CN220913487U - 成像组件及成像仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种成像组件及成像仪，成像组件包括分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第一镜头及第二镜头，分光镜设置于入射光线的光路上，并能够将入射光线分为第一光线及第二光线；第一反射镜设置于第一光线的光路上，并能够将第一光线反射形成第三光线；第二反射镜设置于第二光线的光路上，并能够将第二光线反射形成第四光线；第一镜头用于接收第三光线，第一镜头的光轴与第三光线的中心光路重合；第二镜头用于接收第四光线，第二镜头的光轴与第四光线的中心光路重合。无论入射光线是平行光线还是发散光线，该成像组件都能够在不调节镜头角度的情况下，保证视场中心的物体始终处于第一镜头和第二镜头的画面中心，操作简单方便。

Description

成像组件及成像仪

技术领域

本实用新型涉及光学设备技术领域，特别是一种成像组件及成像仪。

背景技术

双目成像是利用镜头前置的分光系统，将输入的单个视场输出成双视场，双目共用同一束入射光。

现有的双目成像仪中，为保证双目成像画面的一致性，整机装配完成后，在对不同物距的物体成像时，需要通过机械结构调节镜头的角度，以对镜头的光轴进行校准，保证双目所成图像的同轴度，使得视场中心的物体始终处于双目图像的画面中心。但是，这种调节方式有很大的局限性，调整精度较低，并且每次改变物距后都需要调节镜头的角度，操作较为复杂。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种成像组件及成像仪，该成像组件能够在不调节镜头角度的情况下，保证视场中心的物体始终处于双目图像的画面中心。

本实用新型首先提供一种成像组件，包括：分光镜，设置于入射光线的光路上，并能够将所述入射光线分为第一光线及第二光线；第一反射镜，设置于所述第一光线的光路上，并能够将所述第一光线反射形成第三光线；第二反射镜，设置于所述第二光线的光路上，并能够将所述第二光线反射形成第四光线；第一镜头，用于接收所述第三光线，所述第一镜头的光轴与所述第三光线的中心光路重合；以及，第二镜头，用于接收所述第四光线，所述第二镜头的光轴与所述第四光线的中心光路重合。

上述成像组件中，入射光线会被分光镜分为第一光线及第二光线两束不同的出射光，第一光线经过第一反射镜反射后形成第三光线，并在第一镜头上成像，第二光线经过第二反射镜反射后形成第四光线，并在第二镜头上成像，从而实现单光源双目成像；无论入射光线是平行光线还是发散光线，第三光线的中心光路都会与第一镜头的光轴重合，第四光线的中心光路也都会与第二镜头的光轴重合，从而使得视场中心的物体能够始终处于第一镜头和第二镜头的画面中心，双目图像中心有很好的一致性，并且两个成像的画面也具有高度的匹配性，因此，该成像组件不需要考虑物距的远近，也不需要调节第一镜头和第二镜头的角度，简化了光轴校准的过程，操作简单方便。并且，用户在装配该成像组件时，既能够调整分光镜与物体之间的距离，还能够调整分光镜与第一反射镜之间的距离以及分光镜与第二反射镜之间的距离，调节精度较高，从而能够采用相同的元件装配形成多种不同放大倍率的成像组件。

在其中一个实施例中，所述第一镜头与所述第二镜头朝向同一侧，且所述第一镜头的光轴与所述第二镜头的光轴平行。

如此设置，使得第一镜头及第二镜头的结构紧凑，避免增大成像组件整体体积。

在其中一个实施例中，所述第一镜头的光轴及所述第二镜头的光轴均与所述入射光线的中心光路垂直。

如此设置，使得在装配该成像组件时能够方便计算分光镜、第一反射镜及第二反射镜之间的角度和相对位置，从而使得装配过程更加简单。

在其中一个实施例中，所述第一反射镜与第一镜头的光轴之间的夹角为θ₁，所述分光镜与第一镜头的光轴之间的夹角为θ₂，所述第二反射镜与第二镜头的光轴之间的夹角为θ₃，满足θ₁+θ₂-θ₃＝45°。

