏡3的另一個表面以及其 他透鏡的兩個表面均為球面。
[0022] 諧衍射透鏡也稱為多級衍射透鏡，其特點是相鄰環(huán)帶間的光程差是設計波長λ。 的整數(shù)P (Ρ多2)倍，在空氣中透鏡最大厚度為ρ λ ^(n-l)，是普通衍射透鏡的ρ倍。諧衍 射透鏡各衍射級次的衍射效率可表示為：
[0024] 其中m = p，p±l，p±2，…所得的一系列分離波長稱為諧波長，sine是辛格函數(shù) 的表達式。
[0025] p越大，波段內(nèi)可以利用的諧波長就越多，所覆蓋的波段也越寬。但是，隨著p的增 大，材料色散的影響也越大，因此P的取值實際上就是折射透鏡色散和衍射透鏡色散的平 衡問題。我們?nèi) = 2,全波段范圍內(nèi)衍射效率能達到80%。
[0026] 對于上述諧衍射面，中心波長為λ。= 1. 12 μm。物方的外界景物輻射按該光學 系統(tǒng)中的各個透鏡依次穿過，光線通過諧衍射透鏡時所產(chǎn)生的最大相位差是4π (p = 2)， 中心波長為λ。= L 12 μ m，取m = 2, m = 4時對應波長λ = L 12 μ m，λ = 〇· 56 μ m為 系統(tǒng)的諧振波長，取0. 4~0. 7 μ m和0. 7~I. 2 μ m為工作波段，覆蓋的頻譜區(qū)衍射效率達 80%〇
[0027] 在本實施例中，探測器為黑硅CMOS傳感器，通過使