紧凑型红外可见共光路变焦光学系统及目标探测方法.pdf

《紧凑型红外可见共光路变焦光学系统及目标探测方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《紧凑型红外可见共光路变焦光学系统及目标探测方法.pdf（8页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910879499.0 (22)申请日 2019.09.18 (71)申请人 北京小眼探索科技有限公司 地址 100036 北京市海淀区翠微中里14号 楼四层A437室 (72)发明人 刘相伟李卓荦 (74)专利代理机构 北京中索知识产权代理有限 公司 11640 代理人 胡大成 (51)Int.Cl. G02B 15/15(2006.01) G02B 7/10(2006.01) (54)发明名称 一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统 及目标探测方法 (57)摘要 本发明提。

2、供本发明提出了一种紧凑型红外 可见共光路变焦光学系统， 它包括： 可见光透镜 组、 折转反射镜一、 折转反射镜二和红外透镜组， 所述红外透镜组包括依次排列的红外调焦组、 红 外变焦镜组和红外补偿镜组， 所述红外调焦组中 心开设有通孔,所述可见光透镜组贯穿于通孔 中,所述折转反射镜一位于可见光透镜组与红外 变焦镜组之间,所述折转反射镜二位于折转反射 镜一的一侧,且折转反射镜二和折转反射镜一平 行设置， 包括红外后固定组,所述红外后固定组 设置在红外补偿镜组的一侧。 通过实施本发明使 得光路更加紧凑和简洁， 焦距可变， 成本更加低 廉， 而且降低变焦过程带来的畸变， 可满足小型 光电吊舱等平台对轻。

3、小型复合共光轴光学系统 的要求。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 110579866 A 2019.12.17 CN 110579866 A 1.一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 其特征在于， 它包括： 可见光透镜组(1)、 折转反射镜一(2)、 折转反射镜二(3)和红外透镜组(4)， 所述红外透镜组(4)包括依次排列 的红外调焦组(41)、 红外变焦镜组(42)和红外补偿镜组(43)， 所述红外调焦组(41)中心开 设有通孔(411),所述可见光透镜组(1)贯穿于通孔(411)中,所述折转反射镜一(2)位于可 见光透镜组(1)与红外变焦镜组(42)之间,所述折转反射镜二(3。

4、)位于折转反射镜一(2)的 一侧,且折转反射镜二(3)和折转反射镜一(2)平行设置。 2.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 其特征在于， 它还 包括： 红外后固定组(44),所述红外后固定组(44)设置在红外补偿镜组(43)的一侧。 3.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 其特征在于， 它还 包括： 凸轮机构(5),所述凸轮机构(5)包括凸轮一(51)、 凸轮二(52)和镜筒(53),所述凸轮 一(51)和凸轮二(52)设置在镜筒(53)内。 4.根据权利要求3所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 其特征在于， 所述 凸轮一(51)与红。

5、外调焦组(41)固定连接， 所述凸轮二(52)与红外补偿镜组(43)固定连接。 5.根据权利要求1所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 其特征在于， 所述 折转反射镜一(2)和折转反射镜二(3)分别与光轴呈45 夹角设置。 6.一种利用权利要求1-5任一权利要求所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系 统的目标探测方法， 其特征在于， 它包括以下步骤: 步骤一:可见光与红外光束共光轴入射至光学系统入口； 步骤二:当可见光入射平行光束经过可见光透镜组(1)时， 则成为会聚光束， 此时会聚 光束再经过折转反射镜一(2)折转， 再经过折转反射镜二(3)折转,与入射光轴垂直,在可见 相面成像；。

6、 步骤三:当红外入射平行光束经过由红外调焦组(41)、 折转反射镜一(2)、 红外变焦镜 组(42)、 红外补偿镜组(43)和红外后固定组(44)构成的红外光学系统之后， 在红外像面成 像； 步骤四:凸轮一(51)和凸轮二(52)沿着镜筒(53)内部轴向移动,并带动红外变焦镜组 (41)和红外补偿镜组(43)移动， 进行目标探测。 7.根据权利要求6所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统的目标探测方法， 其特征在于， 所述红外光学系统的工作波段8um14um。 8.根据权利要求6所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统目标探测方法， 其 特征在于， 所述可见光为固定焦距， 所述红外为变焦。

