CN110297373A - 一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统。该系统包括：自适应棱镜、自适应棱镜控制模块、光学成像镜头、图像采集器。其中，自适应棱镜控制模块可控制自适应棱镜中交界面在360°方向上任意偏转，进而实现视场的连续切换。再经过光学成像镜头成像到图像采集器上。该系统可在望远镜、显微镜等光学系统中实现对动态物体的实时追踪。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学成像系统，更具体地说，本发明涉及一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统。
背景技术
光学成像系统在当今的科技和工程实践等诸多方面都是不可或缺的重要工具。尤其是照相机、望远镜、显微镜等光学成像系统在社交娱乐、天文观测、生物医学等领域都得到了广泛应用。而随着科技的发展，对于提升现有光学成像系统的主要参数都成了热门的研究，而视场作为最重要的参数之一，无论是在望远系统——如视频监控对热点目标的实时定位追踪，还是在显微系统中对病变细胞转移过程中形体细微变化的观察都要求光学成像系统可以实现更大的观测视场。而传统的增大视场的方法，如在视频监控仪器上加装云台，这种通过云台带动镜头转动的方式在切换视场的同时也影响了成像的稳定性，且机械转动装置也增加了设备的拆卸难度和维修成本。同样的，当今主流的光学显微镜通常是通过扫描合成的方式获得更大的视场，而在这种方式下获得一张大视场图像往往需要几分钟的合成时间，继而使得整个观测过程失去了实时性。自适应棱镜的自适应偏转功能可实现在成像镜头固定的情况下切换视场，实现实时追踪观测。不仅不影响系统稳定性，且模块化的配置更加方便系统拆卸和维护保养。
发明内容
本发明提出一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统。如附图1所示，该系统包括：自适应棱镜、自适应棱镜控制模块、光学成像镜头、图像采集器。其中，自适应棱镜控制模块可控制自适应棱镜实现视场在360°方向上的连续切换。
初始状态下，自适应棱镜控制模块无输出，视场不发生偏转。光学成像镜头将正前方的物成像到图像采集器上，如附图2所示。若要观察远处左下方视场某物体时，自适应棱镜控制模块施加相应电压，使得自适应棱镜中交界面被驱动发生偏转，视场随即切换并定位到该物体。此时，光学成像镜头将左下方视场的物成像到图像采集器上，如附图3所示。若再次观察右上方视场某物体时，自适应棱镜控制模块改变施加到自适应棱镜的电压，其交界面再次被驱动偏转，视场随即切换并定位到该物体，光学成像镜头则将右上方视场的物成像到图像采集器上，实现对不同视场的连续切换。如附图4所示。
自适应棱镜可以实现360°方向上的偏转，且偏转角度可连续变化，使得整个光学成像系统的视场可向任何方向动态切换。自适应棱镜偏转角度与视场偏转角度满足，其中，n 1 为透明介质Ⅰ的折射率，n 2 为透明介质Ⅱ的折射率，θ为自适应棱镜中交界面的偏转角，δ为视场偏转角。
优选地，自适应棱镜可以通过驱动交界面偏转来实现光学成像系统视场的动态切换。
优选地，自适应棱镜可以实现在360°方向上的视场切换。
优选地，自适应棱镜可采用电湿润、介电力、机械力、电磁力、热力等方式驱动。
优选地，自适应棱镜中透明介质Ⅰ和透明介质Ⅱ之间的交界面可以是液-液面、液-气面、液-固面等。
优选地，光学成像镜头可以是定焦镜头、变焦镜头。
附图说明
附图1为基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统结构图。
附图2为基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统观察正前方视场示意图。
附图3为基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统观察左下方视场示意图。
附图4为基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统观察右上方视场示意图。
附图5为视场偏转角-棱镜偏转角-驱动电压之间关系图。
上述附图中的图示标号为：
1自适应棱镜控制模块、2 自适应棱镜、3 光学成像镜头、4 图像采集器、5 透明介质Ⅰ、6 透明介质Ⅱ、7 停车场场景、8 采集图像，应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明提出的一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统的实施例，对本发明进行进一步的描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一个实施例为：本实施例中自适应棱镜采用电湿润驱动方式，透明介质Ⅰ为透明硅油，折射率为1.65，透明介质Ⅱ为NaCl水溶液，折射率为1.33。自适应棱镜四个侧面内壁覆盖介电疏水层，通过施加四组电压来控制液-液面的偏转，偏转角度可连续变化，每个方向最大偏转角度45°。这里以光学成像镜头视角定义自适应棱镜上侧面施加电压为U1；下侧面施加电压为U2；左侧面施加电压为U3；右侧面施加电压为U4；光学成像镜头为定焦镜头。
当观察正前方某物体时，自适应棱镜控制模块不工作，视场不发生偏转。光学成像镜头则将正前方的物成像到图像采集器上，如附图2所示。当观察左侧偏离10.3°、下侧偏离7.8°视场的某物体时，自适应棱镜控制模块输出电压U1=74.6V；U2 =0V；U3=0V；U4=80.2V驱动自适应棱镜液-液面向左侧偏转28.9°，向下侧偏转23.6°。光学成像镜头则将该视场的物成像到图像采集器上，如附图3所示。同样的，当再次观察右侧偏离9.5°，上侧偏离6.2°视场某物体时，自适应棱镜控制模块改变输出电压U1=0V；U2 =69.8V；U3=79.2V；U4=0V驱动自适应棱镜液-液面向右侧偏转27.2°，向上侧偏转18.1°。至此，光学成像镜头又将该视场的物成像到图像采集器上，如附图4所示。
该光学成像系统的视场角、自适应棱镜偏转角与自适应棱镜控制模块输出电压之间的关系如附图5所示。
Claims (5)
1.一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统，包括：自适应棱镜、自适应棱镜控制模块、光学成像镜头、图像采集器，其特征在于，自适应棱镜控制模块可控制自适应棱镜实现视场在360°方向的连续切换。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统，其特征在于，自适应棱镜可以通过驱动其交界面的偏转来实现光学成像系统视场的动态切换。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统，其特征在于，自适应棱镜可采用电湿润、介电力、机械力、电磁力、热力等方式驱动。
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统，其特征在于，自适应棱镜中透明介质Ⅰ和透明介质Ⅱ之间的交界面可以是液-液面、液-气面、 液-固面等。
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应棱镜可切换视场的光学成像系统，其特征在于，光学成像镜头可以是定焦镜头、变焦镜头。
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