如此设置，θ₁、θ₂及θ₃满足上述公式就能够实现第三光线的中心光路与第一镜头的光轴重合，第四光线的中心光路与第二镜头的光轴重合，从而能够进一步便于用户在装配该成像组件时计算分光镜、第一反射镜及第二反射镜之间的角度和相对位置，使得装配过程更加简单。

在其中一个实施例中，所述分光镜沿所述入射光线的光路相对于所述第一镜头滑动，所述第一反射镜沿所述第一镜头的光轴相对于所述第一镜头滑动。

如此设置，用户就能够在使用该成像组件的过程中，根据第一镜头的放大倍率的需求调整分光镜与物体之间的距离以及分光镜与第一反射镜之间的距离，调节精度较高，并且使得该成像组件能够适用于有不同放大倍率需求的情况，适用范围广，操作方便。

在其中一个实施例中，所述第二反射镜沿所述第二光线的光路相对于所述分光镜滑动，所述第二镜头随所述第二反射镜同步运动。

如此设置，用户就能够在使用该成像组件的过程中，根据第二镜头的放大倍率的需求调整分光镜与物体之间的距离以及分光镜与第二反射镜之间的距离，调节精度较高，并且使得该成像组件能够适用于有不同放大倍率需求的情况，适用范围广，操作方便。

在其中一个实施例中，所述第一镜头及所述第二镜头中的一者设置为可见光镜头，另一者设置为热成像镜头。

如此设置，用户能够通过该成像组件同时观察到同一物体的可见光成像和热成像，适用范围广。

在其中一个实施例中，所述分光镜的透射波段为400nm至760nm，所述分光镜的反射波段为800nm至1300nm；及/或，所述分光镜的透射率大于80％，所述分光镜的反射率大于85％。

如此设置，分光镜能够将入射光线中的红外光线反射形成第一光线，将入射光线中的可将光透射形成第二光线，并且波长范围在800nm至1300nm内时，物体表面的辐射强度与温度之间呈线性关系，可以得到比较准确的温度分布图像，从而保证红外光线在第一镜头内以及可见光在第二镜头内的成像效果。并且，入射光线能够被分光镜充分反射或透射，减少光线的损失，从而保证第一镜头和第二镜头的成像效果。

在其中一个实施例中，所述分光镜包括平面镜及设置于所述平面镜朝向所述第一反射镜一侧面的反射膜层。

如此设置，分光镜的结构简单，便于生产加工，并且平面镜使得第二光线与入射光线是平行的，从而能够便于用户在装配该成像组件时计算分光镜与第二反射镜之间的角度及相对位置，使得装配过程更加简单。

本实用新型实施例还提供一种成像仪，包括上述的成像组件。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1为本实用新型一种实施方式的成像组件在平行入射光线下的光路示意图；

图2为本实用新型提供的图1中成像组件在点光源入射光线下的光路示意图；

图3为本实用新型提供的图1中成像组件的分光示意图。

附图标记：1、分光镜；2、第一反射镜；3、第二反射镜；4、第一镜头；5、第二镜头；61、入射光线；62、第一光线；63、第二光线；64、第三光线；65、第四光线。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本申请的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

除非另有定义，本申请的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本申请的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

双目成像是利用镜头前置的分光系统，将输入的单个视场输出成双视场，双目共用同一束入射光。现有的双目成像仪中，为保证双目成像画面的一致性，整机装配完成后，在对不同物距的物体成像时，需要通过机械结构调节镜头的角度，以对镜头的光轴进行校准，保证双目所成图像的同轴度，使得视场中心的物体始终处于双目图像的画面中心。例如，当物体位于距离镜头无穷远的位置时，入射光线呈平行光线，此时，需要调整双目光轴平行，视场中心的物体能够同时成像在双目图像的中心；当物体逐渐靠近镜头时，入射光呈发散光线，此时，若双目光轴依旧平行，视场中心的物体很难同时成像在双目图像的中心，因此，需要调整双目光轴之间的角度逐渐增大，使得视场中心的物体能够同时成像在双目图像的中心，即双目光轴均与接收到的中心光线重合。但是，这种调节方式有很大的局限性，只能保证物体在有限的一段物距中，双目图像中心的成像准确对应，调整精度较低，并且每次改变物距后都需要调节镜头的角度，操作较为复杂。

