CN112415732A - 一种基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统，用于解决现有技术中系统径向尺寸过大，不利于小型化的缺陷。本发明包括：沿光轴依次设置的第一探测器、分光镜、主反射镜组以及第二探测器；主反射镜组用于将入射光反射至分光镜的第一表面；分光镜的第一表面能够反射红外光并透射可见光，用于使可见光透射进入第一镜组后被第一探测器接收；还用于使红外光反射进入第二镜组后被第二探测器接收。本发明适用于小型化电力系统检测设备。
Description
技术领域
本发明涉及红外/可见光共口径光学系统领域，具体涉及一种基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统。
背景技术
电力系统的检测环境较为复杂，一般需要通过可见光和红外光双波段进行检测才能准确识别诸如线缆温度异常、线缆破损等问题。而电力系统检测也需要检测设备具有较小的体积，因此电力系统检测往往采用多模共口径复合技术。光学常用的多模共口径技术主要有三种结构形式，即反射式、折反射式和折射式。反射式系统一般体积较大、加工装调较困难，此外如采用共轴反射系统则有遮拦，而采用离轴反射系统则大大增加像差矫正难度。折反系统是将反射镜和透镜相结合，其中透镜主要起像差矫正的作用，然而这种折反系统一般视场较小（小于５°）、Ｆ数较大，仅适用于小视场系统中，应用范围较为有限。折射系统是目前应用最为广泛的光学系统，其存在的问题是：可见光图谱清晰度不够，无法实现对设备物理特性的检测；双光谱轴线不共轴，不能精确提供目标准确位置；需要多次测量，效率低；设备笨重体积大。因此需要一种新的光学系统，以解决现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的一个目的是解决现有技术中系统径向尺寸过大，不利于小型化的缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统，包括：沿光轴依次设置的第一探测器、分光镜、主反射镜组以及第二探测器；主反射镜组用于将入射光反射至分光镜的第一表面；分光镜的第一表面能够反射红外光并透射可见光，用于使可见光透射进入第一镜组后被第一探测器接收；还用于使红外光反射进入第二镜组后被第二探测器接收。
优选地，所述第一探测器、第二探测器、第一镜组、第二镜组和分光镜位于同一光轴上。
优选地，所述分光镜的第一表面镀有可见光增透膜和红外反射膜。
优选地，所述第一镜组和第二镜组用于校正和成像。
优选地，所述主反射镜组包括至少一片反射镜。
优选地，所述系统的可见光通道视场为 6.0°±0.3°圆视场；第一探测器的光敏面为 Φ10mm；可见光通道的焦距范围为 95.4mm±4.8mm。
优选地，所述系统的红外通道的视场角为 6.0°±0.3°×4.8°±0.3°；探测器的分辨率为 640×512，像元尺寸为 17μm×17μm，红外通道的焦距范围为103.8mm±5.2mm。
本发明的有益效果是：1.节省空间：复合光路相对节省镜片数量，且 光学可合理利用空间布局，节省结构空间。2.降低重量：光学结构及机械 结构的减少降低了系统重量。3.增强探测能力：由于系统共口径应用，每个独立光学系统孔径足够大，F 数可以控制到很小，尽量保证有更多光线进入光学系统。利于电力设备缺陷的早期发现。4.节省成本：由于光学及 结构材料的节省，降低了系统成本。5.阿贝计量误差小：光学系统共光轴， 在跟踪不同距离目标时可见光、红外光轴指向偏差小。6.环境适应性一致 性好：由于红外、可见光光学系统为一体化设计，环境适应性一致性较好。 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 为本发明一个实施例的系统结构图；
图 2 为本发明一个实施例的可见光通道示意图；
图 3 为本发明一个实施例的红外通道示意图。
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。
本发明提供一种基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统，如图 1 所示，包括：沿光轴依次设置的第一探测器 1、分光镜 2、主反射镜组 3 以及第二探测器 4；主反射镜组 3 用于将入射光反射至分光镜 2 的第一表面；
分光镜 2 的第一表面能够反射红外光并透射可见光，用于使可见光透射进
入第一镜组 5 后被第一探测器 1 接收；还用于使红外光反射进入第二镜组
6 后被第二探测器 4 接收。
