CN111190261A - 一种红外/可见光共口径复合成像装置及其装调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为了解决现有技术中的棱镜框的结构以及棱镜框与棱镜的配合方式装配较为复杂的缺陷，而提出一种红外/可见光共口径复合成像装置及其装调方法，本发明的装置包括：沿第一光轴设置的棱镜和红外成像系统；红外成像系统中靠近头罩的红外透镜设置有开孔；沿第二光轴设置的反射镜和可见光成像系统；设置在开孔处的棱镜；棱镜用于将沿第一光轴进入的光通过反射镜引导至第二光轴上；以及棱镜框，棱镜框与棱镜的配合位置为棱镜的圆周面。本发明的方法包括：将棱镜装入棱镜框内，将棱镜框的外径与红外镜筒配作，使棱镜的中心与红外镜组同轴；调整反射镜的角度，使棱镜光轴与可见光成像系统的光轴重合。本发明适用于红外/可见光成像复合制导技术。

Description

一种红外/可见光共口径复合成像装置及其装调方法
技术领域
本发明涉及共口径光学成像系统领域，具体涉及一种红外/可见光共口径复合成像装置及其装调方法。
背景技术
当今日趋复杂的战场环境越来越需要人们提高导弹系统的远程攻击能力、多目标攻击能力、目标识别能力、全天候工作性能、抗干扰性能以及快速反应与精确制导能力。单一模式的制导技术已经很难满足上述要求，因此多模复合制导技术的应用越来越受到人们的重视并成为制导技术发展的主流趋势。
在众多复合制导技术中，红外、可见光成像复合制导技术是一种有效的途径。可见光图像与红外图像之间具有互补性。可见光成像具有丰富的细节和敏锐的色感，但在恶劣的天气条件下对大气的穿透成像能力较差，在夜间的成像能力尤其差，而红外成像恰好相反，但是分辨率较低。传统方法的复合制导技术采用双镜头结构，如图1所示，这种结构占用空间较大，不易获得较大视场。
CN109975961A提出了一种可见光与长波红外的共口径复合成像光学系统，方案主要涉及光学设计部分，未考虑实际生产中的装调问题，现有技术中对于棱镜部分的装调一般选用如图2的形式，可以看出棱镜框和棱镜装配的位置是棱镜的楔形面，需要取边工艺，会加大装调难度，并且系统需要保证棱镜与红外镜筒轴线和可见光轴具有较高的重合度，图2中棱镜框的结构较复杂，批量生产过程中难以保证同轴度，难以使棱镜的光轴与红外镜筒的轴线高精度重合。
发明内容
本发明的一个目的是解决现有技术中的棱镜框的结构以及棱镜框与棱镜的配合方式不利于批量生产，装配较为复杂，难以保证同轴度的缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种红外/可见光共口径复合成像装置，包括：沿第一光轴设置的棱镜和红外成像系统；红外成像系统中靠近头罩的红外透镜设置有开孔；沿第二光轴设置的反射镜和可见光成像系统；设置在所述开孔处的棱镜；所述棱镜用于将沿第一光轴进入的光通过反射镜引导至第二光轴上；还包括用于安装所述棱镜的棱镜框，所述棱镜框与所述棱镜的配合位置为棱镜的圆周面。
优选地，所述第一光轴和所述第二光轴相交。
优选地，所述棱镜为具有圆周面和楔形面的多功能棱镜。
优选地，红外成像系统包括沿光路设置的第一红外透镜、第二红外透镜、第三红外透镜及红外探测器，第一红外透镜设置有所述开孔。
优选地，可见光成像系统包括第一可见光透镜组、第二可见光透镜组、第三可见光透镜、以及可见光探测器。
优选地，所述装置还包括红外镜筒，所述棱镜框的外径与红外成像系统中的红外镜筒内径配作，用于使棱镜的中心与红外镜组的同轴。
根据本发明的第二方面，提供了一种红外/可见光共口径复合成像装置的装调方法，所述方法是基于本发明第一方面的装置实现的，包括：步骤A：将棱镜装入棱镜框内，将棱镜框的外径与红外镜筒配作，使棱镜的中心与红外镜组同轴；步骤B：调整反射镜的角度，使棱镜光轴与可见光成像系统的光轴重合。
