基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统的制作方法

1.本发明涉及光学系统技术领域，具体涉及一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统。


背景技术：

2.森林防火监测设备中一般装载光学成像系统，它主要是采用物方或像方扫描等方式实现，用于对森林环境进行实时监测，实现火险等级预警预报、病虫害林业资源管理、火灾热点和火情管理。由于森林防火监测设备长期工作于各种恶劣天气条件下，例如高温、低温、雨雪、大风等，容易导致森林防火监测设备中的扫描镜等机构出现问题，影响设备正常工作。并且，现有的光学成像系统主要采用滤光片切换方式获取不同光谱图像数据，由于切换带来的时间差将导致不同谱段数据对应的同一目标其环境发生改变，进行图像差分处理时，计算结果也会因此产生较大误差，影响系统的报警准确率。


技术实现要素：

3.为了解决现有森林防火监测设备中以物方或像方扫描等方式实现的光学成像系统存在的扫描镜在恶劣天气环境下易出现问题影响设备正常工作的问题以及由于采用滤光片切换方式所带来的一些问题，本发明提供一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统。
4.本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
5.本发明的基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统，包括：主镜、次镜、分色镜、第一校正镜组、第二校正镜组、第一点源探测器和第二点源探测器；入射光依次通过主镜、次镜、分色镜后分成两路光线，一路光线通过第一校正镜组校正后入射至第一点源探测器上，通过第一点源探测器接收能量；同时另一路光线通过第二校正镜组校正后入射至第二点源探测器上，通过第二点源探测器接收能量；通过双点源探测器即第一点源探测器和第二点源探测器同时对目标进行成像，同时获取目标的光谱数据。
6.进一步的，所述分色镜对3～4微米谱段光线透过，对4～5微米谱段反射。
7.进一步的，所述第一校正镜组由第一校正镜、第二校正镜、第三校正镜组成；通过分色镜分光后的一路光线依次通过第一校正镜、第二校正镜、第三校正镜校正后入射至第一点源探测器上。
8.进一步的，所述第二校正镜组由第四校正镜、第五校正镜、第六校正镜组成；通过分色镜分光后的另一路光线依次通过第四校正镜、第五校正镜、第六校正镜校正后入射至第二点源探测器上。
9.进一步的，所述主镜、次镜、第一校正镜、第二校正镜、第三校正镜、第四校正镜、第五校正镜、第六校正镜均为球面。
10.进一步的，所述第一校正镜和第四校正镜的光焦度均为正，第二校正镜和第五校正镜的光焦度均为负，第三校正镜和第六校正镜的光焦度均为正。
11.进一步的，所述主镜的曲率半径为-450.9mm；所述次镜的曲率半径为-112.85mm；所述第一校正镜前表面的曲率半径为30.56mm，后表面的曲率半径为43.40mm；所述第二校正镜前表面的曲率半径为173.57mm，后表面的曲率半径为55.71mm；所述第三校正镜前表面的曲率半径为21.21mm，后表面的曲率半径为19.98mm；所述第四校正镜前表面的曲率半径为30.56mm，后表面的曲率半径为43.40mm；所述第五校正镜前表面的曲率半径为173.57mm，后表面的曲率半径为55.71mm；所述第六校正镜前表面的曲率半径为21.21mm，后表面的曲率半径为19.98mm。
12.进一步的，所述主镜的厚度为-163.13mm；所述次镜的厚度为212.46mm；所述分色镜的厚度为2mm；所述第一校正镜的厚度为5.18mm；所述第二校正镜的厚度为3.99mm；所述第三校正镜的厚度为6.29mm；所述第四校正镜的厚度为5.18mm；所述第五校正镜的厚度为3.99mm；所述第六校正镜的厚度为6.29mm。
13.进一步的，所述主镜的材料为mirror；所述次镜的材料为mirror；所述分色镜的材料为silicon；所述第一校正镜的材料为silicon；所述第二校正镜的材料为germanium；所述第三校正镜的材料为silicon；所述第四校正镜的材料为silicon；所述第五校正镜的材料为germanium；所述第六校正镜的材料为silicon。
14.进一步的，该光学成像系统的光学指标为：
15.(1)焦距：143mm；
16.(2)入瞳口径：80mm；
17.(3)视场：
±
0.2
°
；
18.(4)成像圆直径《1mm；
19.(5)系统总长：320mm。
20.本发明的有益效果是：
21.本发明的一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统，采用分色镜分光，双点源探测器接收能量，能同时对目标区域进行不同光谱数据获取和成像。
22.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
23.(1)工作稳定性及环境适应性更强
