CN109581619B - 一种自动检焦装置及航空相机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动检焦装置以及航空相机。该自动检焦装置，应用于航空相机，所述航空相机包括扫描反射镜和探测器，该装置包括：检焦光源，用于产生检焦光线；检焦反射镜组件，可与所述扫描反射镜配合使所述检焦光源产生的检焦光线进入所述航空相机的成像系统成像，所述探测器对成像系统所成的像进行采集；调焦装置，用于调节所述航空相机的焦距；以及控制器，用于控制所述检焦反射镜组件是否与所述扫描反射镜配合以启动或完成检焦和根据所述探测器采集的像控制所述调焦装置运动使所述探测器采集的像清晰。该自动检焦装置具有重复定位精度高、稳定性好等优点，实现实时精确检焦。

Description

一种自动检焦装置及航空相机

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种自动检焦装置及航空相机。

背景技术

近年来，红外航空相机逐步由短焦距、低分辨率向长焦距、高分辨率方向发展，航空相机工作时所处的环境变化迅速且复杂，航空相机在空中成像时，由于温度、大气压力和照相距离的变化会造成离焦的现象，严重影响图像的清晰度和分辨率，长焦距相机尤其如此。所以要获得高清晰度的图像，就需要相机在拍照前，进行自动检调焦。目前，航空相机上常用的检调焦方法为光电自准直式，采用在像面上放置一个光栅作为目标，通过光学系统成像后，再通过一个反射镜将其反射回到像面上，使用光敏元件接收，通过接收到的能量来判断焦面。但是，每个焦面位置都需要进行光敏元件反馈电压值的采集和分析，并根据多个焦面位置的对应电压值的大小判断焦面位置从而获得调焦镜的移动方向，由于反射镜摆动速度变化、相机自身姿态控制、飞机姿态变化等原因，多个焦面位置的电压值可能会受到干扰，实际电压值会发生偏离，降低检焦精度。

发明内容

为了解决现有技术存在检焦精度较低的技术问题，本发明实施例提供了一种自动检焦装置以及航空相机，能够实现航空相机自动高精度检焦。

第一方面提供一种自动检焦装置，该自动检焦装置应用于航空相机，所述航空相机包括扫描反射镜和探测器，其中，包括：

检焦光源，用于产生检焦光线；

检焦反射镜组件，可与所述扫描反射镜配合使所述检焦光源产生的检焦光线进入所述航空相机的成像系统成像，所述探测器对成像系统所成的像进行采集；

调焦装置，用于调节所述航空相机的焦距；以及

控制器，用于控制所述检焦反射镜组件是否与所述扫描反射镜配合以启动或完成检焦和根据所述探测器采集的像控制所述调焦装置运动使所述探测器采集的像清晰。

结合第一方面的实现方式，所述检焦光源包括黑体靶标，所述自动检焦装置还包括共轭透镜组件，所述共轭透镜组件位于所述黑体靶标和所述检焦反射镜组件之间；所述黑体靶标产生的光线经过所述共轭透镜组件到达所述检焦反射镜组件。

结合第一方面的实现方式，所述检焦反射镜组件包括与所述控制器连接的检焦电机、与所述检焦电机连接的检焦传动轴和固定在所述检焦传动轴上的检焦反射镜，所述检焦反射镜在检焦电机的带动下可以进入或者退出所述航空相机的光路。

结合第一方面的实现方式，所述检焦反射镜组件还包括设置在所述检焦传动轴上的检焦传动齿轮、固定在所述航空相机上的第一电限位、固定在所述航空相机上的第二电限位；所述检焦反射镜进入所述航空相机的光路时，所述检焦传动齿轮与第一电限位接触；所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路时，所述检焦传动齿轮与第二电限位接触。

结合第一方面的实现方式，所述检焦反射镜组件还包括固定在所述航空相机上的第一限位磁铁和固定在所述航空相机上的第二限位磁铁；所述检焦反射镜进入所述航空相机的光路时，所述检焦反射镜与所述第一限位磁铁吸合；所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路时，所述检焦反射镜与所述第二限位磁铁吸合。

