[0001] 本发明涉及光学成像设备技术领域，具体涉及一种多光谱连续变焦摄像机光学系统。

[0002] 多光谱摄像机为广泛应用于机载或车载的光电拍摄设备，其主要用于获取目标光谱图像，并依据目标与背景的光谱特性差异来区分探测成像对象，并通过配置敏感波长，使
得特定类型的探测对象从背景中凸显出来，可将目标物从相适应背景中区分识别。

[0003] 现有技术中涉及的多光谱摄像机主要采用大小视场切换或多路独立双视场的设计形式，很难满足小型化及轻量化的需求，同时需要摄像机的数据处理系统实时性差、整体
结构复杂，不利于对迷彩目标的探测和识别。

[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼
此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0020] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0021] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0022] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0023] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0024] 实施例：请参阅图1 6，本发明优选实施例中的多光谱连续变焦摄像机光学系统包括沿光
~
轴方向依次设置的大物镜组1、变倍镜组2、第一补偿镜组3、第二补偿镜组4、后固定镜组5、
分光镜组6和滤光镜组7；分光镜组6和滤光镜组7将多光谱连续变焦摄像机光学系统分为第
一光谱通道701、第二光谱通道702、第三光谱通道703和第四光谱通道704；其中，分光镜组6
包括第一主分光镜601、第二次分光镜602和第三次分光镜603，
该第二次分光镜602和第三次分光镜603分别设于第一主分光镜601的两出光口
处，并且第二次分光镜602和第三次分光镜603分别位于不同方向。进一步地，该滤光镜组7
包括有四组滤光镜，第二次分光镜602和第三次分光镜603的两出光口处分别设有一组滤光
镜，第二次分光镜602或第三次分光镜603的其中一出光口与其中一组滤光镜分别属于其中
一光谱通道，且第一光谱通道701、第二光谱通道702、第三光谱通道703和第四光谱通道704
的成像波段各不相同。

[0025] 具体地，本发明的多光谱连续变焦摄像机光学系统，通过调整布置分光镜组和滤光镜组，利用第一主分光镜601、第二次分光镜602和第三次分光镜603将不同波段下成像进
行分离，然后通过在第二次分光镜602和第三次分光镜603的出光口处分别单独设置滤光
镜，将该多光谱连续变焦摄像机光学系统分为四路光谱系统，以将不同波段的宽光谱在四
个光谱通道处进行多光谱成像，实现了实时输出四路光谱图像，其通过区分识别迷彩目标
和周边环境下发出的不同波段，将迷彩目标成像至特定光谱通道，以获得迷彩目标的精确
图像。本申请中的多光谱连续变焦摄像机光学系统，其整体结构设置简单，且能够实现光谱
在不同波段下的高清成像。

[0026] 优选地，本申请中各光谱通道处还设有探测器，用以捕捉各光谱通道处的成像。

[0027] 进一步地，作为本发明的优选实施例，本申请中的第一主分光镜601的第一分光棱镜可供400 700nm的可见光透射，以及将720 1100nm的近红外观反射，以将400 700nm的可
~ ~ ~
见光从第一主分光镜601中的其中一出光口发出，并将720 1100nm的近红外光从第一主分
~
光镜601的另一出光口发出。本申请首先通过第一主分光镜601的第一分光棱镜将400
~
700nm的可见光和720 1100nm的近红外光进行区分，然后将两个波段进行分光，以便于后续
~
第二次分光镜602和第三次分光镜603的二次分光，其分光形式较为简单。

[0028] 进一步地，本申请中的第二次分光镜602的第二分光棱镜可反射400 640nm波长~
光，以将400 640nm波长光成像至第一光谱通道701；并供660 700nm波长光透射，以将660
~ ~ ~
700nm波长光成像至第二光谱通道702。同时，本申请中的第三次分光镜603的第三分光棱镜
可反射720 900nm波长光，以将720 900nm波长光成像至第三光谱通道703；并供920 1100nm
~ ~ ~
波长光透射，以将920 1100nm波长光成像至第四光谱通道704。本申请中第一主分光镜601、
~
第二次分光镜602和第三次分光镜603利用分光棱镜对不同波长光的反射和透射，将不同波
段光分别传输至不同光谱通道，其分光形式简单，结构布置便捷，且分光棱镜的数量较少，
能够整体降低该多光谱连续变焦摄像机光学系统的重量。

