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一种共口径可见光与近红外的成像光学系统及其应用

一种共口径可见光与近红外的成像光学系统及其应用

IPC分类号 : G02B13/00,G02B7/00,G02B7/02

申请号
CN202110041845.5
可选规格
  • 专利类型: 发明专利
  • 法律状态: 有权
  • 申请日: 2021-01-13
  • 公开号: 112363303A
  • 公开日: 2021-02-12
  • 主分类号: G02B13/00
  • 专利权人: 佛山科学技术学院

专利摘要

本发明提供一种共口径可见光与近红外的成像光学系统,沿光轴从物面到像平面依次包括整流罩D、光阑S、双胶合透镜C1、双凸正光焦度透镜L3、双胶合透镜C2、弯月形负光焦度透镜L6、双凸正光焦度透镜L7以及滤光片F;双胶合透镜C1由双凸正光焦度透镜L1与双凹负光焦度透镜L2组成;双胶合透镜C2由双凹负光焦度透镜L4与弯月形负光焦度透镜L5组成。本发明还提供一种共口径可见光与近红外的成像光学系统在中医诊断领域以及军事光学导引技术领域的应用。本发明实现可见光及近红外的共光路设计,并在可见光及近红外两个谱段都能够清晰成像;同时可解决分立式的光学系统体量庞大和成像质量低的问题,有利于在中医诊断和军事光学导引技术中广泛应用及推广。

权利要求

1.一种共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:沿光轴从物面到像平面依次包括整流罩D、光阑S、双胶合透镜C1、双凸正光焦度透镜L3、双胶合透镜C2、弯月形负光焦度透镜L6、双凸正光焦度透镜L7以及滤光片F;所述双胶合透镜C1由双凸正光焦度透镜L1与双凹负光焦度透镜L2组成;所述双胶合透镜C2由双凹负光焦度透镜L4与弯月形负光焦度透镜L5组成。

2.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述双胶合透镜C1的光焦度φC1与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-0.18≤φC1/φ≤-0.08。

3.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述双凸正光焦度透镜L3的光焦度φL3与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

2.25≤φL3/φ≤2.85。

4.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述双胶合透镜C2的光焦度φC2与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-1.75≤φC2/φ≤-1.25。

5.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述弯月形负光焦度透镜L6的光焦度ΦL6与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-1.55≤φL6/φ≤-1.15。

6.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述双凸正光焦度透镜L7的光焦度ΦL7与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

1.2≤φL7/φ≤1.6。

7.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述成像光学系统的光圈F#在1.5到3之间。

8.根据权利要求1所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:所述滤光片F的光学面镀制有可见光谱段的增透膜层、近红外谱段的增透膜层或者覆盖可见光到近红外谱段的增透膜层。

9.一种权利要求1至8中任一项所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统在中医诊断领域的应用,其特征在于:成像光学系统作为面诊仪设备或舌诊仪设备的光学成像装置,以获取人体面部图像信息或舌像特征信息。

10.一种权利要求1至8中任一项所述的共口径可见光与近红外的成像光学系统在军事光学导引技术领域的应用,其特征在于:成像光学系统作为导引头光学系统;所述导引头光学系统设置在导引头的前端,实现全天时成像制导。

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域,更具体地说,涉及一种共口径可见光与近红外的成像光学系统及其应用。

背景技术

现有的成像光学系统虽然已经取得了不错的性能和广泛的应用,例如安防、监控、航拍和测量等。而现有的成像光学系统应用中,大多采用分立式光学系统。

例如在中医智能诊断设备中,面诊仪或舌诊仪设备采用光学成像方法,获取人体面部图像信息或舌像特征信息,为中医诊断提供数字化、客观化的辅助信息,是现代中医诊疗装备智能化、实用化发展的重要途径。在面诊仪或舌诊仪设备中,一般采用分立的光学系统获取不同谱段人体面部或舌像特征信息,导致设备系统较为复杂,不同谱段之间配准精度较低,相互校验的有效性不高。

在军事领域上的光学导引技术也采用成像光学系统实现对超视距目标的精确探测与识别,为精密制导提供了远距离高识别率的目标寻的。而现有的光学导引技术大多也是采用分立式的光学系统设置在导引头的前端以作为成像制导。然而,分立式的光学系统对目标进行不同谱段的探测增加了导引头的体积与重量,无法满足轻小型化要求,且不同光学系统的视轴一致性难以保证,降低了精确制导的精度。当前的光学导引技术也有采用红外复合式光学系统的,但是该红外复合式光学系统主要集中在红外波段的双谱段或多谱段,受限于红外器件的性能,探测精度相对较低,一般应用于远距离点目标的探测,实现发现目标的功能,在目标识别能力方面有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足,提供一种共口径可见光与近红外的成像光学系统及其应用;本发明的成像光学系统实现可见光及近红外的共光路设计,并在可见光及近红外两个谱段都能够清晰成像;同时可解决分立式的光学系统体量庞大和成像质量低的问题,并有利于在中医诊断和军事光学导引技术中广泛应用及推广。