结合第一方面的实现方式，还包括与控制器连接的编码器，所述编码器安装在所述调焦装置上。

结合第一方面的实现方式，所述控制器通过所述编码器得到当前无穷远物体对应的焦面位置，再根据温度、压力对应离焦量数据表，得到标准条件下的无穷远物体对应的焦面。

结合第一方面的实现方式，所述检焦反射镜进入所述航空相机的光路时，所述检焦反射透镜与检焦光源的光轴成45度。

结合第一方面的实现方式，所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路时，所述检焦反射透镜回转50度。

第三方面提供一种航空相机，包括上述的自动检焦装置。

本发明的有益效果是：本发明实施例的自动检焦装置通过控制器控制检焦反射镜组件和调焦装置完成自动检焦，具有重复定位精度高、稳定性好、易于安装调试等优点，实现实时精确检焦。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明实施例的航空相机的立体前视图。

图2为本发明实施例的航空相机的立体后视图。

图3为本发明实施例的航空相机的立体侧视图。

图4为本发明实施例的检焦装置检焦原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的航空相机的立体前视图。图2为本发明实施例的航空相机的立体后视图。图3为本发明实施例的航空相机的立体侧视图。图4为本发明实施例的检焦装置检焦原理示意图。

请参照图1至图4，本发明实施例的航空相机包括相机机身(图中未示出)、探测器8、扫描反射镜20(图1至图3中未示出)、成像系统、自动检焦装置和镜座15。

本发明实施例的成像系统包括透镜组件10、第一折叠镜11、第二折叠镜14和第一光学组件21。该第一折叠镜11和第二折叠镜14的使用是为了是本发明实施例的航空相机更加紧凑。镜座15是个光学盒子，中空，用于容置成像系统，其第一侧(即图1中的右侧)放置有第一光学组件21，其与第一侧相对的第二侧放置有透镜组件10，在镜座15背部对应第一光学组件21处设置该第一折叠镜11，在镜座15背部透镜组件10对应位置处设置该第二折叠镜14。目标辐射光线经过扫描反射镜20进入第一光学组件21再经过第一折叠镜11和第二折叠镜12进入该透镜组件10进行成像输出。探测器8用于接收并采集所成的像。

该自动检焦装置包括检焦光源、检焦反射组件、调焦装置4和控制器(图中未示出)。该控制器可以为该自动检焦装置自带的处理器，也可以为该航空相机配备的处理器，本发明实施例优选后者，这样可以节省成本以及保证系统稳定性。为了描述的方便，本申请中，将调焦装置归入自动检焦装置中，实际上，调焦装置也是航空相机的一部分。该检焦光源用于产生检焦光线。该检焦反射镜组件可与该扫描反射镜20配合使该检焦光源产生的检焦光线进入该航空相机的成像系统成像，优选进入该成像系统的检焦光线是平行光。具体：检焦光源产生的检焦光线经共轭透镜组件2后被检焦反射镜组件反射进入该第一光学组件21，再从该第一光学组件21射出到该扫描反射镜20上，该扫描反射镜20再次反射该检焦光线使该检焦光线再次进入该第一光学组件21(此时的检焦光线是平行光)，该光线到达航空相机的探测器后成像。该调焦装置4用于调节所述航空相机的焦距。该控制器，用于控制所述检焦反射镜组件是否与所述扫描反射镜20配合以启动或完成检焦和根据所述探测器8采集的像控制所述调焦装置4运动使所述探测器8采集的像清晰。

该检焦光源为黑体靶标1，黑体靶标辐射能量为自动检焦装置提供检焦光线，共轭透镜组件2位于该黑体靶标1和该检焦反射镜组件之间，黑体靶标与共轭透镜组件2的距离和探测器8与透镜组件10的距离严格相等，共轭透镜组件2和透镜组件10相同。该黑体靶标1产生的光线经过该共轭透镜组件2到达该检焦反射镜组件。检焦光源的光轴与共轭透镜组件2的光轴一致。该共轭透镜组件2放置镜座15的该第一折叠镜11和第二折叠镜14之间的上方，这样检焦光源产生的检焦光线可以进入成像系统又不会破坏该成像系统。该黑体靶标1放置在该共轭透镜组件2的上方固定在相机机身上。