[0029] 优选地，本申请中第一分光棱镜的外形尺寸为23mm×23mm×23mm；第二分光棱镜的外形尺寸为20mm×20mm×20mm；第三分光棱镜的外形尺寸为20mm×20mm×20mm。各分光
棱镜尺寸的选择与多光谱连续变焦相机光学系统的整体结构尺寸相适应，在保证第一分光
棱镜中反射和透射的光可进入到第二分光棱镜和第三分光棱镜即可。

[0030] 进一步地，作为本发明的优选实施例，本申请中的第一光谱通道701内设有四个滤光镜，该第一光谱通道701内各滤光镜对应可通过波段为450nm±20nm、500nm±10nm、550nm
±20nm、450nm 640nm；同时第二光谱通道702内设有四个滤光镜，该第二光谱通道702内各
~
滤光镜对应可通过波段为660nm±10nm 、675nm±10nm、690nm±10nm、700nm±15nm；该第三
光谱通道703内设有四个滤光镜，第三光谱通道703内各滤光镜对应可通过波段为750nm±
15nm 、800nm±10nm、850nm±10nm、760nm 900nm；第四光谱通道704内设有四个滤光镜，该
~
第四光谱通道704内各滤光镜对应可通过波段为920nm±10nm、950nm±20nm、1000nm±
20nm、1064nm±20nm。本申请中的第二次分光镜602和第三次分光镜603分别将400 1100波
~
段进行分光，以得到400 640nm、660 700nm、720 900nm、920 1100nm四个波段；然后通过在
~ ~ ~ ~
各光谱通道内设置对应波段的滤光镜，以实现光学系统中各典型光谱波段的分光。值得注
意的是，本申请中第一光谱通道701内波段为450nm 640nm的滤光镜用于目标景物可见光成
~
像，第三光谱通道703内760nm 900nm的滤光镜用于目标景物近红外成像。优选地，各光谱通
~
道内各滤光镜的厚度为1mm，外径为15mm，且各镜片均采用石英材质。

[0031] 进一步地，作为本发明的优选实施例，本申请中的大物镜组1主要用于将目标景物光线汇聚于变倍镜组2的焦点处。具体地，大物镜组1沿光轴方向依次设置有第一透镜、第二
透镜和第三透镜，其中第一透镜为负光焦度的弯月透镜，所选材料为H‑LAF53，折射率为
1.743，阿贝数为49.22；第二透镜为正光焦度的弯月透镜，所选材料为H‑FK61B，折射率为
1.497，阿贝数为81.61；第三透镜为正光焦度的弯月透镜，所选材料为H‑FK95N，折射率为
1.438，阿贝数为94.52；第一透镜、第二透镜和第三透镜所选材料的配合可有效校正系统的
各波段色差，进而降低光学系统的整体设计难度。

[0032] 进一步地，作为本发明的优选实施例，本申请中的变倍镜组2的主要作用是实现连续变倍。具体地，该变倍镜组2包括沿光轴方向依次设置的第四透镜和第一胶合透镜，该第
四透镜为负光焦度的双凹透镜，所选材料为H‑LAF54，折射率为1.800，阿贝数为42.25；该第
一胶合透镜包括负光焦度的双凹透镜和正光焦度的弯月透镜，其通过双凹透镜和弯月透镜
用光敏胶胶合而成，所选材料分别为H‑LAF54和H‑ZF88，其中此处双凹透镜的折射率为
1.800，阿贝数为42.25，弯月透镜的折射率为1.946，阿贝数为17.94。

[0033] 进一步优选地，作为本发明的优选实施例，本申请中的第一补偿镜组3主要用于对变倍镜组2的变倍像差进行补偿。该第一补偿镜组3包括沿光轴方向依次设置的第五透镜和
第二胶合透镜，第五透镜为正光焦度的双凸透镜，所选材料为H‑ZBAF5，折射率为1.671，阿
贝数为47.29；第二胶合透镜包括正光焦度的双凸透镜和负光焦度的弯月透镜，其通过双凸
透镜和弯月透镜用光敏胶胶合而成，所选材料为H‑FK61B、H‑ZF52GT，其中此处双凸透镜的
折射率为1.497，阿贝数为81.61，弯月透镜的折射率为1.847，阿贝数为23.78。