优选地，所述方法还包括步骤C：调整红外探测器和可见光探测器的安装位置，使靶标成像中心与两个探测器的中心重合。
优选地，所述方法还包括依次将第三红外透镜、第二红外透镜和第一红外透镜装入红外镜筒内的步骤。
优选地，所述方法还包括依次将第一可见光透镜组、第二可见光透镜组和第三可见光透镜安装在可见光镜筒内的步骤。
本发明的一个技术效果是，
1、本发明对共口径复合镜头结构进行优化改进设计，在保证高精度的基础上，取消了取边工艺，大大降低了加工成本及装配调试的难度，提高了工作效率，满足批量生产的要求；
2、红外成像系统与可见光成像系统的光轴相交并有一定夹角，利用多功能棱镜实现光路折转和耦合，中间通过可见光棱镜进行光路耦合，这样能够满足系统小型化的要求，使得头罩尺寸大大减小；
3、通过多功能棱镜的角度调整、可见光反射镜的角度调整，实现光路精准耦合，即满足系统小型化的同时，又实现红外、可见光双波段对系统跟踪和搜索的功能。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为传统的双模式镜头结构示意图；
图2(a)和图2(b)为现有技术中的棱镜框沿不同剖面的结构图；
图3为本发明一个实施例的结构图；
图4(a)和图4(b)为本发明一个实施例的棱镜框沿不同剖面的结构图；
图5为本发明一个实施例的红外成像系统的结构图；
图6为本发明一个实施例的可见光成像系统的结构图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
<实施方式一>：
本实施方式提供一种红外/可见光共口径复合成像装置，如图3所示，包括：沿第一光轴设置的棱镜14和红外成像系统1；红外成像系统1中靠近头罩的红外透镜设置有开孔；沿第二光轴设置的反射镜16和可见光成像系统4；设置在开孔处的棱镜14；棱镜14用于将沿第一光轴进入的光通过反射镜16引导至第二光轴上；装置还包括用于安装棱镜14的棱镜框15，棱镜框15与棱镜14的配合位置为棱镜14的圆周面。
红外成像系统1是一个大视场光学系统，可见光成像系统4是一个小视场光学系统，它们共用一个头罩，中间通过可见光棱镜进行光路耦合，这样能够满足系统小型化的要求。
为了进一步使装置实现小型化，可以使第一光轴和第二光轴相交。即令红外成像系统与可见光成像系统具有一定夹角。这样设置可以减小装置的总体尺寸，使头罩尺寸大大减小。
其中棱镜是具有圆周面和楔形面的多功能棱镜，现有技术中将楔形面与棱镜框进行装配，这样将导致棱镜框结构复杂，需要棱镜取边工艺，装配过程复杂，导致装调效率低，不利于批量生产。因此将棱镜框15与棱镜14的配合位置优化为棱镜14的圆周面，优化后棱镜框15的结构如图4所示，图4中可以看出棱镜框的结构得到了简化，有利于使棱镜的中心与红外镜组同轴。
需要说明的是，为了清楚说明现有技术中的楔形面与棱镜框的具体配合方式，图3、图5和图6均展示了楔形面的配合方式，使用图4的棱镜框代替图3、图5和图6中的棱镜框，即完成了本发明的改进。本领域的技术人员能够根据图4确定圆周面的配合方式，此处不再赘述。
红外成像系统的一个实施例如图5所示，包括：红外成像系统包括头罩、第一红外透镜5、第二红外透镜9、第三红外透镜11及红外探测器13。红外光学镜组是小F数非制冷红外光学成像系统，实现整机系统对夜间，远距离，小温差物体的探测。
可见光成像系统的一个实施例如图6所示，包括：第一可见光透镜组19、第二可见光透镜组21、第三可见光透镜23、以及可见光探测器26。可见光成像系统采用二次成像的光路结构，并在光路中加入棱镜14及反射镜16以使光路发生偏转，从而使系统外形尺寸满足小型化的要求。
下面具体说明图2中改进前棱镜框结构与图4中改进后的棱镜框结构在具体装调加工过程中的异同：
