CN110646944A - 一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管 - Google Patents

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Abstract

一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，属于红外光学技术领域。箱体内由前至后依次安装有复眼透镜组件、靶标透镜组件及光源系统，箱体前端固定装有前盖板，前盖板的中部设有红外输出窗口，箱体后端固定装有后盖板；复眼透镜组件的复眼透镜由数个小透镜单元呈矩形阵列形式组合构成，靶标透镜组件中的靶标透镜上刻有靶标图像阵列，靶标图像阵列面位于复眼透镜阵列表面的1倍焦距焦面上，靶标图像阵列面上刻有的数个目标图像‘F’与复眼透镜阵列上的数个小透镜单元像面一一对应，且目标一致，复眼透镜阵列中的数个小透镜单元的焦点与靶标透镜图像阵列中的数个目标图像‘F’的中心重合。本发明用于红外光学目标的探测和识别。

Description

一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管
技术领域
本发明涉及一种基于复眼透镜的红外平行光管，具体涉及一种基于复眼透镜和阵列靶标透镜的超薄红外平行光管，属于红外光学技术领域。
背景技术
传统的目标源模拟装置体积较大，一般为一组透镜或反射镜组成的光学系统，其厚度主要取决于透镜焦距，受红外系统F数限制，大口径红外平行光管焦距都很长，尺寸较大，不能在狭小空间内实现远距离平行光模拟，其小F数红外平行光管难以实现。
发明内容
本发明的目的是为解决上述现有技术存在的问题，提供一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，该超薄红外平行光管为光电探测整机提供目标源，是红外光学系统装调的必备设备。
本发明作为一种红外目标源模拟装置，其可广泛应用于红外光学目标的探测和识别，检测光电探测整机的性能，用来模拟远距离的红外目标光源图像，是多种红外成像光学系统性能检测的重要设备，也是光学度量仪器中的重要组成部分。
实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，包括光源系统、靶标透镜组件，复眼透镜组件、箱体组件及调整垫，所述箱体组件包括箱体、后盖板和前盖板，所述箱体内由前至后依次安装有复眼透镜组件、靶标透镜组件及光源系统，所述复眼透镜组件与靶标透镜组件之间紧密装有调整垫，箱体前端固定装有前盖板，所述前盖板的中部设有红外输出窗口，箱体后端固定装有后盖板；
复眼透镜组件中的复眼透镜由数个小透镜单元呈矩形阵列形式组合构成，所述靶标透镜组件中的靶标透镜上刻有靶标图像阵列，所述靶标图像阵列位于同一平面，位于同一平面上的靶标图像阵列位于复眼透镜阵列表面的1倍焦距焦面上，靶标图像阵列为数个目标图像‘F’阵列，所述数个目标图像‘F’与复眼透镜阵列上的数个小透镜单元像面一一对应，且目标一致，复眼透镜阵列中的数个小透镜单元的焦点与靶标透镜图像阵列中的数个目标图像‘F’的中心重合。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
一体化的复眼透镜与靶标透镜是本发明的平行光管的关键组成部分之一，待测光电系统接收到目标的平行光束，使靶标透镜在探测平面呈现靶标‘F’的图案，每个复眼透镜单元可独立成像，且各复眼透镜单元的光轴互相平行，形成了均匀成像系统。采用红外复眼透镜阵列以扩展光学系统的数值孔径，在利用短焦成像的同时，能够扩大系统的出瞳直径，光学系统的出瞳直径由复眼透镜中的复眼透镜单元分割，即每一个复眼透镜单元所承担的光束孔径共同构成系统的出瞳，缩短了系统焦距，使超薄光学系统得以实现。
本发明的平行光管的靶标被光源系统产生的均匀光照射，经过复眼透镜形成靶标图像‘F’，待测整机的光电探测装置对图像进行采集和处理。根据成像情况或对探测到的光电信号以判断待测产品的性能是否达标。
平行光管射出的光为平行光，因此不需要调节复眼透镜至探测器的距离，其准确度和性能稳定性较高，采用复眼透镜的平行光管出光均匀性好，便于高效率检测待测整机。
附图说明
图1为复眼透镜靶标图像合成光学原理图；
图2为复眼透镜合成前后图像对比图；
图3为复眼透镜主视图；
图4为复眼透镜左视图；
图5是阵列靶标主视图；
图6为图5左视图；
图7为本发明的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管主视装配图；
图8为本发明的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管立体图；
图9为图7右视图；
图10为本发明的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管控制原理框图。
上述图中涉及到的部件名称及标号如下：
后盖板1、红外输出窗口2、面源黑体3、箱体4、靶标透镜5、支撑座一6、调整垫7、复眼透镜8、橡胶预紧垫9、前盖板10、隔板11、透光口12、支撑座二13、黑体保持架14、黑体保持架盖板15、发热件16、温控仪17、温度传感器18、电源19、挡板20。
