多波段共軸成像監控探頭及其切換裝置的製作方法
2023-11-30 00:58:41
專利名稱：多波段共軸成像監控探頭及其切換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及多波段成像探測技術，特別是指一種具有一個成 像光學系統和多個探測器的多波段共軸成像監控探頭及其切換裝置。
背景技術：
目前，成像監控探測技術廣泛應用於交通、油田、林業、安防和
國防領域。隨著CCD技術和監控技術的發展，成像監控探測波長從可 見光擴展到近紅外光和近紫外光，以不同波長成像來分析目標的特性， 大大地提高了探測能力。現在已有成熟的近紅外CCD、近紫外變像管 等技術，使從近紫外到近紅外使用多個成像探測器成為可能，但是由 於目前使用的成像監控探頭大多是一個成像鏡頭配一個CCD探測器， 因而使探測能力受到限制。
為了解決上述問題，可以採用一個共軸成像鏡頭配置多個不同波 段的探測器，這樣，通過不同探測器與鏡頭相配合，可以大提高探測 能力。目前，成像鏡頭與多個探測器的配置有一般是在鏡頭和探測器 之間設置分光稜鏡組或分色稜鏡組。當採用分光稜鏡組時，探測器不 用切換可同時工作，但是，光學零件複雜、成本高、光損失大、鏡頭 後截距要足夠長、鏡頭要綜合校正像差。採用分色稜鏡組時，需要配 置專門鏡頭，現有鏡頭不能使用，因而通用性差。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足，提供 一種多波段共軸成像監控探頭及其切換裝置，用於實現兩個或兩個以 上單波段探測器的分時接收，擴展成像監控探測波長的範圍，以提高
探測能力。
為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其中，所述的監控探頭包括成像一個光學系統和多 個探測器，所述切換裝置包括驅動機構和轉換機構，所述轉換機構分 別與所述探頭的成像組件和探測器相連，所述驅動機構驅動所述轉換 機構，使所述成像光學系統的成像光束被多個探測器中的一個接收。
進一步地，上述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置可以設計成 光學式，具體地，所述轉換機構包括反射鏡、反射稜鏡或反射稜鏡組 及切換元件，所述切換元件分別與所述反射鏡、反射稜鏡或反射稜鏡 組和所述驅動機構固定，由所述驅動機構驅動所述切換元件，帶動所 述反射鏡、反射稜鏡或反射稜鏡組進入或離開光路。其中，所述切換 元件為轉動機構、平移機構、擺動機構或前三者的組合。
作為上述切換元件的一個具體例子，所述轉動機構包括一轉軸和 所述轉軸與所述驅動機構動力輸出軸之間的齒輪傳動部件。這樣，通 過所述驅動機構驅動齒輪傳動部件帶動轉軸轉動，轉軸帶動反反射鏡、 反射稜鏡或反射稜鏡組轉動，使其進入或離開光路。
另外，所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置也可以設計成機 械式，具體地，所述轉換機構可以為轉動機構、平移機構、擺動機構 或前三者的組合。
作為上述轉換機構的一個具體例子，所述轉動機構包括設有通光 孔的轉盤，所述探測器固定在所述轉盤上，所述驅動機構驅動所述轉 盤轉動，當所述轉盤轉動到設定位置時，所述成像光學系統的成像光 束通過轉盤的通光孔被所述探測器接收。其中，驅動機構可以通過各 種傳動機構來帶動轉盤轉動， 一個典型的例子是齒輪傳動。
另外，所述轉動機構也可以包括帶有通光孔的轉軸(即為空心軸)，
在轉軸的端部固定所述探測器，或者在轉軸的端部再增加一個部件，
如固定爪等附屬機構，用於固定探測器。如果轉軸為實心軸，則可以
在固定爪等附屬機構上開設通光孔，至於採取什麼具體結構，視裝置 的具體要求而定。
本實用新型中的所述驅動機構包括電動機和減速器，如伺服電機、 步進電機等。為了防止過載，電動機上還安裝有過載保護器。
為了實現對所述轉換機構精確定位和/或限位，所述切換裝置還包括定位器和/或限位器，所述定位器可以為光電器件、霍爾器件或微動 開關。所述的限位器可以採用機械式限位器。
