阅读说明：本技术 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 (Compact infrared visible common-light-path zooming optical system and target detection method ) 是由 刘相伟 李卓荦 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提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小型复合共光轴光学系统的要求。(The invention provides a compact infrared visible common-path zooming optical system, which comprises: visible light battery of lens, a catadioptric speculum one, a catadioptric speculum two and infrared battery of lens, infrared battery of lens is including the infrared focusing group, the infrared zoom group and the infrared compensation group of lens that arrange in proper order, the through-hole has been seted up at infrared focusing group center, the visible light battery of lens runs through in the through-hole, catadioptric speculum one is located between visible light battery of lens and the infrared zoom group of lens, the catadioptric speculum is two in one side of a catadioptric speculum one, and a catadioptric speculum two and a parallel arrangement of catadioptric speculum, including infrared after-fixing group, infrared after-fixing group sets up the one side at the infrared compensation group of lens. By implementing the invention, the optical path is more compact and concise, the focal length is variable, the cost is lower, the distortion caused by the zooming process is reduced, and the requirements of platforms such as a small photoelectric pod and the like on a light and small composite common optical axis optical system can be met.)

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

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目标探测方法。

背景技术

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。

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，降低了目标探测的精度。

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

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。

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。

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。

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,所述凸轮一和凸轮二设置在镜筒内。

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。

进一步的，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。

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:

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；

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；

步骤四:凸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。

进一步的，所述红外光学系统的工作波段8um～14um。

进一步的，所述可见光为固定焦距，所述红外为变焦距。

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。

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。

本发明的有益效果为：

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；

2.红外后固定组结合红外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；

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；

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

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；

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。

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

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

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。

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。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。

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。

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方面。

实施例1

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。

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。

本发明还包括红外后固定组44,红外后固定组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。

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,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。

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。

实施例2

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:

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90°，再经过折转反射镜二3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；

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，获得更加精准的目标。

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按照一定的轨迹移动，最终实现红外成像的变焦效果。

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。

本发明中红外光学系统的工作波段8um～14um，能够达到5到30倍的连续变焦,增加了目标探测的精度。

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。

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。

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，使得与可见光光学系统的光轴平行。

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。

本发明实现了一种紧凑型红外可见共光路变焦光学系统，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。

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。