其中第一探测器 1、第二探测器 4、第一镜组 5、第二镜组 6 和分光镜2 位于同一光轴上。分光镜 2 的第一表面镀有可见光增透膜和红外反射膜。本发明通过设置两个探测器，并且让分光镜作为次级反射镜使用，使红外光路和可见光路在同一光轴上，解决了光学系统径向尺寸过大，不利于设备小型化的技术问题。技术领域里典型的卡塞格林式或者如 CN109975961A 所公开的光学系统，其可见光和红外光的光轴是分离的，或者只有部分重合，而现实应用中这种光轴的分离设置客观上会增加整个光学系统的径向尺寸。而本发明的两个探测器设置在分光镜的两侧，通过分光镜的镀膜实现可见光的透射以及红外光的反射，这样既能够实现双波段光学系统的共轴，也能够使两个探测器间不存在负面影响，能够独立完成成像。
进一步地，第一镜组 5 和第二镜组 6 可以为技术领域内常用的校正和成像镜组。主反射镜组 3 包括至少一片反射镜，只要能够将入射光反射至分光镜的第一表面上即可。
在一个实施例中，本发明系统的可见光通道视场为 6.0°±0.3°圆视场； 第一探测器 1 的光敏面为 Φ10mm ；可见光通道的焦距范围为95.4mm±4.8mm。并且在该实施例中，本发明系统的红外通道的视场角为
6.0°±0.3°×4.8°±0.3°；第二探测器 4 的分辨率为 640×512，像元尺寸为
17μm×17μm，红外通道的焦距范围为 103.8mm±5.2mm。
图 2 和图 3 为本发明一个实施例的示意图。图 2 为可见光通道示意图，
图 3 为红外通道示意图。图 2 中，光穿过整流罩 7 入射到主反射镜 3 上，
其中的可见光部分通过分光镜 2 的透光作用进入到第一透镜组 5 中，最后
被第一探测器 1 接收。图 3 中，光穿过整流罩 7 入射到主反射镜 3 上，其
中的红外光部分通过分光镜 2 的反射作用进入到第二透镜组 6 中，最后被
第二探测器 6 接收。需要说明的是，图 3 中仅示出了分光镜 2 的第一表面，
目的是突出反射面的位置和作用。由图 2 和图 3 可以看出本发明的实施例能够将可见光和红外光进行分光，并在同一光轴的两个探测器上进行分别成像，显著缩减了光学整体的径向尺寸。
本发明可以设置在手持热像仪或巡检机器人中，可用于对变电站内的设备缺陷进行检测。具体应用时，手持热像仪或巡检机器人能够显示红外测温图谱以及可见光图谱。由于本发明的整体体积较小，因此更容易设置在手持设备和小型机器人之中。
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 (7)
1.一种基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统，其特征在于，包括：
沿光轴依次设置的第一探测器（1）、分光镜（2）、主反射镜组（3）以及第二探测器（4）；主反射镜组（3）用于将入射光反射至分光镜（2） 的第一表面；分光镜（2）的第一表面能够反射红外光并透射可见光，用于使可见光透射进入第一镜组（5）后被第一探测器（1）接收；还用于使红外光反射进入第二镜组（6）后被第二探测器（4）接收。
2.根据权利要求 1 所述的基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统， 其特征在于，所述第一探测器（1）、第二探测器（4）、第一镜组（5）、第二镜组（6）和分光镜（2）位于同一光轴上。
3.根据权利要求 1 所述的基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统， 其特征在于，所述分光镜（2）的第一表面镀有可见光增透膜和红外反射膜。
4. 根据权利要求 1 所述的基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统， 其特征在于，所述第一镜组（5）和第二镜组（6）用于校正和成像。
5.根据权利要求 1 所述的基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统， 其特征在于，所述主反射镜组（3）包括至少一片反射镜。
6.根据权利要求 1 所述的基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统， 其特征在于，所述系统的可见光通道视场为 6.0°±0.3°圆视场；第一探测器（1）的光敏面为 Φ10mm；可见光通道的焦距范围为 95.4mm±4.8mm。
7. 根据权利要求 1 所述的基于电力复杂背景下的多光谱复合光学系统， 其特征在于，所述系统的红外通道的视场角为 6.0°±0.3°×4.8°±0.3°；第二探 测器（4）的分辨率为 640×512，像元尺寸为 17μm×17μm，红外通道的焦距范围为 103.8mm±5.2mm。
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