本實用新型還提供一種多波段共軸成像監控探頭，包括 一個成 像光學系統，和至少兩個探測器；在所述成像光學系統與探測器之間 還包括上述各種切換裝置，用於將所述探測器分時切入光路。
本實用新型實現了一個成像鏡頭配多個探測器、多波段接收的目 的，結構簡單、成本低、定位準確、操作簡便、光損失小、鏡頭單獨 校像差、通用性強，不僅適用於新設計的專用探測鏡頭，也可用於現 有探測鏡頭的改做。
圖1為本實用新型實施例一的結構原理示意圖； 圖2為本實用新型實施例一的正面視圖； 圖3為圖2中T一T向的剖視圖； 圖4為圖3中A部放大圖5為本實用新型實施例二的結構原理示意圖； 圖6為本實用新型實施例二的局部剖視圖； 圖7為圖6中V — V向和W — W向的剖視圖； 圖8為本實用新型實施例三的正面視圖； 圖9為圖8中Q — Q向的剖視圖。
其中，上述各圖中的附圖標記含義如下
共軸成像
光學系統
驅動機構
定位器/限位器
共軛調整機構
反射鏡
齒輪
轉盤
100、 200
102、 202 104、 204 106、 206、 306 1031
1033、 1034、
1035
2031
探測器
轉換機構
固定件
電動機
轉軸
光電開關
ioi、 ior 201、 2or 301、 3or
103、 203 105、 205、 305 1021、 2021、 3021 1032
1041、 2041、 3041
滾動軸承 2032齒輪 2033 過載保護器 207 軸承 3032
機械限位器 2042、 3042 擺盤 3031 齒輪 303具體實施方式
圖1為本實用新型一實施例一一光學式切換裝置的結構原理示意
圖，用於接收不同波段的兩個探測器ioi、 ior分布在共軸成像光學
系統100的相應方位，驅動機構102和轉換機構103位於共軸成像光
學系統ioo和探測器ioi、 ior之間。在驅動機構102的驅動下，轉
換機構103轉動相應的角度，通過其角度的變化，改變光束的傳播方 向，從而使所述共軸成像光學系統100的成像光束被兩個探測器101 中的一個接收。為了定位/限位，還包括定位器/限位器104。
作為應用上述原理的一個實施例，如圖2—圖4所示。 一種多波 段共軸成像監控探頭包括共軸成像光學系統100、兩個探測器101、
ioi'，在探測器ioi、 ior和共軸成像光學系統ioo之間還包括有切
換裝置，其固定在一殼體上，該殼體通過一固定件105固定在像光學 系統100上，探測器101、 101，卡在該殼體上。具體地說，切換裝置 包括反射鏡1031、轉軸1032、電動機1021,在轉軸1032上固定有齒 輪1033，在電動機1021的輸出軸上固定有齒輪1035，通過另一齒輪 1034來連接齒輪1033和齒輪1035，這樣，電動機輸出的動力通過該 組齒輪傳遞給轉軸1032，由該轉軸1032帶動反射鏡1031轉動。這樣， 通過控制電動機1021的轉動，實現了對反射鏡1031轉動角度的控制， 以使共軸成像光學系統100的成像光束可以被某一探測器接收。
另外，為了實現精確定位，在反射鏡1031的相應位置還設有光電 開關1041，當反射鏡1031轉動到設定的角度時，擋住光電開關1041 的感光孔，觸發光電開關1041發出電信號給控制系統，控制系統控制 電動1021機停止轉動，則反射鏡1031停在預定位置。
圖示反射鏡1031的位置是其中一個切換狀態，其反射面與共軸成 像光學系統100中的鏡頭的光軸成45度，來自鏡頭的成像光束經反射 卯度後由一探測器101 (如可以是近紅外CCD探測器)接收。反射鏡1031可以轉動，其轉軸位於反射鏡1031的一邊。當電動機1021 (如 可以是伺服電機)通過齒輪傳動(齒輪1033、 1034、和、1035)，帶動 反射鏡1031轉動時，反射鏡則離開成像鏡頭的光路。此時的成像光束 將無阻擋地被另一探測器101'(如可以是可見光CCD探測器)接收， 實現另一種狀態切換。本裝置要求反射鏡要準確定位，這裡採用了光 電開關1041，當反射鏡1031有關的運動構件到達給定位置時，光電開 關1041給出信號，終止電動機1021工作。在本裝置中，反射鏡1031 的兩個極限位置，分別設有機械限位器(圖中未示出)，保護機構的安 全。