为了解决上述问题，如图1至图3所示，本实用新型首先提供一种成像组件，该成像组件能够在不调节镜头角度的情况下，保证视场中心的物体始终处于双目图像的画面中心。

如图1至图2所示，具体地，成像组件包括分光镜1、第一反射镜2、第二反射镜3、第一镜头4及第二镜头5，其中：分光镜1设置于入射光线61的光路上，并能够将入射光线61分为第一光线62及第二光线63；第一反射镜2设置于第一光线62的光路上，并能够将第一光线62反射形成第三光线64；第二反射镜3设置于第二光线63的光路上，并能够将第二光线63反射形成第四光线65；第一镜头4用于接收第三光线64，第一镜头4的光轴a与第三光线64的中心光路重合；第二镜头5用于接收第四光线65，第二镜头5的光轴b与第四光线65的中心光路重合。

如前所述，现有的双目成像仪在对不同物距的物体成像时，需要通过机械结构调节镜头的角度，使得视场中心的物体始终处于双目图像的画面中心，但是，这种调节方式有很大的局限性，调整精度较低，操作较为复杂。而本实用新型实施例提供的成像组件中，入射光线61会被分光镜1分为第一光线62及第二光线63两束不同的出射光，第一光线62经过第一反射镜2反射后形成第三光线64，第三光线64在第一镜头4上成像，第二光线63经过第二反射镜3反射后形成第四光线65，第四光线65在第二镜头5上成像，从而实现单光源双目成像；并且，无论入射光线61是如图1所示的平行光线还是如图2所示的发散光线，第三光线64的中心光路都会与第一镜头4的光轴a重合，第四光线65的中心光路也都会与第二镜头5的光轴b重合，从而使得视场中心的物体能够始终处于第一镜头4和第二镜头5的画面中心，双目图像中心有很好的一致性，并且两个成像的画面也具有高度的匹配性，因此，该成像组件不需要考虑物距的远近，也不需要调节第一镜头4和第二镜头5的角度，简化了光轴校准的过程，操作简单方便。

由于成像组件的放大倍率与物距和焦距有关，用户能够根据实际需求选择不同焦距的第一镜头4和第二镜头5。当然，用户也能够在装配该成像组件时，根据实际需求调整分光镜1、第一反射镜2及第二反射镜3的相对位置，相比于单独调整反射镜与物体之间的距离，本实用新型实施例提供的成像组件既能够调整分光镜1与物体之间的距离，还能够调整分光镜1与第一反射镜2之间的距离以及分光镜1与第二反射镜3之间的距离，调节精度较高，从而能够采用相同的元件装配形成多种不同放大倍率的成像组件。

如图1至图2所示，在图示的实施方式中，第一镜头4与第二镜头5朝向同一侧，且第一镜头4的光轴a与第二镜头5的光轴b平行。第一镜头4的光轴a及第二镜头5的光轴b均与入射光线61的中心光路垂直。这样，使得第一镜头4及第二镜头5的结构紧凑，避免增大成像组件整体体积。并且，第一镜头4的光轴a与第二镜头5的光轴b平行，第一镜头4的光轴a及第二镜头5的光轴b均与入射光线61的中心光路垂直，还使得在装配该成像组件时能够方便计算分光镜1、第一反射镜2及第二反射镜3之间的角度和相对位置，从而使得装配过程更加简单。