使用原有棱镜框的结构，其中棱镜14与棱镜框15安装后，通过中心偏测量仪调整棱镜14的光轴与棱镜框15的轴线在允许的公差范围内，然后对棱镜14和棱镜框15进行粘接工作，待胶干后进行机床的加工工作。此机床加工工艺，修正了棱镜14和棱镜框15粘接时的微小偏差。满足了棱镜14光轴与红外镜筒7轴线的高精度重合。
使用优化改进后棱镜框的结构，其中棱镜框15与棱镜14的配合位置为棱镜的圆周面，而非原有棱镜框15与棱镜14配合的楔形面。因此棱镜框15的结构将大大简化，主要保证棱镜框15内孔与棱镜框15外圆的同轴度及棱镜框的轴向限位台的尺寸精度，即可实现棱镜14光轴与红外镜筒7轴线的高精度重合。
由此可见，如果使用棱镜的楔形面部分与棱镜框进行配合，需要额外用测量仪调整棱镜和棱镜框的轴线，还需要通过机床加工克服粘接过程中的误差。而改进后通过棱镜的圆周面与棱镜框配合，仅需考虑棱镜框自身的内孔和外孔的同轴度和轴向限位台的尺寸精度，大大减少了装配难度，提高了生产效率。
<实施例>
本实施例的棱镜框结构如图4所示，红外成像系统结构如图5所示，可见光成像系统结构如图6所示。图5和图6的棱镜框可替换为图4中示出的棱镜框。
本实施例的红外成像系统包括：第一红外透镜5、外压圈6、红外镜筒7、第一内压圈8、第二红外透镜9、第二内压圈10、第三红外透镜11、调整垫12、红外探测器13。其装配顺序是先将第三红外透镜11安装在红外镜筒7内，用第二内压圈10压紧涂胶，然后将第二红外透镜9装入红外镜筒7内，用第一内压圈8压紧涂胶，将可见光成像系统中的棱镜及棱镜框组件装入红外镜筒7内后，最后将第一红外透镜5装入红外镜筒7内，用外压圈6压紧涂胶。
本实施例的可见光成像系统包括：棱镜14、棱镜框15、反射镜16、反射镜座17、可见光镜筒18、第一可见光透镜组19、第一隔圈20、第二可见光透镜组21、第二隔圈22、第三可见光透镜23、压圈24、调整垫25、可见光探测器26。其装配顺序是先将棱镜14装入棱镜框15内，并涂胶固定，然后通过棱镜框15的外径与红外成像系统中的红外镜筒7内径配作，实现棱镜14的中心与红外镜组7的同轴。先将反射镜16安装在反射镜座17内，并将此反射镜组与可见光镜筒18连接，然后将第一可见光透镜组19安装在可见光镜筒18内，然后将第一隔圈20安装在可见光镜筒18内，然后将第二可见光透镜组21安装在可见光镜筒18内，然后将第二隔圈22安装在可见光镜筒18内，然后将第三可见光透镜23安装在可见光镜筒18内，然后将压圈24安装在可见光镜筒18内并涂胶，然后将调整垫25安装在可见光镜筒18的法兰后端面，追后将可见光探测器26安装在可见光镜筒18的法兰后端面上通过可见光光学镜筒的法兰与红外光学镜筒的法兰连接。在红外光路中增加可见光光路，以使系统外形尺寸满足小型化。
装配过程中，通过反射镜16的角度调整，实现棱镜光轴与可见光镜组的光轴重合；通过可见光镜组的前后沿轴调整，实现光路精准耦合；通过调整红外探测器13及可将光探测器26的安装位置，使靶标成像中心与两个探测器中心重合。
在上述工作过程中，红外成像系统与可见光成像系统，中间通过可见光棱镜进行光路耦合，并通过可见光光学镜筒的法兰与红外光学镜筒的法兰做连接。通过棱镜的调整、反射镜的调整、可见光镜组的调整及探测器的调整，实现光路耦合。所述在红外光路中增加可见光光路，以使系统外形尺寸满足小型化，从而实现对目标视场跟踪和搜索功能。
<实施方式二>：
本实施方式提供一种红外/可见光共口径复合成像装置的装调方法，该方法是基于实施方式一的装置实现的，包括：
步骤A：将棱镜14装入棱镜框15内，将棱镜框15的外径与红外镜筒7配作，使棱镜14的中心与红外镜组7同轴；
步骤B：调整反射镜16的角度，使棱镜光轴与可见光成像系统4的光轴重合。