為使兩個探測器(CCD)像面共軛，還包括一像面共軛調整機構 106，其實現方式可以有多種，如為一調整墊片、螺釘和螺孔間隙，如 圖4所示。
在本實用新型中，通過驅動機構帶動所述反射鏡進入或離開光路 時，可以採用轉動機構，如圖2-4所示，也可以採用平移機構，如滑動 導軌機構、滾動導軌機構，另外也可以採用擺動機構，如四連杆機構、
扇形齒輪等。
並且，上述光學式的切換裝置中的反射鏡也可以是反射稜鏡或反 射稜鏡組，因原理及結構與上述實施例相類似，故在此不再舉例。
參見圖5，為本實用新型另一實施例一 一機械式切換裝置的原理 示意圖，在本實施例中，包括一個共軸成像光學系統200和接收不同 波段的探測器201、201'，上述探測器分布在轉換機構203的相應位置。 在驅動機構202的驅動下，轉換機構203使其中的一個探測器進入成 像光路。當轉換機構203運動到另一個位置時，將使另一個探測器進 入成像光路。為了定位/限位，還包括定位器/限位器204，如果有多個 探測器，則有多個工作位置。從上述原理圖可知，本實施例採用機械 式結構，不改變成像光路，而是改變探測器的位置，從而實現探測器 分時接收成像光束的目的。
其中的轉換機構203可以採用轉動機構、平移機構或擺動機構， 或前三者組合，用於實現其上探測器進入和離開光路的目的。
其具體實施例如圖6、圖7所示。該實施例中的多波段共軸成像監控探頭包括一個共軸成像光學系統(圖中未示出)、兩個探測器201、
2or，在探測器201、 2or和共軸成像光學系統之間還包括有切換裝
置，所述的切換裝置包括驅動機構202和轉換機構203，其中，所述的 驅動機構202包括電動機2021，轉換機構203為一轉動機構，包括轉 盤2031和滾動軸承2032，其中，探測器201、 201，分別設置在轉盤 2031的相應工作位置，在轉盤2031的邊緣設有齒，在電動機2021的 輸出軸上固定有齒輪2033，當電動機2021轉動時，由齒輪2033帶動 轉盤2031在滾動軸承2032上轉動。
切換裝置用卡箍通過固定件205將其直接固定在成像鏡頭的後 端。轉盤2031採用散裝滾動軸承2032的無間隙運動機構，其上安裝 不同波段探測器。圖示轉盤2031的位置是其中一個切換狀態，來自鏡 頭的成像光束通過轉盤通光孔後由一個探測器201接收。轉盤2031可 以轉動，其迴轉軸與鏡頭的光軸平行，且距光軸保持一距離。當電動 機2021通過滑動離合器、齒輪2033帶動轉盤2031轉動時，轉盤通光 孔及CCD探測器離開光路，而另一個通光孔則進入光路。此時的成像 光束被另一個CCD探測器20r接收，實現另一種狀態切換。本裝置 要求轉盤的轉角要準確，即轉盤要準確定位，這裡採用了光電開關 2041，當轉盤2031轉到給定位置時，光電開關2041給出信號，終止 電動機2021工作。在本裝置中，轉盤2031的兩個極限位置，設有機 械限位器2042，以保護機構的安全。為使兩個CCD探測器像面共軛， 設有共軛調整機構206。並且，電動機2021還安裝有過載保護器207。
另外，轉換機構還可以為擺動機構，如圖8、圖9所示。本實例 中的切換裝置通過固定件(如一鎖螺)305將其直接固定在成像鏡頭的 後端。擺盤3031採用軸承3032的無間隙配合機構，其上安裝不同波 段探測器301、 301'。圖示擺盤的位置是其中一個切換狀態，來自鏡頭 的成像光束通過擺盤3031通光孔後由一個CCD探測器301接收。擺 盤3031可以擺動，其迴轉軸與鏡頭的光軸平行，且距光軸保持一距離。 當電動機3021 (如伺服電機)通過齒輪3033帶動擺盤3031擺動時， 擺盤3031的通光孔及探測器301離開光路，而另一個通光孔則進入光 路。此時的成像光束被另一個CCD探測器301'接收，實現另一種狀態切換。本裝置要求擺盤的轉角要準確，即擺盤要準確定位。這裡採 用了光電開關3041，當擺盤這個公共構件轉到給定位置時，光電開關
3041給出信號，終止電動機3021工作。在本裝置中，轉盤3031的兩 個極限位置，設有機械限位器3042，保護機構的安全。為使兩個CCD 探測器像面共軛，設有像面共軛調整機構(如調整墊片和橫向微調機 構)306。
