CN106772977A - 一种红外与可见光双光融合显微镜头及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外与可见光双光融合显微镜头及装配方法，所述显微镜头中红外组件与反射镜座相连，透过红外光线，通过红外探测器接收；所述可见光组件与分光镜座相连，透过可见光，通过CCD接收；物镜组件位于反射镜和分光镜之间，反射镜和分光镜相互平行；分光镜固定在分光镜位置调节块上，分光镜位置调节块安装在分光镜座上，分光镜位置可调节；反射镜固定在反射镜位置调节块上，反射镜位置调节块安装在反射镜座上，反射镜位置可调节。本发明通过分光反射，将小景深的红外显微热像和可见光图像分别成像融合，既发挥了红外显微镜的优势又使图像清晰可见，并解决了折反式红外系统中心偏过大和装配难度较大的问题。

Description

一种红外与可见光双光融合显微镜头及装配方法

技术领域

本发明属于红外显微热像系统技术领域，尤其涉及一种红外与可见光双光融合显微镜头及装配方法。

背景技术

红外显微热像系统属显微系统，该系统集成了红外热像仪的测温功能及光学显微镜的显微放大功能，主要用于测量微小物体温度信息及红外特性，可应用于微型半导体芯片无损检测、集成电路短路故障查找、MEMS器件热成像分析、微流体热分析、显微活体红外探测、文本证件防伪识别等方向。红外显微测温属于非接触式测温，与传统的接触式测温相比，有测温速度快、不会损坏所测物体等优势。

虽然目前的红外热像仪与红外显微热像系统在多个领域已有应用，但由于红外热像技术是利用物体自身辐射的红外线进行成像的，因此所生成的图像只是物体的轮廓图，而无法清晰呈现物体真实形貌。目前主要通过共光路红外光/可见光显微图像融合解决此问题。

国内外对图像融合进行了大量的研究，但均是对红外热像仪(望远系统)的图像融合，而红外显微热像系统(显微系统)的图像融合并未见有人研究。红外热像仪属望远系统，由于其景深很大，望远系统根据其性能不同，景深大约为几米至几百米范围，可以显示物体的全貌。而红外显微热像系统的景深很小，仅为30μm左右，无法拍摄高度差大于30μm物体的全貌，而图像融合主要是根据物体特征点的多少进行处理的，红外显微热像系统的红外显微图特征信息与红外热像仪相比少很多，因此图像融合难度更大。

折反式红外系统能够在小空间内实现光线方向的改变，有效缩短红外光学系统的长度，节约空间，降低成本。但该系统在设计和装配方面难度较大，特别是核心组件折反镜位置精度难以保证，可靠性较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种红外与可见光双光融合显微镜头及装配方法，本发明通过分光反射，将小景深的红外显微热像和可见光图像分别成像并融合，既发挥了红外显微镜的优势又使图像清晰可见；同时提出了可调节的结构设计和其装配方案，解决了中心偏过大和装配难度较大的问题。

本发明的技术方案如下：一种红外与可见光双光融合显微镜头，所述显微镜头包括反射镜1、反射镜位置调节块2、反射镜座3、分光镜4、分光镜位置调节块5、分光镜座6、物镜组件7、可见光组件8和红外组件9，其中，所述红外组件9与反射镜座3相连，透过红外光线，并通过红外探测器接收；所述可见光组件8与分光镜座6相连，透过可见光，并通过CCD接收；所述物镜组件7位于反射镜1和分光镜4之间，反射镜1和分光镜4相互平行；所述分光镜4固定在分光镜位置调节块5上，分光镜位置调节块5固定在分光镜座6上；所述反射镜1固定在反射镜位置调节块2上，反射镜位置调节块2固定在反射镜座3上。反射镜1位于反射光路上，将红外光线二次反射；所述分光镜4位于共光路上分离红外光线，透过可见光；所述可见光组件8位于透射光路上，接收可见光；所述红外组件9位于分光光路上，接收红外光。

进一步地，反射镜位置调节块2从外侧通过螺钉与反射镜座3连接，反射镜位置调节块2上设有螺孔，利用调节螺钉调整反射镜1位置。

进一步地，所述分光镜座6两侧设有两块凸出的侧翼10，侧翼10通过螺钉连接在分光镜座6上，分光镜位置调节块5从外部插入分光镜座6中，通过螺钉连接在凸出的侧翼10；分光镜位置调节块5上设有螺孔，利用调节螺钉调整分光镜4位置。