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，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，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。
具体实施方式一：如图1-图9所示，本实施方式披露了一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，包括光源系统、靶标透镜组件，复眼透镜组件、箱体组件及调整垫7，所述箱体组件包括箱体4、后盖板1和前盖板10，所述箱体4内由前至后依次安装有复眼透镜组件、靶标透镜组件及光源系统，所述复眼透镜组件与靶标透镜组件之间紧密装有调整垫7，箱体4前端固定装有前盖板10，所述前盖板10的中部设有红外输出窗口2，箱体4后端固定装有后盖板1；
复眼透镜组件中的复眼透镜8由数个小透镜单元呈矩形阵列形式组合构成，所述靶标透镜组件中的靶标透镜5上刻有靶标图像阵列，所述靶标图像阵列位于同一平面，位于同一平面上的靶标图像阵列位于复眼透镜阵列表面的1倍焦距(焦距为单个复眼透镜的焦距)焦面上，靶标图像阵列为数个目标图像‘F’阵列，所述数个目标图像‘F’与复眼透镜阵列上的数个小透镜单元像面一一对应，且目标一致，复眼透镜阵列中的数个小透镜单元的焦点与靶标透镜图像阵列中的数个目标图像‘F’的中心重合。
箱体4用于保持和固定光学元件的相对位置并起防尘和遮光的作用。
靶标透镜5和复眼透镜8的外形尺寸长x宽均为70x70mm；
复眼透镜8的厚度为2mm，每个复眼透镜单元直径为3mm，复眼透镜8设置为单面透镜，数个复眼透镜单元形状尺寸一致，为方形或圆形，本发明中复眼透镜单元为圆形非球面结构；靶标图像阵列面上刻有的数个目标图像‘F’的高度均为1.75mm；本发明中的平行光管工作波段为3-5μm，但要说明的是本发明精神不局限于3-5μm波段检测。
所述复眼透镜8和靶标透镜5的材质均为锗。
所述平行光管的厚度为S，S＝70mm。
具体实施方式二：如图7所示，本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，所述复眼透镜组件包括复眼透镜8、支撑座一6、隔板11及橡胶预紧垫9；所述复眼透镜8固定装在支撑座一6内，所述隔板11固定在复眼透镜8及支撑座一6的前端，所述支撑座一6与前盖板10之间紧密装有橡胶预紧垫9，隔板11中部设有与前盖板10的红外输出窗口2大小一致的透光口12，所述橡胶预紧垫9为环形，中部设有光输出口。
具体实施方式三：如图7所示，本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，所述靶标透镜组件包括靶标透镜5和支撑座二13；所述靶标透镜5固定装在支撑座二13内，所述支撑座二13与箱体4(通过内六角沉头螺钉)固定连接。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，所述数个小透镜单元的数量为400个，400个小透镜单元按20行和20列的矩形阵列形式排列。
具体实施方式五：如图7所示，本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，所述光源系统包括面源黑体3、黑体保持架14及黑体保持架盖板15；
所述面源黑体3内嵌于所述黑体保持架14中，所述黑体保持架14固定在箱体4内，面源黑体3的前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起，面源黑体3的前表面朝向前盖板10的红外输出窗口2设置，所述黑体保持架盖板15内嵌于黑体保持架14中并位于面源黑体3后侧。
面源黑体3为正方形，面源黑体3的长×宽＝70mm×70mm。
具体实施方式六：如图7及图10所示，本实施方式是对具体实施方式五做出的进一步说明，所述基于复眼透镜的超薄红外平行光管还包括温控系统，所述温控系统包括发热件16、温控仪17、温度传感器18及电源19；所述发热件16紧贴于面源黑体3后表面设置，所述黑体保持架盖板15紧贴于发热件16后侧面设置，所述温度传感器18固定于面源黑体3的侧表面上，发热件16受所述温控仪17的控制用于保持面源黑体3的温度；温度传感器18用于采集面源黑体3的温度，并将其转化为相应强度的电信号传输给温控仪17；温控仪17用于将接收到的电信号处理为温度数据，并根据所述温度数据控制发热件16的输出功率，所述电源19用于给温控仪17供电，所述温控仪17用于给发热件16和温度传感器18供电。
所述温度传感器18为贴片式Pt100温度传感器。所述发热件16为PCT发热件。
PCT发热件为正方形，PCT发热件的长×宽＝72mm×72mm，额定电压为24V，PCT发热件在25°环境温度下的电阻值为2-5Ω。
温控系统中的温控仪17及电源19均固定在箱体4外壁上。
具体实施方式七：如图7所示，本实施方式是对具体实施方式一做出的进一步说明，所述箱体4内壁周边设有挡板20，所述靶标组件位于挡板20前侧并与挡板20(通过内六角沉头螺钉)固定连接，所述黑体组件位于挡板20后侧。
实施例：