此外，轉換機構還可以採用平移機構，如傳統的滑軌式機構等， 對於該結構在此不再贅述。
應該理解到的是上述具體實施例只是對本實用新型的說明，而 不是對本實用新型的限制，任何未超出本實用新型實質精神範圍的等 同結構，均應落入本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1. 一種多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其中，所述的監控探 頭包括一個成像光學系統和多個探測器，其特徵在於，所述切換裝置 包括驅動機構和轉換機構，所述轉換機構分別與所述探頭的成像光學 系統和探測器相連，所述驅動機構驅動所述轉換機構，使所述成像光 學系統的成像光束被多個探測器中的一個接收。
2. 根據權利要求l所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述轉換機構包括反射鏡、反射稜鏡或反射稜鏡組及切換 元件，所述切換元件分別與所述反射鏡、反射稜鏡或反射稜鏡組和所 述驅動機構固定，由所述驅動機構驅動所述切換元件，帶動所述反射 鏡、反射稜鏡或反射稜鏡組進入或離開光路。
3. 根據權利要求2所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述切換元件為轉動機構、平移機構、擺動機構或前三者 的組合。
4. 根據權利要求3所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述轉動機構包括連接反射鏡、反射稜鏡或反射稜鏡組的 轉軸及所述轉軸與所述驅動機構動力輸出軸之間的齒輪傳動部件。
5. 根據權利要求l所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述轉換機構為轉動機構、平移機構、擺動機構或前三者 的組合。
6. 根據權利要求5所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述轉動機構包括一設有通光孔的轉盤或轉軸，所述探測 器固定在所述轉盤上或所述轉軸端部，所述驅動機構驅動所述轉盤或 所述轉軸轉動，當所述轉盤或所述轉軸轉動到設定位置時，所述成像 光學系統的成像光束通過轉盤的通光孔或所述轉軸附屬機構上的通光孔被所述探測器接收。
7. 根據權利要求l所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述切換裝置還包括定位器和/或限位器，用以對所述轉換 機構精確定位和/或限位。
8. 根據權利要求7所述的多波段共軸成像監控探頭切換裝置，其 特徵在於，所述定位器為光電器件、霍爾器件或微動開關；所述限位 器為機械式限位器。
9. 根據權利要求l一8任一所述的多波段共軸成像監控探頭切換 裝置，其特徵在於，所述驅動機構包括電動機和減速器，且包括過載 保護器。
10. —種多波段共軸成像監控探頭，包括 一個成像光學系統和 至少兩個探測器；其特徵在於，在所述成像光學系統與探測器之間還 包括如權利要求l一9任一所述切換裝置，用於將所述探測器分時切入 光路。
專利摘要本實用新型公開了一種多波段共軸成像監控探頭及其切換裝置，其中，所述的監控探頭包括一個成像光學系統和多個探測器，所述切換裝置包括驅動機構和轉換機構，所述轉換機構分別與所述探頭的成像光學系統和探測器相連，所述驅動機構驅動所述轉換機構，使所述成像光學系統的成像光束被多個探測器中的一個接收。本實用新型實現了一個成像鏡頭配多個探測器、多波段接收的目的，結構簡單、成本低、定位準確、操作簡便、光損失小、鏡頭單獨校像差、通用性強，不僅適用於新設計的專用探測鏡頭，也可用於現有探測鏡頭的改做。
文檔編號H04N5/225GK201156146SQ20082000364
公開日2008年11月26日 申請日期2008年2月1日 優先權日2008年2月1日
發明者丁玉田, 任志文, 巍 鄭, 鄭維彥 申請人:鄭維彥