进一步地，物镜组件7位于分光镜座6和反射镜座3之间，物镜组件7通过螺钉安装在反射镜座3上；所述物镜组件7包括内镜筒和镜片。

进一步地，反射镜座3和分光镜座6相互连接，连接后使反射镜1和分光镜4相互平行，保证光线从分光镜座物镜进入，通过分光镜分离红外光线和可见光，可见光透射，红外通过反射镜二次折反。

本发明还提供一种红外与可见光双光融合显微系统镜头装配方法，所述装配方法包括以下步骤：

步骤1将分光镜装入分光镜调节块中，固定在分光镜座两翼，利用中心偏测量仪对分光镜位置进行调校；

调校方法利用分光镜调校装置完成，具体操作如下：所述调校装置由分光镜位置调节块、分光镜、分光镜座、两个平晶13、垂直设置的两个平晶固定座、中心偏测量仪15和中心测试台16组成；

其中分光镜座6两侧设有两块凸出的侧翼10，侧翼10通过螺钉连接在分光镜座6上，分光镜位置调节块5安装在分光镜座6中，通过螺钉连接在凸出的侧翼10；分光镜位置调节块5上设有螺孔，利用调节螺钉调整分光镜4位置，平晶13安装在平晶固定座中，平晶固定座分别安装于分光镜座6入射光路和反射光路的位置，分光镜座6通过夹具固定在中心偏测量仪的气浮旋转台上；

将分光镜固定在分光镜位置调节块中，将分光镜位置调节块安装在分光镜座上，但两者的相对位置可以调节，将平晶装入平晶固定座中，分别将两块平晶固定座固定在分光镜座上入射光路方向和反射光路方向，将分光镜座装在夹具上，固定在中心偏测量仪的气浮旋转台上进行调校，使其满足光学系统的要求；

步骤2将反射镜装入反射镜调节块中，将反射镜位置调节块固定在反射镜座，利用中心偏测量仪对反射镜位置进行调校，调校方法同步骤1；

步骤3将平晶取下，在反射镜座上装上物镜组件，再通过中心偏测量仪进行微调，依次将调校好的反射镜座和分光镜座连接，再将可见光组件连接到分光镜座，红外组件连接到反射镜座。

进一步地，通过中心偏测量仪的气浮旋转台来调校分光镜座，使分光镜座的上端面与中心偏测量仪的光轴垂直，端面跳动≤10″；分光镜座的轴心与中心偏测量仪的光轴重合，轴向跳动≤0.02mm；

通过分光镜位置调节块来调节分光镜的角度，使平晶通过分光镜的反射呈现在CCD靶面的中心偏差≤10″，此时分光镜的角度位置很好的满足光学系统的要求；

分光镜的角度位置确定后，取下平晶，安装红外组件，同时对红外组件的位置进行微调，使其中心偏差≤50″。

所述红外组件包括红外物镜组和红外探测器；所述可见光组件包括可见光物镜组和CCD。

本发明的原理如下：本发明利用分光镜，将红外光线和可见光分离，同时通过反射镜二次折反，将显微系统共光路中的红外光线和可见光线分别接收并融合成像。同时针对折反系统中心偏过大和装配难度较大的问题，通过分体式的镜头座和可调节的反射镜、分光镜设计，利用中心偏测量仪和平晶，对镜头几个部分进行分别调校然后再装配。本发明通过分光反射，将小景深的红外显微热像和可见光图像分别成像并融合，既发挥了红外显微镜的优势又使图像清晰可见；同时提出了可调节的结构设计和其装配方案，解决了中心偏过大和装配难度较大的的问题。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用折反是红外系统有效缩短红外光学系统的长度，节约空间，降低成本；本发明通过分光反射，将小景深的红外显微热像和可见光图像分别成像并融合，既发挥了红外显微镜的优势又使图像清晰可见；同时提出了可调节的结构设计和其装配方案，解决了中心偏过大和装配难度较大的的问题。

附图说明

图1是红外与可见光双光融合显微系统镜头结构示意图

图2分光镜调校示意图；

图3反射镜调校示意图；

图4为分光镜座示意图；

图中标记：1-反射镜，2-反射镜位置调节块，3-反射镜座，4-分光镜，5-分光镜位置调节块，6-分光镜座，7-物镜组件，8-可见光组件，9-红外组件，10-侧翼，11-窗口镜片，13-平晶，15-中心偏测量仪，16-中心测试台。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下技术方案。

实施例1

如图1所示，一种红外与可见光双光融合显微系统镜头包括：反射镜1、反射镜位置调节块2、反射镜座3、分光镜4、分光镜位置调节块5、分光镜座6、物镜组件7、可见光组件8、红外组件9和窗口镜片11,