当然，在其他实施方式中，也可以根据成像仪等设备的具体结构调整第一镜头4与第二镜头5的相对位置，例如，可以将第一镜头4的光轴a与第二镜头5的光轴b互呈角度设置，或者，也可以将第一镜头4与第二镜头5相向布置，只要保证入射光线61在经过分光镜1和第一反射镜2后形成的第三光线64的中心光路能够与第一镜头4的光轴a重合，在经过分光镜1和第二反射镜3后形成的第四光线65的中心光路能够与第二镜头5的光轴b重合即可，本实用新型实施例在此不做具体限制。

如图1及图3所示，第一反射镜2与第一镜头4的光轴a之间的夹角为θ₁，分光镜1与第一镜头4的光轴a之间的夹角为θ₂，第二反射镜3与第二镜头5的光轴b之间的夹角为θ₃，满足θ₁+θ₂-θ₃＝45°。在第一镜头4的光轴a与第二镜头5的光轴b平行的情况下，θ₁、θ₂及θ₃满足上述公式就能够实现第三光线64的中心光路与第一镜头4的光轴a重合，第四光线65的中心光路与第二镜头5的光轴b重合，从而能够进一步便于用户在装配该成像组件时计算分光镜1、第一反射镜2及第二反射镜3之间的角度和相对位置，使得装配过程更加简单。

如图1所示，分光镜1包括平面镜及设置于平面镜朝向第一反射镜2一侧面的反射膜层。分光镜1的结构简单，便于生产加工。入射光线61打在反射膜层上后，部分光线会被反射膜层反射形成第一光线62，部分光线会透过反射膜层，并在平面镜内发生折射后射出形成第二光线63，由于平面镜的入射面和出射面是平行的，因此，第二光线63与入射光线61也是平行的，这样也能够便于用户在装配该成像组件时计算分光镜1与第二反射镜3之间的角度及相对位置，使得装配过程更加简单。

在一种实施方式中，第一镜头4设置为热成像镜头，第二镜头5设置为可见光镜头。这样，用户能够通过该成像组件同时观察到同一物体的可见光成像和热成像，适用范围广。

其中，分光镜1的平面镜可以设置为可见光透过率良好的光学玻璃K9或BK7等，并在平面镜朝向第一反射镜2一侧面的镀上相应波段反射膜层。第一反射镜2及第二反射镜3也可以设置为光学玻璃，并在第一反射镜2朝向第一镜头4的一侧面以及第二反射镜3朝向第二镜头5的一侧面分别镀上相应波段反射膜层。

由于可见光的波长范围为400nm至760nm；并且，在热成像技术中，波长的选择对于热成像图像的质量和精度有着直接的影响，一般来说，在中红外区的波长范围800nm至1300nm内，物体表面的辐射强度与温度之间呈线性关系，可以得到比较准确的温度分布图像，因此中红外区的波长范围比较适合热成像技术。因此，分光镜1的反射膜层的透射波段为400nm至760nm，分光镜1的反射膜层的反射波段为800nm至1300nm。这样，分光镜1就能够将入射光线61中的红外光线反射形成第一光线62，将入射光线61中的可将光透射形成第二光线63，保证红外光线在第一镜头4内以及可见光在第二镜头5内的成像效果。并且，第一反射镜2的反射膜层的反射波段为800nm至1300nm，使得第一光线62能够被反射形成第三光线64；第二反射镜3的反射膜层的反射波段为400nm至760nm，使得第二光线63能够被反射形成第四光线65。

其中，分光镜1的透射率大于80％，分光镜1的反射率大于85％。这样，使得入射光线61能够被分光镜1充分反射或透射，减少光线的损失，从而能够进一步保证第一镜头4和第二镜头5的成像效果。

当然，在其他实施方式中，也可以将第一镜头4设置为可见光镜头，第二镜头5设置为热成像镜头。或者，还可以根据实际成像需要将第一镜头4或第二镜头5设置为荧光成像镜头、单色光成像镜头等其他种类的镜头，本实用新型实施例在此不做具体限制。

