CN109445116A - 热像微光融合物镜光学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热像微光融合物镜光学系统，通过入射光轴上设置调焦透镜，透射光轴设置微光透镜组、微光像增强器或变焦纯光学透镜，以及反射光轴的热像透镜组、传感探测器，最终使得微光图像和传感探测器中热像图像在合像棱镜中实现共轴融合，将目标的微光图像和热图像经过合像棱镜合并，从而可以通过目镜观察到微光图像和热像图像，克服原热像微光融合系统的观察图像偏移现象。

Description

热像微光融合物镜光学系统

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种热像微光融合物镜光学系统。

背景技术

热成像技术和微光技术是夜视图像领域的研究重点，热像仪作用距离远，微光夜视仪成像清晰。长波热像的工作波段为8-14μm，属于长波红外波段，微光工作波段为400-900nm，属于可见光到近红外波段。微光的优势在于它是增强可见光，它具备可见光丰富的特征信息，例如在星光、月光或无光条件下，可阅读纸质书籍，但微光无法快速识别敌方的伪装，比如在树林里穿着迷彩服跟周围环境融在一起。热成像由于是靠温度差异来成像，且红外热量在大气中有一个特定波段，具备穿透能力，因此可以在雾霾、烟雾等环境下看到远处目标。

目前热像微光融合基本上都是采用两个不同的物镜系统：热像部分采用长波红外镜头，微光部分采用可见光镜头，两个镜头互不兼容。常规的热像微光融合均采用两个物镜平行放置的方式，由于物理结构的限制，使得两个镜头之间存在无法消除的光轴间隔，这就造成了系统调试时只能对某一距离的目标实现图像重合，对其它距离的目标则不能做到完全重合，从而出现图像偏移的现象，降低了观察体验度。

如何克服现有的热像微光融合技术在产品应用中的缺点，通过单一物镜组对目标的长波波段和可见光近红外波段实现共轴成像，消除因光轴间隔造成的成像误差，是本发明亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热像微光融合物镜光学系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种热像微光融合物镜光学系统，包括分光镜，分光镜的入射光轴上设置有调焦透镜；分光镜的透射光轴设置有微光透镜组，合像棱镜；反射光轴方向设置的热像透镜组；所述反射光轴还设置有传感探测器，传感探测器连接有显示屏，显示屏与合像棱镜一入射面对应设置；所述透射光轴还设有微光像增强器或变焦纯光学透镜，所述微光像增强器出射端与合像棱镜另一入射面对应，所述变焦纯光学透镜与合像棱镜共轴。

进一步的，所述传感探测器为一热像探测器，内设有热像面。

进一步的，透射光轴还设有目镜组，目镜组与合像棱镜共轴设置。

进一步的微光透镜组包括依次设置的微光第一透镜、微光第二透镜、微光第三透镜、微光第四透镜、微光第五透镜、微光第六透镜；所述微光第一透镜、微光第二透镜、微光第三透镜、微光第四透镜、微光第五透镜、微光第六透镜，所有透镜面型均为球面。

进一步的，所述热像透镜组包括共轴依次设置的热像第一透镜、热像第二透镜，所述热像第一透镜的第二面为衍射非球面，热像第二透镜的第一面为非球面。

进一步的，所述调焦透镜为宽光谱透镜，材料为宽光谱硫化锌。

进一步的，所述分光镜第一面镀有反光膜和增透膜，第二面镀增透膜。

进一步的，所述微光透镜组每个透镜焦距f的范围为23≤f≤26mm。

进一步的，所述热像透镜组每个透镜焦距f的范围为13≤f≤17mm。

本发明提供的热像微光融合物镜光学系统，通过入射光轴上设置调焦透镜，透射光轴设置微光透镜组、微光像增强器或变焦纯光学透镜，以及反射光轴的热像透镜组、传感探测器，最终使得微光图像和传感探测器中热像图像在合像棱镜中实现共轴融合，从而对目标的长波波段和可见光近红外波段实现共轴成像，消除原有的因光轴间隔造成的成像误差。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构

图1为本发明一实施例热像微光融合物镜光学系统的示意图；

图2为本发明一实施例微光物镜组光学结构示意图；

图3为本发明一实施例热像物镜组光学结构热成像示意图；

1-调焦透镜；2-分光镜；3-微光第一透镜；4-微光第二透镜-；5-微光第三透镜；6-微光第四透镜；7-微光第五透镜；8-微光第六透镜；9-微光像增强器；10-合像棱镜；11-目镜组；12-热像第一透镜；13-热像第二透镜；14-热像面；15-传感探测器；16-微光像面；17-OLED显示屏。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明最关键的构思在于：通过入射光轴上设置调焦透镜，透射光轴设置微光透镜组、微光像增强器或变焦纯光学透镜，以及反射光轴的热像透镜组、传感探测器，最终使得微光图像和传感探测器中图像在合像棱镜中实现共轴融合。

如图1所示，本发明提供一种热像微光融合物镜光学系统，包括分光镜2，分光镜2的入射光轴上设置有调焦透镜1；分光镜2的透射光轴设置有微光透镜组，合像棱镜10；反射光轴方向设置的热像透镜组；所述反射光轴还设置有传感探测器15，传感探测器15连接有显示屏，为OLED显示屏17，显示屏与合像棱镜10一入射面对应设置；所述透射光轴还设有微光像增强器9或变焦纯光学透镜，如图2所示，微光像增强9中设置有微光像面16，所述微光像增强器9出射端与合像棱镜10另一入射面对应，所述变焦纯光学透镜与合像棱镜10共轴。