分光镜座6两侧装有两个侧翼10，通过螺钉固定在分光镜座两侧。

分光镜4固定在分光镜位置调节块5上，分光镜位置调节块5上设有螺孔从外部插入分光镜座6槽中，在分光镜座6外部通过螺钉和分光镜座6两翼连接，利用调节螺钉调整分光镜位置。

反射镜1固定在反射镜位置调节块2上，反射镜位置调节块2上设有螺孔，用内六角螺钉从外侧与反射镜座3连接，利用调节螺钉调整反射镜位置，

物镜组件7包括内镜筒和镜片，通过螺钉固定在反射座上。

反射镜座6和分光镜座3相互连接，连接后所述反射镜座和分光镜座连接使反射镜和分光镜相互平行。保证光线从分光镜座物镜进入，通过分光镜分离红外光线和可见光，可见光透射，红外通过反射镜二次折反。

红外组件9包括红外物镜组和红外探测器，红外组件9与反射镜座3相连，透过红外光线，并通过红外探测器接收；

所述可见光组件8包括可见光物镜组和CCD，可见光组件8与分光镜座6相连，透过可见光，并通过CCD接收。

实施例2

步骤1将分光镜装入分光镜调节块中点胶，将分光镜座两翼通过螺钉固定在分光镜座两侧。将分光镜调节块插入分光镜座中，通过螺钉固定在分光镜座两翼，利用中心偏测量仪对分光镜位置进行调校，方法如下：

调校方法利用分光镜调校装置完成，如图2所示，所述调校装置由分光镜位置调节块、分光镜、分光镜座、第一平晶13a、第二平晶13b、垂直设置的两个平晶固定座、中心偏测量仪15和中心测试台16组成；

其中分光镜座6两侧设有两块凸出的侧翼10(见图4)，侧翼10通过螺钉连接在分光镜座6上，分光镜位置调节块5安装在分光镜座6中，通过螺钉连接在凸出的侧翼10；分光镜位置调节块5上设有螺孔，利用调节螺钉调整分光镜4位置，平晶13安装在平晶固定座中，平晶固定座分别安装于分光镜座6入射光路和反射光路的位置，分光镜座6通过夹具固定在中心偏测量仪的气浮旋转台上；

通过中心偏测量仪的气浮旋转台来调校分光镜座，使分光镜座的上端面与中心偏测量仪的光轴垂直，端面跳动≤10″；分光镜座的轴心与中心偏测量仪的光轴重合，轴向跳动≤0.02mm。

通过分光镜位置调节块来调节分光镜的角度，使平晶通过分光镜的反射呈现在CCD靶面的中心偏差≤10″，此时分光镜的角度位置很好的满足光学系统的要求。

分光镜的角度位置确定后，取下平晶，安装红外物镜组，同时对它的位置进行微调，使其中心偏差≤50″。

步骤2将反射镜装入反射镜调节块中点胶。将反射镜位置调节块从反射镜座外侧装入通过螺钉固定在反射镜座，利用中心偏测量仪对反射镜位置进行调校，方法如下：

如图3所示，调校装置由反射镜位置调节块、反射镜、反射镜座、1个平晶、平晶固定座、内六角螺钉和中心偏测量仪组成，将反射镜点胶固定在反射镜位置调节块中；用内六角螺钉将反射镜位置调节块安装在反射镜座上，但两者的相对位置可以调节；将平晶装入平晶固定座中(见图3，平晶竖直设置，与反射镜呈45°)，并用内六角螺钉，将一块平晶固定座固定在反射镜座上；将反射镜座装在特制的夹具上，固定在中心偏测量仪的气浮旋转台上。

通过中心偏测量仪的气浮旋转台来调校反射镜座，使反射镜座的上端面与中心偏测量仪的光轴垂直，端面跳动≤10″；反射镜座的轴心与中心偏测量仪的光轴重合，轴向跳动≤0.02mm。

通过反射位置调节块来调节反射镜的角度，使平晶通过反射镜的反射呈现在CCD靶面的中心偏差≤10″，此时反射镜的角度位置很好的满足光学系统的要求。

反射镜的角度位置确定后，取下平晶，安装红外物镜组，同时对它的位置进行微调，使其中心偏差≤50″。

步骤3将平晶取下，在反射镜座上装上物镜组件，再通过中心偏测量仪进行微调，依次将调校好的反射镜座和分光镜座连接，再将可见光组件连接到分光镜座，红外组件连接到反射镜座。

Claims (7)