在某些实施例中，该检焦反射组件包括与该控制器连接的检焦电机5、与该检焦电机5连接的检焦传动轴13和固定在该检焦传动轴13上的检焦反射镜12，该检焦反射镜12在检焦电机5的带动下可以进入或者退出该航空相机的光路(即可以旋进或者旋出该航空相机的成像系统)。在该检焦反射镜12进入该航空相机的光路时，该航空相机进入检焦状态，控制器控制该扫描反射镜20垂直成像系统的光轴(图4中水平方向)；具体，该检焦电机5和检焦传动轴13设置在该镜座15的一侧壁上，本实施例为前壁(图1中所示)。该检焦反射镜12设置检焦传动轴13上位于镜座15内，在检焦传动轴13的带动下可以实现一定角度的转动，因此，可以实现进入和退出光路。该检焦反射镜12可以为半透半反镜。

另一实施例的检焦反射镜组件在上例的基础上还增加有设置在所述检焦传动轴13上的检焦传动齿轮6、固定在该镜座15上(也就是固定在航空相机上)的第一电限位7、固定在该镜座15上(也就是固定在航空相机上)的第二电限位9；该检焦反射镜12进入该航空相机的光路(即进入成像系统)时，该检焦传动齿轮6与第一电限位7接触，优选为压实，防止出现位移或者抖动；该检焦反射镜12退出该航空相机的光路(即退出成像系统)时，该检焦传动齿轮6与第二电限位9接触，优选为压实，防止出现位移或者抖动。

还有一实施例的检焦反射镜组件在上例的基础上还增加有固定在该镜座15上(也就是固定在该航空相机上)的第一限位磁铁16和固定在该镜座15上(也就是固定在该航空相机上)的第二限位磁铁17；该检焦反射镜12进入该航空相机的光路(即进入成像系统)时，该检焦反射镜12与该第一限位磁铁16吸合，进一步增加稳定性；该检焦反射镜12退出该航空相机的光路(即退出成像系统)时，该检焦反射镜12与该第二限位磁铁17吸合，进一步增加稳定性。该检焦反射镜12进入该航空相机的光路(即进入成像系统)时，用经纬仪将该检焦反射镜12与检焦光源的光轴(竖直方向)或者与成像系统的光轴(水平方向)调成45°，完成检焦光线高质量地进入成像系统，同时保证该检焦传动齿轮6与第一电限位7压实，该检焦反射镜12与该第一限位磁铁16完全吸合。该检焦反射镜12退出该航空相机的光路(即退出成像系统)时，将该检焦反射镜12回转(即反方向)旋转50°，保证该检焦传动齿轮6与第二电限位9压实，该检焦反射镜12与第二限位磁铁17完全吸合。因此，该自动检焦装置具有重复定位精度高、稳定性好，易于安装调试，实现实时精确检焦。

该调焦装置4调节该第一光学组件21，以达调节该航空相机的焦距的目的。调焦装置4是现有技术中常见的调焦装置，不是本发明重点所在，但为了便于理解，进行简单描述。该调焦装置4可以改变第一光学组件21中的一些透镜之间的距离实现调焦。该调焦装置4包括动力单元42和执行单元41，执行单元41位于该镜座15内，该动力单元42位于该镜座15的顶部与该执行单元41连接。进一步，本发明实施例优选还包括与控制器连接的编码器3，该编码器3安装在动力单元42上(也就是说该编码器3安装在该调焦装置4上)。该编码器3预先标定零位，计算采集调焦过程中的执行单元移动位置。该控制器就可以通过该编码器3得到当前无穷远物体对应的焦面位置，再根据温度、压力对应离焦量数据表，得到标准条件下的无穷远物体对应的焦面。该标准条件下的无穷远物体对应的焦面作为基准。

航空相机需要进行检焦时，该控制器控制该检焦反射镜12进入成像系统(即处于位置122处)同时控制该扫描反射镜20垂直于光轴(即处于位置201处)，相机进入检焦状态，这样黑体靶标1发出检焦光线就可以被航空相机成像，控制器根据探测器8获得的像的质量控制调焦装置4进行调焦，直到探测器8获得清晰像为止；然后，控制器控制检焦反射镜12反向旋转50度到达位置121处，控制该扫描反射镜20位于位置202处，完成检焦工作，航空相机进入工作状态。