本实施方式的目的是，通过装配过程中的调整使棱镜中心与红外光轴重合，并使经由棱镜导引至反射镜的反射光与可见光成像系统的光轴重合。可以看出，本实施方式中由于棱镜框与棱镜的圆周面配合，直接安装即可，不需调整棱镜与棱镜框同轴，减少了装配调试的难度。
进一步地，本实施方式的方法还可以包括还包括步骤C：调整红外探测器13和可见光探测器26的安装位置，使靶标成像中心与两个探测器的中心重合。即调整完反射镜和棱镜框后，还需调整两个成像装置。
本实施方式的方法还可以包括依次将第三红外透镜11、第二红外透镜9和第一红外透镜5装入红外镜筒7内的步骤，以及依次将第一可见光透镜组19、第二可见光透镜组21和第三可见光透镜23安装在可见光镜筒18内的步骤。即按照实施方式一的结构将其他光学部件安装到装置中。
需要说明的是，本实施方式的各步骤没有先后顺序的区别，记载顺序不代表实际执行的顺序。例如可以先对成像装置进行安装调整，也可以将可见光镜组先于红外透镜组安装于镜筒内。只要能最终达到实施方式一的结构并且完成必要的调整过程即可。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种红外/可见光共口径复合成像装置，包括：
沿第一光轴设置的棱镜14和红外成像系统1；红外成像系统1中靠近头罩的红外透镜设置有开孔；
沿第二光轴设置的反射镜16和可见光成像系统4；
设置在所述开孔处的棱镜14；所述棱镜14用于将沿第一光轴进入的光通过反射镜16引导至第二光轴上；
其特征在于，还包括用于安装所述棱镜14的棱镜框15，所述棱镜框15与所述棱镜14的配合位置为棱镜14的圆周面。
2.根据权利要求1所述的红外/可见光共口径复合成像装置，其特征在于，所述第一光轴和所述第二光轴相交。
3.根据权利要求1所述的红外/可见光共口径复合成像装置，其特征在于，所述棱镜为具有圆周面和楔形面的多功能棱镜。
4.根据权利要求3所述的红外/可见光共口径复合成像装置，其特征在于，红外成像系统包括沿光路设置的第一红外透镜5、第二红外透镜9、第三红外透镜11及红外探测器13，第一红外透镜5设置有所述开孔。
5.根据权利要求4所述的红外/可见光共口径复合成像装置，其特征在于，可见光成像系统包括第一可见光透镜组19、第二可见光透镜组21、第三可见光透镜23、以及可见光探测器26。
6.根据权利要求5所述的红外/可见光共口径复合成像装置，其特征在于，还包括红外镜筒7，所述棱镜框15的外径与红外成像系统中的红外镜筒7内径配作，用于使棱镜14的中心与红外镜组7的同轴。
7.一种红外/可见光共口径复合成像装置的装调方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求6所述的装置实现，所述方法包括：
步骤A：将棱镜14装入棱镜框15内，将棱镜框15的外径与红外镜筒7配作，使棱镜14的中心与红外镜组7同轴；
步骤B：调整反射镜16的角度，使棱镜光轴与可见光成像系统4的光轴重合。
8.根据权利要求7所述的红外/可见光共口径复合成像装置的装调方法，其特征在于，还包括步骤C：
调整红外探测器13和可见光探测器26的安装位置，使靶标成像中心与两个探测器的中心重合。
9.根据权利要求8所述的红外/可见光共口径复合成像装置的装调方法，其特征在于，还包括依次将第三红外透镜11、第二红外透镜9和第一红外透镜5装入红外镜筒7内的步骤。
10.根据权利要求9所述的红外/可见光共口径复合成像装置的装调方法，其特征在于，还包括依次将第一可见光透镜组19、第二可见光透镜组21和第三可见光透镜23安装在可见光镜筒18内的步骤。
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