如图1所示，为更好说明本发明的光学原理，根据光路可逆原理，以逆向光路讲解实施过程。目标图像经过复眼透镜8聚焦在靶标透镜5上成为和复眼小透镜单元数量相等的小图像。位于同一面上的靶标图像阵列位于复眼透镜阵列表面的1倍焦距焦面上，靶标透镜5上刻有和复眼透镜8一一对应的图像‘F’，复眼透镜8由数个小透镜单元呈矩形阵列形式组合构成，复眼透镜阵列与靶标阵列平行排列，复眼透镜阵列中的各个小透镜单元的焦点与靶标透镜图像阵列中的‘F’的中心重合，复眼透镜8和靶标透镜5的光轴互相平行，形成了均匀成像系统。待测光电系统接收到目标的平行光束，使靶标透镜5在探测平面呈现靶标‘F’的图像。复眼透镜8合成前后图像对比如图2所示，复眼透镜8合成前为阵列的小图像如图2(a)所示，经过复眼透镜8合成，形成一个如图2(b)所示大图像。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图像记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：包括光源系统、靶标透镜组件，复眼透镜组件、箱体组件及调整垫(7)，所述箱体组件包括箱体(4)、后盖板(1)和前盖板(10)，所述箱体(4)内由前至后依次安装有复眼透镜组件、靶标透镜组件及光源系统，所述复眼透镜组件与靶标透镜组件之间紧密装有调整垫(7)，箱体(4)前端固定装有前盖板(10)，所述前盖板(10)的中部设有红外输出窗口(2)，箱体(4)后端固定装有后盖板(1)；
复眼透镜组件中的复眼透镜(8)由数个小透镜单元呈矩形阵列形式组合构成，所述靶标透镜组件中的靶标透镜(5)上刻有靶标图像阵列，所述靶标图像阵列位于同一平面，位于同一平面上的靶标图像阵列位于复眼透镜阵列表面的1倍焦距焦面上，靶标图像阵列为数个目标图像‘F’阵列，所述数个目标图像‘F’与复眼透镜阵列上的数个小透镜单元像面一一对应，且目标一致，复眼透镜阵列中的数个小透镜单元的焦点与靶标透镜图像阵列中的数个目标图像‘F’的中心重合。
2.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述复眼透镜组件包括复眼透镜(8)、支撑座一(6)、隔板(11)及橡胶预紧垫(9)；所述复眼透镜(8)固定装在支撑座一(6)内，所述隔板(11)固定在复眼透镜(8)及支撑座一(6)的前端，所述支撑座一(6)与前盖板(10)之间紧密装有橡胶预紧垫(9)，隔板(11)中部设有与前盖板(10)的红外输出窗口(2)大小一致的透光口(12)，所述橡胶预紧垫(9)为环形。
3.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述靶标透镜组件包括靶标透镜(5)和支撑座二(13)；所述靶标透镜(5)固定装在支撑座二(13)内，所述支撑座二(13)与箱体(4)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述数个小透镜单元的数量为400个，400个小透镜单元按20行和20列的矩形阵列形式排列。
5.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述复眼透镜(8)和靶标透镜(5)的材质均为锗。
6.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述平行光管的厚度为S，S＝70mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述光源系统包括面源黑体(3)、黑体保持架(14)及黑体保持架盖板(15)；所述面源黑体(3)内嵌于所述黑体保持架(14)中，所述黑体保持架(14)固定在箱体(4)内，面源黑体(3)的前表面设有若干阵列排布的金字塔型凸起，面源黑体(3)的前表面朝向前盖板(10)的红外输出窗口(2)设置，所述黑体保持架盖板(15)内嵌于黑体保持架(14)中并位于面源黑体(3)后侧。
8.根据权利要求7所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述基于复眼透镜的超薄红外平行光管还包括温控系统，所述温控系统包括发热件(16)、温控仪(17)、温度传感器(18)及电源(19)；所述发热件(16)紧贴于面源黑体(3)后表面设置，所述黑体保持架盖板(15)紧贴于发热件(16)后侧面设置，所述温度传感器(18)固定于面源黑体(3)的侧表面上，发热件(16)受所述温控仪(17)的控制用于保持面源黑体(3)的温度；温度传感器(18)用于采集面源黑体(3)的温度，并将其转化为相应强度的电信号传输给温控仪(17)；温控仪(17)用于将接收到的电信号处理为温度数据，并根据所述温度数据控制发热件(16)的输出功率，所述电源(19)用于给温控仪(17)供电，所述温控仪(17)用于给发热件(16)和温度传感器(18)供电。
9.根据权利要求8所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述发热件(16)为PCT发热件。
10.根据权利要求1所述的一种基于复眼透镜的超薄红外平行光管，其特征在于：所述箱体(4)内壁周边设有挡板(20)，所述靶标组件位于挡板(20)前侧并与挡板(20)固定连接，所述黑体组件位于挡板(20)后侧。
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