本发明实施例为了保证长焦距红外相机在复杂环境下的成像质量，设计了一种通过在光路里旋进一块检焦反射镜，将原光路一分为二，利用自准直原理实现红外系统自动检焦的机构。该机构重复定位精度高、稳定性好，易于装调实现。

本发明实施例的自动检焦装的检焦方法包括如下步骤：

S1、检焦反射镜进入航空相机的光路，所述航空相机进入检焦状态，所述扫描反射镜垂直光轴；

S2、检焦光源产生的检焦光线经共轭透镜组件2后被所述检焦反射镜12反射至第一光学组件21，经第一光学组件21出射的光为平行光，平行光被扫描反射镜20反射后原路返回再次经过第一光学组件21，然后经检焦反射镜12分束，其中的一束经透镜组件10进入所述航空相机的探测器，探测器对该光束进行采集。

S3、控制器根据所述探测器采集的像控制调焦组件进行调焦，控制器获得清晰的像时完成检焦。

进一步优选还包括步骤S4：

S4、控制器控制所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路。

进一步优选之后还包括步骤S5：

S5：控制器根据检焦得到当前无穷远物体对应的焦面位置，再根据温度、压力对应离焦量数据表，得到标准条件下的无穷远物体对应的焦面。

该检焦方法具有重复定位精度高、稳定性好，实现实时精确检焦等优点。

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 (7)

1.一种自动检焦装置，应用于航空相机，所述航空相机包括扫描反射镜和探测器，其特征在于，自动检焦装置包括：

检焦光源，用于产生检焦光线；

检焦反射镜组件，可与所述扫描反射镜配合使所述检焦光源产生的检焦光线进入所述航空相机的成像系统成像，所述探测器对成像系统所成的像进行采集；

调焦装置，用于调节所述航空相机的焦距；以及

控制器，用于控制所述检焦反射镜组件是否与所述扫描反射镜配合以启动或完成检焦和根据所述探测器采集的像控制所述调焦装置运动使所述探测器采集的像清晰；

所述检焦反射镜组件包括与所述控制器连接的检焦电机、与所述检焦电机连接的检焦传动轴和固定在所述检焦传动轴上的检焦反射镜，所述检焦反射镜在检焦电机的带动下可以进入或者退出所述航空相机的光路；

所述检焦反射镜组件还包括设置在所述检焦传动轴上的检焦传动齿轮、固定在所述航空相机上的第一电限位、固定在所述航空相机上的第二电限位；所述检焦反射镜进入所述航空相机的光路时，所述检焦传动齿轮与第一电限位接触；所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路时，所述检焦传动齿轮与第二电限位接触；

所述检焦反射镜组件还包括固定在所述航空相机上的第一限位磁铁和固定在所述航空相机上的第二限位磁铁；所述检焦反射镜进入所述航空相机的光路时，所述检焦反射镜与所述第一限位磁铁吸合；所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路时，所述检焦反射镜与所述第二限位磁铁吸合。

2.根据权利要求1所述的自动检焦装置，其特征在于，所述检焦光源包括黑体靶标，所述自动检焦装置还包括共轭透镜组件，所述共轭透镜组件位于所述黑体靶标和所述检焦反射镜组件之间；所述黑体靶标产生的光线经过所述共轭透镜组件到达所述检焦反射镜组件。

3.根据权利要求1所述的自动检焦装置，其特征在于，还包括与控制器连接的编码器，所述编码器安装在所述调焦装置上。

4.根据权利要求3所述的自动检焦装置，其特征在于，所述控制器通过所述编码器得到当前无穷远物体对应的焦面位置，再根据温度、压力对应离焦量数据表，得到标准条件下的无穷远物体对应的焦面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的自动检焦装置，其特征在于，所述检焦反射镜进入所述航空相机的光路时，所述检焦反射透镜与检焦光源的光轴成45度。

6.根据权利要求5所述的自动检焦装置，其特征在于，所述检焦反射镜退出所述航空相机的光路时，所述检焦反射透镜回转50度。

7.一种航空相机，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的自动检焦装置。

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