7、距。 9.根据权利要求6所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统目标探测方法， 其 特征在于， 所述红外变焦镜组(42)、 红外补偿镜组(43)和红外后固定组(44)沿着光轴方向 依次减缩设置。 10.根据权利要求6所述的一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统目标探测方法， 其 特征在于， 所述红外变焦镜组(42)、 红外补偿镜组(43)和红外后固定组(44)共光轴设置。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110579866 A 2 一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统及目标探测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种红外可见共光路变焦光学系统， 特别是一种紧凑型红外可见共光 路变焦光学系统及。

8、目标探测方法。 背景技术 0002 在光电探测系统中， 采用多波段探测可以提供目标的更多维度的信息， 红外与可 见波段复合是常见的多波段复合探测技术。 为获得高精度的目标位置， 实现高精度的图像 融合等技术； 同时， 为了使复合光学系统适用于球形头罩， 必须使红外和可见光学系统的入 射光轴一致， 实现共光轴成像。 0003 传统的共光路光学系统采用分光镜实现波段分光， 分光镜成本高昂， 分光效率一 般不高于90。 可见光和红外光学系统并排放置， 光学系统体积较大， 而且外形不是圆对 称， 不利于空间利用。 而在小型光电吊舱等平台上， 由于空间限制， 一般可见光与红外光路 并排放置， 降低了目标。

9、探测的精度。 0004 当前， 共光路光学系统已经有了一定的研究进展， 公开号为CN109975961A的中国 专利 “一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统” 公开了一种可见光与长波红外 共光路的光学系统， 公开号为CN109211413A的中国专利 “一种红外可见光共孔径成像光学 系统” 公开了一种包含主次反射镜的红外可见光共孔径成像光学系统， 公开号为 CN102495473A的中国专利 “一种可见光与红外光分光系统” 公开了一种可见光和红外光的 光路分离系统， 这些光学系统的共同特点是焦距固定， 缺少变焦的功能， 变焦光学设计通常 会对红外成像造成畸变的影响， 特别是红外和可见共。

10、光路设计后， 由于光路的复杂性提升， 畸变更加明显， 不能根据需要随意拉近或拉远镜头， 而随着光电探测的应用发展， 对变焦的 需求日益强烈， 亟待一种可变焦的共光路光学系统出现。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 解决传统共光 路光学系统体积较大， 焦距固定， 成本较高， 变焦出现畸变现象， 无法满足小型光电平台对 空间体积的要求的问题。 0006 为了解决现有技术的问题， 本发明提出了一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系 统， 它包括： 可见光透镜组、 折转反射镜一、 折转反射镜二和红外透镜组， 所述红外透镜组包 括依次排列的红外调焦组、 红外变焦。

11、镜组和红外补偿镜组， 所述红外调焦组中心开设有通 孔,所述可见光透镜组贯穿于通孔中,所述折转反射镜一位于可见光透镜组与红外变焦镜 组之间,所述折转反射镜二位于折转反射镜一的一侧,且折转反射镜二和折转反射镜一平 行设置。 0007 进一步的， 它还包括： 红外后固定组,所述红外后固定组设置在红外补偿镜组的一 侧。 0008 进一步的， 它还包括： 凸轮机构,所述凸轮机构包括凸轮一、 凸轮二和镜筒,所述凸 说明书 1/5 页 3 CN 110579866 A 3 轮一和凸轮二设置在镜筒内。 0009 进一步的， 所述凸轮一与红外调焦组固定连接， 所述凸轮二与红外补偿镜组固定 连接。 0010 进一。

12、步的， 所述折转反射镜一和折转反射镜二分别与光轴呈45 夹角设置。 0011 进一步的， 本发明还公开了一种利用紧凑型红外可见共光路变焦光学系统的目标 探测方法， 它包括以下步骤: 0012 步骤一:可见光与红外光束共光轴入射至光学系统入口； 0013 步骤二:当可见光入射平行光束经过可见光透镜组时， 则成为会聚光束， 此时会聚 光束再经过折转反射镜一折转， 再经过折转反射镜二折转,与入射光轴垂直,在可见相面成 像； 0014 步骤三:当红外入射平行光束经过由红外调焦组、 折转反射镜一、 红外变焦镜组、 红外补偿镜组和红外后固定组构成的红外光学系统之后， 在红外像面成像； 0015 步骤四:凸。