为了达到上述目的,本发明通过下述技术方案予以实现:一种共口径可见光与近红外的成像光学系统,其特征在于:沿光轴从物面到像平面依次包括整流罩D、光阑S、双胶合透镜C1、双凸正光焦度透镜L3、双胶合透镜C2、弯月形负光焦度透镜L6、双凸正光焦度透镜L7以及滤光片F;所述双胶合透镜C1由双凸正光焦度透镜L1与双凹负光焦度透镜L2组成;所述双胶合透镜C2由双凹负光焦度透镜L4与弯月形负光焦度透镜L5组成。

所述双胶合透镜C1的光焦度φC1与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-0.18≤φC1/φ≤-0.08。

所述双凸正光焦度透镜L3的光焦度φL3与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

2.25≤φL3/φ≤2.85。

所述双胶合透镜C2的光焦度φC2与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-1.75≤φC2/φ≤-1.25。

所述弯月形负光焦度透镜L6的光焦度ΦL6与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-1.55≤φL6/φ≤-1.15。

所述双凸正光焦度透镜L7的光焦度ΦL7与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

1.2≤φL7/φ≤1.6。

所述成像光学系统的光圈F#在1.5到3之间。本发明的光阑S位于双凸正光焦度透镜L1的前表面上。

所述滤光片F的光学面镀制有可见光谱段的增透膜层、近红外谱段的增透膜层或者覆盖可见光到近红外谱段的增透膜层。

一种上述的共口径可见光与近红外的成像光学系统在中医诊断领域的应用,其特征在于:成像光学系统作为面诊仪设备或舌诊仪设备的光学成像装置,以获取人体面部图像信息或舌像特征信息。

本发明采用共口径可见光与近红外的成像光学系统作为面诊仪设备或舌诊仪设备的光学成像装置,面诊仪设备或舌诊仪设备通过该成像光学系统在可见光及近红外两个谱段都能够清晰成像的特点,并结合高性能探测器,则可能够获取配准精度达到像素级的多谱段光学图像,从而可以提高面诊仪或舌诊仪利用光学成像获取人体面部或舌像特征信息的准确度。

一种上述的共口径可见光与近红外的成像光学系统在军事光学导引技术领域的应用,其特征在于:成像光学系统作为导引头光学系统;所述导引头光学系统设置在导引头的前端,实现全天时成像制导。

本发明的成像光学系统作为导引头光学系统,可使得导引头在具备全天时光学成像的同时,兼具高分辨率、轻小型化以及宽工作温度范围的特点,有利于提高光学导引头的制导性能。该成像光学系统在军事光学导引技术领域的应用优点为:

1)成像光学系统在可见光及近红外谱段都能够清晰成像,光谱范围覆盖0.45μm~1.0μm,两个谱段的最佳像面共焦面,实现白天与夜晚全天时成像,导引头作战效能大幅提升。

2)成像光学系统实现共口径设计,体积与重量大幅下降,与高性能CMOS探测器匹配工作,一套镜头可以实现两个谱段成像,且视轴一致性好。

3)空间分辨率高,满足导引头对远距离目标的成像探测需。

4)无热化效果好,在-40℃~+60℃范围内均不虚焦,成像质量优异。

与现有技术相比,本发明具有如下优点与有益效果:本发明共口径可见光与近红外的成像光学系统实现可见光及近红外的共光路设计,并在可见光及近红外两个谱段都能够清晰成像;同时可解决分立式的光学系统体量庞大和成像质量低的问题,并有利于在中医诊断和军事光学导引技术中广泛应用及推广。

附图说明

图1是本发明共口径可见光与近红外的成像光学系统的示意图;

图2是本发明成像光学系统在20℃时可见光谱段的光学传递函数曲线图;

图3 为本发明成像光学系统在20℃时近红外谱段的光学传递函数曲线图

图4 为本发明成像光学系统可见光及近红外全谱段范围的光学传递函数曲线图;

图5 为本发明成像光学系统在-40℃时可见光谱段的光学传递函数曲线图;

图6 为本发明成像光学系统在-40℃时近红外谱段的光学传递函数曲线图;

图7 为本发明成像光学系统在+60℃时可见光谱段的光学传递函数曲线图;

图8 为本发明成像光学系统在+60℃时近红外谱段的光学传递函数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例一

如图1至图8所示,本发明共口径可见光与近红外的成像光学系统沿光轴从物面到像平面Ima依次包括整流罩D、光阑S、双胶合透镜C1、双凸正光焦度透镜L3、双胶合透镜C2、弯月形负光焦度透镜L6、双凸正光焦度透镜L7以及滤光片F,其中,双胶合透镜C1由双凸正光焦度透镜L1与双凹负光焦度透镜L2组成,双胶合透镜C2由双凹负光焦度透镜L4与弯月形负光焦度透镜L5组成。

具体地说,双胶合透镜C1的光焦度φC1与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-0.18≤φC1/φ≤-0.08。