从以上描述可知，本发明的有益效果在于：通过入射光轴上设置调焦透镜，透射光轴设置微光透镜组、微光像增强器或变焦纯光学透镜，以及反射光轴的热像透镜组、传感探测器，最终使得微光图像和传感探测器中热像图像在合像棱镜中实现共轴融合，消除了入射光轴和反射光轴上图像的光轴不重合的影响，将两个光轴完全重合，消除了目标距离对图像融合的影响。

实施例1：

如图3所示，所述传感探测器15为一热像探测器，内设有热像面14。

热像面14与探测器的靶面重合，如选取的微光像增强器9阴极面和荧光屏均为18mm，为国产超二代微光像增强器9，阴极面外部为厚度5.6mm的保护玻璃，荧光屏为微通道板。热像器件为384×288×17μm非制冷热像机芯，显示器件为0.6寸OLED显示屏。

微光物像成像在微光像增强器9的阴极面上，通过微光像增强器9电子放大，在微光像增强器9的荧光屏上形成人眼可分辨的图像；热像物像成像在探测器靶面上，并经探测器处理电路转换为视频信号，通过导线将视频信号传输至OLED显示屏17，输出人眼可分辨的图像；微光像增强器9放置在合像棱镜10前方，OLED显示屏17放置在合像棱镜10下方，利用合像棱镜10将微光像增强器9阳极面上的图像和OLED显示屏17的图像合并显示，实现了微光图像与热像图像的光轴重合。

实施例2：

如图1所示，所述透射光轴还设有目镜组11，目镜组11与合像棱镜10共轴设置。

合像棱镜10后方放置目镜，人眼通过目镜便单独观察微光图像或者热像图像，也可以同时观察二者融合的图像，客服了原热像微光融合系统的观察图像偏移现象。

实施例3：

如图1所示，微光透镜组包括依次设置的微光第一透镜3、微光第二透镜4、微光第三透镜5、微光第四透镜6、微光第五透镜7、微光第六透镜8；所述微光第一透镜3、微光第二透镜4、微光第三透镜5、微光第四透镜6、微光第五透镜7、微光第六透镜8，所有透镜面型均为球面。

光学结构为四组七片式结构，球面采用传统光学加工工艺，成本低。加工工艺不同，成本不同。微光第一透镜3、微光第二透镜4、微光第三透镜5、微光第四透镜6、微光第五透镜7、微光第六透镜8，所有透镜面型均为球面为了满足成像质量。

实施例4：

如图1所示，所述热像透镜组包括共轴依次设置的热像第一透镜12、热像第二透镜13，所述热像第一透镜12的第二面为衍射非球面，热像第二透镜13的第一面为非球面。

非球面采用现代先进加工工艺，成本高。加工工艺不同，成本不同，热像第一透镜12的第二面为衍射非球面，热像第二透镜13的第一面为非球面，从而满足成像质量。

实施例5：

所述调焦透镜1为宽光谱透镜，材料为宽光谱硫化锌。

共用宽光谱透镜，材料为宽光谱硫化锌，该材料制造的透镜在可见光至长波红外波段均具有较高的透过率，既作为微光成像的一部分，又作为热像成像的一部分，在校正微光物镜与热像物镜像差时应同时代入校正。

实施例6：

所述分光镜2第一面镀有反光膜和增透膜，第二面镀增透膜。

分光镜2沿光轴放置，两面均为平面，第一面对长波红外波段8-14微米波长镀反光膜，反射率大于94％，对数热像波段的光线进行反射，同时第一面针对可见光波段500-900nm波长镀增透膜，透过率大于85％，对可见光波段的光线进行透射；分光镜2第二面对可见光波段500-900nm波长镀增透膜，透过率大于85％，将可见光波段的光线进行透射。

实施例7：

所述微光透镜组每个透镜焦距f的范围为23≤f≤26mm。

例如所述微光部分的F数为1.05，焦距确定为为25.2mm，使其微光成像更加准确，从而与热像图像在合像棱镜10中进行融合。

实施例8：

所述热像透镜组每个透镜焦距f的范围为13≤f≤17mm。

例如热像部分的焦距为15.7mm，F数定为0.9，为了热像成像准确从而与微光图像在合像棱镜10中进行融合。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：包括分光镜，分光镜的入射光轴上设置有调焦透镜；分光镜的透射光轴设置有微光透镜组，合像棱镜；反射光轴方向设置的热像透镜组；所述反射光轴还设置有传感探测器，传感探测器连接有显示屏，显示屏与合像棱镜一入射面对应设置；所述透射光轴还设有微光像增强器或变焦纯光学透镜，所述微光像增强器出射端与合像棱镜另一入射面对应，所述变焦纯光学透镜与合像棱镜共轴。

2.如权利要求1所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述传感探测器为一热像探测器，内设有热像面。

3.如权利要求2所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述透射光轴还设有目镜组，目镜组与合像棱镜共轴设置。

4.如权利要求3所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：微光透镜组包括依次设置的微光第一透镜、微光第二透镜、微光第三透镜、微光第四透镜、微光第五透镜、微光第六透镜；所述微光第一透镜、微光第二透镜、微光第三透镜、微光第四透镜、微光第五透镜、微光第六透镜，所有透镜面型均为球面。

5.如权利要求4所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述热像透镜组包括共轴依次设置的热像第一透镜、热像第二透镜，所述热像第一透镜的第二面为衍射非球面，热像第二透镜的第一面为非球面。

6.如权利要求5所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述调焦透镜为宽光谱透镜，材料为宽光谱硫化锌。

7.如权利要求6所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述分光镜第一面镀有反光膜和增透膜，第二面镀增透膜。

8.如权利要求7所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述微光透镜组每个透镜焦距f的范围为23≤f≤26mm。

9.如权利要求8所述的热像微光融合物镜光学系统，其特征在于：所述热像透镜组每个透镜焦距f的范围为13≤f≤17mm。