24.本发明采用分色镜分光，两路光线可同时对目标进行成像，获取目标的光谱数据，不需要物方或像方扫描镜，系统工作稳定性及环境适应性大大提升。
25.(2)系统结构简单，成本低
26.本发明采用全球面设计，主镜、次镜和两组校正镜组均为球面，尤其是主次镜采用球面设计，可大大降低系统的加工和检测成本。
27.两组校正镜组均为三片式结构设计，材料选择硅和锗，两组校正镜组均采用正、负、正的光焦度，将
±
0.2
°
视场的光线全部汇聚到对应的点源探测器中，实现高效聚焦功能。两组校正镜组均采用球面设计，没有高次非球面，因此加工成本也进一步降低，有利于系统的工程化。
28.另外，本发明中，采用分色镜分光的方式，分色镜可对3～4微米谱段光线透过，对4～5微米谱段反射，不需要在探测器前放置带通滤光片即可同时获取双光谱数据，节约了滤光片制作成本。
29.(3)结构稳定性及环境适应性更强
30.本发明采用双点源探测器，同时获取参考波段数据和co2吸收光谱波段数据，规避了采用单探测器前放置滤光片轮进行不同光谱数据获取方式带来的结构不稳定性，因此本发明的环境适应性优于常规扫描成像系统及需要滤光片切换的光学系统。
31.(4)双谱段图像数据可同步获取，提升系统的报警准确率
32.本发明中，双谱段图像数据可同步获取，实现对目标区域的同步图像处理分析，没有时间差，避免常规系统为获取不同光谱图像数据，切换滤光片带来的不同谱段数据时间差较大的问题。现有采用滤光片切换方式获取不同光谱图像数据，由于切换带来的时间差将导致不同谱段数据对应的同一目标其环境发生改变，进行图像差分处理时，计算结果也会因此产生较大误差，影响系统的报警准确率。而本发明所采用的双谱段图像数据同步获取则可以规避这样的问题，大大提升系统的报警准确率。
附图说明
33.图1为本发明的一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统的光路示意图。
34.图中，1、主镜，2、次镜，3、分色镜，4、第一校正镜组，401、第一校正镜，402、第二校正镜，403、第三校正镜，5、第二校正镜组，501、第四校正镜，502、第五校正镜，503、第六校正镜，6、第一点源探测器，7、第二点源探测器。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
36.如图1所示，本发明的一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统，主要包括：主镜1、次镜2、分色镜3、第一校正镜组4、第二校正镜组5、第一点源探测器6和第二点源探测器7。
37.入射光依次通过主镜1、次镜2、分色镜3后分成两路光线，一路光线通过第一校正镜组4校正后入射至第一点源探测器6上，通过第一点源探测器6接收能量；同时另一路光线通过第二校正镜组5校正后入射至第二点源探测器7上，通过第二点源探测器7接收能量。通过双点源探测器即第一点源探测器6和第二点源探测器7同时对目标进行成像，可同时获取目标的光谱数据即参考波段数据和co2吸收光谱波段数据。
38.其中，第一校正镜组4主要由第一校正镜401、第二校正镜402、第三校正镜403组成。通过分色镜3分光后的一路光线依次通过第一校正镜401、第二校正镜402、第三校正镜403校正后入射至第一点源探测器6上。
39.其中，第二校正镜组5主要由第四校正镜501、第五校正镜502、第六校正镜503组成。通过分色镜3分光后的另一路光线依次通过第四校正镜501、第五校正镜502、第六校正镜503校正后入射至第二点源探测器7上。
40.本实施方式中，分色镜3可对3～4微米谱段光线透过，可对4～5微米谱段反射。
41.本实施方式中，主镜1、次镜2、第一校正镜401、第二校正镜402、第三校正镜403、第四校正镜501、第五校正镜502、第六校正镜503均采用全球面设计，即主镜1、次镜2、第一校正镜401、第二校正镜402、第三校正镜403、第四校正镜501、第五校正镜502、第六校正镜503均为球面。
42.本实施方式中，第一校正镜组4和第二校正镜组5均采用三片式结构设计，其中，第一校正镜401和第四校正镜501的光焦度均为正，第二校正镜402和第五校正镜502的光焦度均为负，第三校正镜403和第六校正镜503的光焦度均为正；利用正-负-正的光焦度，将
±
0.2
°
视场的光线全部汇聚到双点源探测器中，实现高效聚焦。
43.本发明的一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统，其光学指标如下所示：
44.(1)焦距：143mm；
45.(2)入瞳口径：80mm；
46.(3)视场：
±
0.2
°
；
47.(4)成像圆直径《1mm(小于点源探测器感光面尺寸)；
48.(5)系统总长：320mm。
49.本发明的一种基于全球面、分色镜和双点源探测器的光学成像系统，各镜片参数如下表所示。
[0050][0051][0052]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。