[0034] 进一步地，第二补偿镜组4主要用于对变倍镜组2和第一补偿镜组3的剩余像差进行补偿。该第二补偿镜组4包括沿光轴方向设置的第三胶合透镜，其通过负光焦度的双凹透
镜和正光焦度的弯月透镜胶合而成，二者所选材料为H‑KF6、H‑ZF52GT，其中此处双凹透镜
的折射率为1.517，阿贝数为52.15，弯月透镜的折射率为1.847，阿贝数为23.78。

[0035] 具体地，本申请中的变倍镜组2、第一补偿镜组3和第二补偿镜组4形成三组变倍结构，其整体镜头数量较少，而常规的二组变倍无法校正各光谱的像差，避免了常规摄像系统
需要增加透镜数量进行校正各光谱像差的问题。

[0036] 进一步优选地，本申请中的后固定镜组5主要对变倍镜组2、第一补偿镜组3和第二补偿镜组4的剩余像差进行补偿。该后固定镜组5包括沿光轴方向设置的第六透镜，该第六
透镜为正光焦度的双凸透镜，所选材料为H‑QK3L，折射率为1.488，阿贝数为70.44。

[0037] 进一步优选地，本申请中的多光谱连续变焦摄像机光学系统的焦距范围为20mm~
400mm，其可实现400nm 1100nm中14种典型光谱波段高清成像，有利于远距离对迷彩伪装目
~
标的探测和识别，整体系统结构较为简单、重量轻、变倍比高且成像质量良好。

[0038] 进一步地，作为本发明的优选实施例，本申请中大物镜组1的最大外径尺寸为120mm，变倍镜组2的外径为39mm，第一补偿镜组3的外径尺寸为34mm，第二补偿镜组4的外径
尺寸为25mm。同时，当焦距分别为20mm和400mm时，大物镜组1与变倍镜组2沿光轴方向的间
隔为29.61mm和 151.94mm；变倍镜组2与第一补偿镜组3之间的间隔为175.01mm和3.31mm；
第一补偿镜组3与光阑之间的间隔为2.99mm和52.37mm；光阑与第二补偿镜组4之间的间隔
为3mm和11.41mm。变倍镜组2从大物镜组1至后固定镜组5做线性移动，焦距由短变长，其轴
向移动尺寸为122.33mm；第一补偿镜组3做非线性移动，其轴向移动尺寸为49.38mm；第二补
偿镜组4做非线性移动，其轴向移动尺寸为8.41mm。

[0039] 进一步地，作为本发明的优选实施例，本申请中变倍镜组2的焦距设计为‑30mm＜f＜‑15mm，第一补偿镜组3的焦距设计为20mm＜f＜35mm，第二补偿镜组4的焦距设计为‑60mm
＜f＜‑40mm，其可有效保证各波段下的成像质量，实现对目标在400nm 1100nm范围内各典
~
型光谱波段的高清成像。

[0040] 本申请中的多光谱连续变焦摄像机光学系统，其采用三组联动和正负组补偿相结合的设计方式，有效减少了该光学系统的镜片数量，实现了在20mm 400mm范围内的连续变
~
焦，其变倍比为20倍，F值3.7 4，整体光学结构简洁、重量轻、变倍比高、焦距长，像质优良，
~
可匹配各类高清成像组件。同时，本申请采用五组十二片式光学结构布局形式，以及各透镜
材料和形状的配合选择，可有效降低并平衡各波段像差，保证变倍过程中14种典型光谱波
段的成像良好。

[0041] 进一步地，本申请中的多光谱连续变焦摄像机光学系统在焦距为20mm、400mm状态下对应的点列图和传函图如图3 6所示。可以看出，本申请中的多光谱连续变焦摄像机光学
~
系统对不同焦距的各种像差都得到了很好的校正，轴上弥散斑小于1个像元，轴上MTF大于
0.55（90lp/mm），达到了多光谱连续变焦系统设计要求，具有较好的成像质量。

[0042] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。