如图1至图2所示，在一种实施方式中，分光镜1沿入射光线61的光路相对于第一镜头4滑动，第一反射镜2沿第一镜头4的光轴a相对于第一镜头4滑动。第二反射镜3沿第二光线63的光路相对于分光镜1滑动，第二镜头5随第二反射镜3同步运动。由于成像组件的放大倍率与物距和焦距有关，在第一镜头4和第二镜头5的焦距固定的情况下，用户就能够在使用该成像组件的过程中，根据第一镜头4的放大倍率的需求调整分光镜1与物体之间的距离以及分光镜1与第一反射镜2之间的距离，根据第二镜头5的放大倍率的需求调整分光镜1与物体之间的距离以及分光镜1与第二反射镜3之间的距离，调节精度较高，并且使得该成像组件能够适用于有不同放大倍率需求的情况，适用范围广，操作方便。

在另一种实施方式中，也可以根据成像仪等设备的具体结构将成像组件设置为只能够调节分光镜1和第一反射镜2的位置，使得第二镜头5的放大倍率保持不变；或者只能够调节第二反射镜3的位置，使得第一镜头4的放大倍率保持不变。当然，在其他实施方式中，也可以在装配过程中确定分光镜1、第一反射镜2和第二反射镜3的具体位置，使得装配完成后该成像组件放大倍率保持不变。

本实用新型还提供一种成像仪，包括上述的成像组件。当然，该成像组件也可以用于双目摄像机、医学影像设备等其他需要双目成像的设备中，本实用新型实施例在此不做具体限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种成像组件，其特征在于，包括：

分光镜(1)，设置于入射光线(61)的光路上，并能够将所述入射光线(61)分为第一光线(62)及第二光线(63)；

第一反射镜(2)，设置于所述第一光线(62)的光路上，并能够将所述第一光线(62)反射形成第三光线(64)；

第二反射镜(3)，设置于所述第二光线(63)的光路上，并能够将所述第二光线(63)反射形成第四光线(65)；

第一镜头(4)，用于接收所述第三光线(64)，所述第一镜头(4)的光轴与所述第三光线(64)的中心光路重合；以及，

第二镜头(5)，用于接收所述第四光线(65)，所述第二镜头(5)的光轴与所述第四光线(65)的中心光路重合。

2.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述第一镜头(4)与所述第二镜头(5)朝向同一侧，且所述第一镜头(4)的光轴与所述第二镜头(5)的光轴平行。

3.根据权利要求2所述的成像组件，其特征在于，所述第一镜头(4)的光轴及所述第二镜头(5)的光轴均与所述入射光线(61)的中心光路垂直。

4.根据权利要求2所述的成像组件，其特征在于，所述第一反射镜(2)与第一镜头(4)的光轴之间的夹角为θ₁，所述分光镜(1)与第一镜头(4)的光轴之间的夹角为θ₂，所述第二反射镜(3)与第二镜头(5)的光轴之间的夹角为θ₃，满足θ₁+θ₂-θ₃＝45°。

5.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述分光镜(1)沿所述入射光线(61)的光路相对于所述第一镜头(4)滑动，所述第一反射镜(2)沿所述第一镜头(4)的光轴相对于所述第一镜头(4)滑动。

6.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述第二反射镜(3)沿所述第二光线(63)的光路相对于所述分光镜(1)滑动，所述第二镜头(5)随所述第二反射镜(3)同步运动。

7.根据权利要求1所述的成像组件，其特征在于，所述第一镜头(4)及所述第二镜头(5)中的一者设置为可见光镜头，另一者设置为热成像镜头。

8.根据权利要求7所述的成像组件，其特征在于，所述分光镜(1)的透射波段为400nm至760nm，所述分光镜(1)的反射波段为800nm至1300nm；及/或，

所述分光镜(1)的透射率大于80％，所述分光镜(1)的反射率大于85％。

9.根据权利要求1-8任一项所述的成像组件，其特征在于，所述分光镜(1)包括平面镜及设置于所述平面镜朝向所述第一反射镜(2)一侧面的反射膜层。

10.一种成像仪，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的成像组件。