双凸正光焦度透镜L3的光焦度φL3与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

2.25≤φL3/φ≤2.85。

双胶合透镜C2的光焦度φC2与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-1.75≤φC2/φ≤-1.25。

弯月形负光焦度透镜L6的光焦度ΦL6与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

-1.55≤φL6/φ≤-1.15。

双凸正光焦度透镜L7的光焦度ΦL7与成像光学系统的光焦度φ满足以下关系:

1.2≤φL7/φ≤1.6。

本发明成像光学系统的光圈F#在1.5到3之间。本发明的光阑S位于双凸正光焦度透镜L1的前表面上。

本发明实例中,可根据不同应用需求,滤光片F光学面可以镀制有可见光谱段的增透膜层、近红外谱段的增透膜层或者覆盖可见光到近红外谱段的增透膜层。

本实施例成像光学系统的光学参数具体如下表所示。

在本发明实例中,由上述透镜组成的成像光学系统达到如下技术指标:

(1)工作波段:可见光0.45μm~0.65μm,近红外0.65μm~1μm;(2)焦距:72mm;(3)探测器:1024*1024,5.5μm;(4)相对孔径:F#/2.4;(5)像元分辨率:0.076mrad。

在本发明实例中,成像光学系统可以与高性能CMOS探测器匹配工作,结合滤光片F上膜层的设置,可分别实现可见光、近红外或者可见光至近红外全谱段的探测成像。

图2、图3以及图4分别表征了本发明实例光学系统在20℃时,可见光谱段、近红外谱段以及可见光及近红外全谱段下的光学传递函数曲线分布。其中,可见光谱段的平均光学传递函数值达到了0.61@90lp/mm,近红外谱段的平均光学传递函数值达到了0.59@90lp/mm;可见光及近红外全谱段下的光学传递函数值达到了0.58@90lp/mm,在常温下成像质量优异。

在本发明实例中,成像光学系统的结构件采用铝合金材料,光学系统避免采用HFK61等有利于降低色差但容易造成热离焦的玻璃材料,通过光机被动无热化设计,光学玻璃与结构材料的热参数进行匹配,实现了在-40℃~+60℃范围的无热化设计。图5~图8分别表征了本发明实例光学系统在-40℃下可见光谱段、近红外谱段以及+60℃下可见光谱段、近红外谱段的光学传递函数曲线分布。其中,-40℃下可见光谱段的平均光学传递函数值达到了0.51@90lp/mm,近红外谱段的平均光学传递函数值达到了0.61@90lp/mm;+60℃下可见光谱段的平均光学传递函数值达到了0.64@90lp/mm,近红外谱段的平均光学传递函数值达到了0.51@90lp/mm。因此,本发明成像光学系统在不同温度下,成像质量均十分优异,能够适应复杂温度环境。

实施例二

本发明共口径可见光与近红外的成像光学系统在中医诊断领域的应用为:成像光学系统作为面诊仪设备或舌诊仪设备的光学成像装置,以获取人体面部图像信息或舌像特征信息。

本发明采用共口径可见光与近红外的成像光学系统作为面诊仪设备或舌诊仪设备的光学成像装置,面诊仪设备或舌诊仪设备通过该成像光学系统在可见光及近红外两个谱段都能够清晰成像的特点,并结合高性能探测器,则可能够获取配准精度达到像素级的多谱段光学图像,从而可以提高面诊仪或舌诊仪利用光学成像获取人体面部或舌像特征信息的准确度。

实施例三

本发明共口径可见光与近红外的成像光学系统在军事光学导引技术领域的应用为:成像光学系统作为导引头光学系统,该导引头光学系统设置在导引头的前端,实现全天时成像制导。

本发明的成像光学系统作为导引头光学系统,可使得导引头在具备全天时光学成像的同时,兼具高分辨率、轻小型化以及宽工作温度范围的特点,有利于提高光学导引头的制导性能,保证对军事打击目标的清晰成像与跟踪。该成像光学系统可以与高性能CMOS探测器匹配工作,结合滤光片F上膜层的设置,可分别实现可见光、近红外或者可见光至近红外全谱段的探测成像,用于光学精确制导导引头系统,实现全天时成像制导。

该成像光学系统在军事光学导引技术领域的应用优点为:

1)成像光学系统在可见光及近红外谱段都能够清晰成像,光谱范围覆盖0.45μm~1.0μm,两个谱段的最佳像面共焦面,实现白天与夜晚全天时成像,导引头作战效能大幅提升。

2)成像光学系统实现共口径设计,体积与重量大幅下降,与高性能CMOS探测器匹配工作,一套镜头可以实现两个谱段成像,且视轴一致性好。

3)空间分辨率高,满足导引头对远距离目标的成像探测需。

4)无热化效果好,在-40℃~+60℃范围内均不虚焦,成像质量优异。

上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

一种共口径可见光与近红外的成像光学系统及其应用专利购买费用说明

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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