13、轮一和凸轮二沿着镜筒内部轴向移动,并带动红外变焦镜组和红外补 偿镜组移动， 进行目标探测。 0016 进一步的， 所述红外光学系统的工作波段8um14um。 0017 进一步的， 所述可见光为固定焦距， 所述红外为变焦距。 0018 进一步的， 所述红外变焦镜组、 红外补偿镜组和红外后固定组沿着光轴方向依次 减缩设置。 0019 进一步的， 所述红外变焦镜组、 红外补偿镜组和红外后固定组共光轴设置。 0020 本发明的有益效果为： 0021 1.通过可见光透镜组与红外透镜组排列方式的改变， 不仅减少了光学系统体积， 利于空间利用， 而且增加了目标探测的精度； 0022 2.红外后固定组结合红外。

14、补偿镜组对本发明能够实现连续变焦， 使得变焦过程中 每一个位置的图像非常清晰； 0023 3.通过光路设计的不断优化， 以及凸轮机构的调整， 更大程度的将畸变降到了很 小的范围， 从而实现共光路变焦的发明设计； 0024 4.通过实施本发明使得光路更加紧凑和简洁， 焦距可变， 成本更加低廉， 可满足小 型光电吊舱等平台对轻小型复合共光轴光学系统的要求。 附图说明 0025 图1为本发明紧凑型红外可见共光路变焦光学系统的结构示意图； 0026 图2为本发明紧凑型红外可见共光路变焦光学系统中凸轮机构的结构示意图。 0027 图例： 1.可见光透镜组； 2.折转反射镜一； 3.折转反射镜二； 4.红。

15、外透镜组； 41.红 外调焦组； 42.红外变焦镜组； 43.红外补偿镜组； 44.红外后固定组； 5.凸轮机构； 51.凸轮 一； 52.凸轮二； 53.镜筒； 54.电机。 具体实施方式 0028 下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。 0029 以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 说明书 2/5 页 4 CN 110579866 A 4 所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。 显然， 所描述的实施例仅仅是本公开 一部分实施例， 而不是全部的实施例。 本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实 施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同。

16、观点与应用， 在没有背离本公开的精神 下进行各种修饰或改变。 需说明的是， 在不冲突的情况下， 以下实施例及实施例中的特征可 以相互组合。 基于本公开中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例， 都属于本公开保护的范围。 0030 需要说明的是， 下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。 应显 而易见， 本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中， 且本文中所描述的任何特定结构 及/或功能仅为说明性的。 基于本公开， 所属领域的技术人员应了解， 本文中所描述的一个 方面可与任何其它方面独立地实施， 且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。。

17、 举例来说， 可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。 另外， 可使 用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或 实践此方法。 0031 还需要说明的是， 以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构 想， 图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、 形状及尺寸绘 制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改变， 且其组件布局型态也可 能更为复杂。 0032 另外， 在以下描述中， 提供具体细节是为了便于透彻理解实例。 然而， 所属领域的 技术人员将理解， 可在没有这些特定细节的情况下实践所述。

18、方面。 0033 实施例1 0034 本发明公开了一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统， 它包括可见光透镜组1、 折转反射镜一2、 折转反射镜二3和红外透镜组4， 红外透镜组4包括依次排列的红外调焦组 41、 红外变焦镜组42和红外补偿镜组43， 红外调焦组41中心开设有通孔411,与现有可见光 与红外光路并排放置相比， 该光路分光设计， 采用外形圆对称， 不仅减少了光学系统体积， 利于空间利用， 也解决了传统分光镜带来的成本高昂的问题， 而且增加了目标探测的精度， 可见光透镜组1贯穿于通孔411中,折转反射镜一2位于可见光透镜组1与红外变焦镜组42之 间,折转反射镜二3位于折转反射镜一2的一。

19、侧,且折转反射镜二3和折转反射镜一2平行设 置， 使得可见光学系统的光轴与红外光学系统的光轴平行， 即折转反射镜二3和折转反射镜 一2分别与主光轴呈等角设置,实现红外可见共光路光学系统， 通常， 变焦光学设计会对红 外成像造成畸变的影响， 在红外和可见共光路设计后， 由于光路的复杂性提升， 畸变更加明 显， 不能根据需要随意拉近或拉远镜头， 通过本发明光学设计的不断优化， 能够实现根据需 要随意拉近或拉远镜头的需求， 将畸变降到了很小的范围， 从而实现共光路变焦的发明设 计。 0035 本申请中主光轴指可见光与红外光束共光轴入射至光学系统入口的光轴。 0036 本发明还包括红外后固定组44,红。