1.一种红外与可见光双光融合显微镜头，其特征在于，所述显微镜头包括反射镜(1)、反射镜位置调节块(2)、反射镜座(3)、分光镜(4)、分光镜位置调节块(5)、分光镜座(6)、物镜组件(7)、可见光组件(8)和红外组件(9)，其中，所述红外组件(9)与反射镜座(3)相连，透过红外光线，并通过红外探测器接收；所述可见光组件(8)与分光镜座(6)相连，透过可见光，并通过CCD接收；所述物镜组件(7)位于反射镜(1)和分光镜(4)之间，反射镜(1)和分光镜(4)相互平行；所述分光镜(4)固定在分光镜位置调节块(5)上，分光镜位置调节块(5)固定在分光镜座(6)上；所述反射镜(1)固定在反射镜位置调节块(2)上，反射镜位置调节块(2)固定在反射镜座(3)上。

2.如权利要求1所述的红外与可见光双光融合显微镜头，其特征在于，反射镜位置调节块(2)通过螺钉与反射镜座(3)连接，反射镜位置调节块(2)上设有螺孔，利用调节螺钉调整反射镜(1)位置。

3.如权利要求1所述的红外与可见光双光融合显微镜头，其特征在于，所述分光镜座(6)两侧设有两块凸出的侧翼(10)，侧翼(10)通过螺钉连接在分光镜座(6)上，分光镜位置调节块(5)安装在分光镜座(6)中，通过螺钉连接在凸出的侧翼(10)；分光镜位置调节块(5)上设有螺孔，利用调节螺钉调整分光镜(4)位置。

4.如权利要求1所述的红外与可见光双光融合显微镜头，其特征在于，所述物镜组件(7)位于分光镜座(6)和反射镜座(3)之间，物镜组件(7)通过螺钉安装在反射镜座(3)上；所述物镜组件(7)包括内镜筒和镜片。

5.如权利要求1所述的红外与可见光双光融合显微镜头，其特征在于，所述反射镜座(3)和分光镜座(6)相互连接，连接后使反射镜(1)和分光镜(4)相互平行，保证光线从分光镜座物镜进入，通过分光镜分离红外光线和可见光，可见光透射，红外光线通过反射镜二次折反。

6.一种红外与可见光双光融合显微镜头装配方法，其特征在于，所述装配方法包括以下步骤：

步骤1将分光镜装入分光镜调节块中，固定在分光镜座两翼，利用中心偏测量仪对分光镜位置进行调校；

调校方法利用分光镜调校装置完成，具体操作如下：所述调校装置由分光镜位置调节块、分光镜、分光镜座、两个平晶(13)、垂直设置的两个平晶固定座、中心偏测量仪15和中心测试台16组成；

其中分光镜座(6)两侧设有两块凸出的侧翼(10)，侧翼(10)通过螺钉连接在分光镜座(6)上，分光镜位置调节块(5)安装在分光镜座(6)中，通过螺钉连接在凸出的侧翼(10)；分光镜位置调节块(5)上设有螺孔，利用调节螺钉调整分光镜(4)位置，平晶(13)安装在平晶固定座中，平晶固定座分别安装于分光镜座(6)入射光路和反射光路的位置，分光镜座(6)通过夹具固定在中心偏测量仪的气浮旋转台上；

将分光镜固定在分光镜位置调节块中，将分光镜位置调节块安装在分光镜座上，但两者的相对位置可以调节，将平晶装入平晶固定座中，分别将两块平晶固定座固定在分光镜座上入射光路方向和反射光路方向，将分光镜座装在夹具上，固定在中心偏测量仪的气浮旋转台上进行调校，使其满足光学系统的要求；

步骤2将反射镜装入反射镜调节块中，将反射镜位置调节块固定在反射镜座，利用中心偏测量仪对反射镜位置进行调校；

步骤3将平晶取下，在反射镜座上装上物镜组件，再通过中心偏测量仪进行微调，依次将调校好的反射镜座和分光镜座连接，再将可见光组件连接到分光镜座，红外组件连接到反射镜座。

7.如权利要求6所述的红外与可见光双光融合显微镜头装配方法，其特征在于，通过中心偏测量仪的气浮旋转台来调校分光镜座，使分光镜座的上端面与中心偏测量仪的光轴垂直，端面跳动≤10″；分光镜座的轴心与中心偏测量仪的光轴重合，轴向跳动≤0.02mm；

通过分光镜位置调节块来调节分光镜的角度，使平晶通过分光镜的反射呈现在CCD靶面的中心偏差≤10″，此时分光镜的角度位置很好的满足光学系统的要求；

分光镜的角度位置确定后，取下平晶，安装红外组件，同时对红外组件的位置进行微调，使其中心偏差≤50″。