20、外后固定组44设置在红外补偿镜组43的一侧， 红外后固定组44结合红外补偿镜组43对本发明能够实现连续变焦， 使得变焦过程中每一个 位置的图像非常清晰， 将变焦光学系统应用于可见光红外共光路光学系统中带来的畸变明 显降低， 获得高精度的目标位置。 0037 本发明还包括： 凸轮机构5,凸轮机构5包括凸轮一51、 凸轮二52、 镜筒53和电机54, 说明书 3/5 页 5 CN 110579866 A 5 电机54设置在镜筒53外壁， 凸轮一51和凸轮二52设置在镜筒53内， 凸轮一51与红外调焦组 41固定连接， 凸轮二52与红外补偿镜组43固定连接， 光路设计的不断优化， 以及凸轮机构5 的。

21、调整， 更大程度的将畸变降到了很小的范围， 从而实现共光路变焦的发明设计， 获得高精 度的目标位置。 0038 本发明中折转反射镜一2和折转反射镜二3分别与光轴呈45 夹角设置， 使得可见 光学系统的光轴与红外光学系统的光轴平行， 进而使得可见光图像与红外图像方向一致。 0039 实施例2 0040 本发明还公开了一种利用紧凑型红外可见共光路变焦光学系统的目标探测方法， 它包括以下步骤: 0041 步骤一:可见光与红外光束共光轴入射至光学系统入口； 0042 步骤二:当可见光入射平行光束经过可见光透镜组1时， 则成为会聚光束， 此时会 聚光束再经过折转反射镜一2折转90 ， 再经过折转反射镜二。

22、3折转90 ,使像面位于红外光 束之外， 与入射光轴垂直,在可见相面成像； 0043 步骤三:当红外入射平行光束经过由红外调焦组41、 折转反射镜一2、 红外变焦镜 组42、 红外补偿镜组43和红外后固定组44构成的红外光学系统之后， 在红外像面成像； 0044 步骤四:凸轮一51和凸轮二52沿着镜筒53内部轴向移动,并带动红外变焦镜组41 和红外补偿镜组43移动， 进行目标探测， 获得更加精准的目标。 0045 本发明在变焦过程中， 电机54驱动镜筒53的外壁使其旋转， 并推动凸轮一51和凸 轮二52按照镜筒53内壁的槽线进行轴向移动， 从而带动红外变焦镜组42和红外补偿镜组43 按照一定的。

23、轨迹移动， 最终实现红外成像的变焦效果。 0046 可见光透镜组1位于红外透镜组4入瞳位置附近， 仅遮挡红外光束的部分入射能 量， 不影响光学系统的成像效果。 0047 本发明中红外光学系统的工作波段8um14um， 能够达到5到30倍的连续变焦,增 加了目标探测的精度。 0048 本发明中可见光为固定焦距， 可见光红外为变焦距， 获得更好的探测目标的效果。 0049 本发明中红外变焦镜组42、 红外补偿镜组43和红外后固定组44沿着光轴方向依次 减缩设置， 使得光束更加聚集， 利于成像。 0050 本发明中红外变焦镜组42、 红外补偿镜组43和红外后固定组44共光轴设置， 使得 与可见光光学。

24、系统的光轴平行。 0051 本发明的工作原理： 通过光路设计的不断优化， 即可见光与红外共光路光学系统 设计、 分光系统设计、 变焦光学系统设计以及凸轮结构5的调整， 电机54驱动凸轮一51、 凸轮 二52， 带动红外变焦镜组42和红外补偿镜组43移动， 不仅获得空间体积小的光学系统， 而且 通过红外后固定组44结合红外补偿镜组43对本发明能够实现连续变焦， 使得变焦过程中每 一个位置的图像非常清晰， 将畸变降到了很小的范围， 从而实现共光路变焦的发明设计， 相 比现有共光路光学设计技术， 能够达到5到30倍的连续变焦,增加了目标探测的精度。 0052 本发明实现了一种紧凑型红外可见共光路变焦。

25、光学系统， 极大的减小了系统的空 间体积,使得光路更加紧凑和简洁， 焦距可变， 成本更加低廉， 将畸变降到了很小的范围， 从 而实现共光路变焦的发明设计， 可满足小型光电吊舱等平台对轻小型复合共光轴光学系统 的要求,解决现有技术中光路体积过大和成像质量不高的技术问题,特别是红外和可见共 说明书 4/5 页 6 CN 110579866 A 6 光路设计后， 由于光路的复杂性提升， 实现变焦功能,使得畸变更加明显的技术问题。 0053 以上所述， 仅为本公开的具体实施方式， 但本公开的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应 涵盖在本公开的保护范围之内。 因此， 本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。 说明书 5/5 页 7 CN 110579866 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 110579866 A 8 。