一种光学检焦系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种光学检焦系统及方法，采用远小于通光孔径的检焦平面反射镜，通过合理布置平面反射镜位置，检焦时利用平面反射镜静止，主光学系统在俯角电机驱动下绕垂直于光轴平面的轴作往复小幅摆动的方法，从而大幅减小了相机的尺寸和重量，另外也便于对检焦反射镜进行温控，从而保证了检焦精度。

【技术实现步骤摘要】
一种光学检焦系统及方法
本专利技术涉及光学检测领域，特别涉及一种光学检焦系统及方法。
技术介绍
长焦距航空相机在空中成像时，由于温度、大气压力和照相距离的变化会导致光学元件曲率半径、透镜间空气间隔、镜片间空气折射率及结构件实际尺寸发生变化，造成离焦现象，严重影响图像的清晰度和分辨率，因此要获得高清晰度的图像，就需要相机在拍照前进行自动检焦。目前，在长焦距航空相机中，常用的检焦方法就是全孔径自准直检焦，结合图1所示，长焦距航空相机的全孔径自准直检焦原理示意：全孔径平面反射镜1，该全孔径平面反射镜1具有光路折转和自准直检焦用。相机工作时，全孔径平面反射镜1与光轴成45度放置，使成像光线折转90度；自准直检焦前，全孔径平面反射镜1在电机的驱动下绕垂直于光轴平面的轴旋转至与光轴垂直位置。检焦时，主光学系统保持静止不动，全孔径平面反射镜1在电机的驱动下绕垂直于光轴平面的轴做小幅摆动以实现自准直检焦。由于全孔径平面反射镜尺寸和重量大，导致相机长度方向尺寸加长、重量加大，因此装机难度增大。另外航空相机外界温度剧烈变化，尺寸较大的全孔径检焦平面反射镜的温控措施难于实施。温度变化会改变检焦平面反射镜的面型，从而导致检焦系统的象散，导致检焦不准，降低检焦精度。因此，在有限的装机空间约束下，长焦距航空相机采用前置全孔径平面反射镜来实现高精度自准直检焦将面临重大挑战。特别是对于采用R-C光学系统的航空相机，R-C光学系统是主镜和次镜都为双曲面的改进形式的卡塞格林系统。长焦距航空相机采用R-C光学系统，目的之一就是可以有效减小尺寸，但全孔径检焦带来的后果是增加相机尺寸和重量。专利技术内容有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种光学检焦系统及方法，大幅减小了相机的尺寸和重量，便于布置和安装，另外也便于对平面反射镜进行温控，从而保证了检焦精度。第一方面，本专利技术提供一种光学检焦系统，包括发光元件、光栅、焦平面反射镜、透镜组、折转反射镜、平面反射镜、次镜、主镜、俯角电机、调焦电机以及光敏元件，所述次镜、所述折转反射镜、所述主镜构成主光学系统，所述平面反射镜位于所述次镜和所述主镜之间，所述发光元件发出的光照射在所述光栅，所述光栅形成的光栅像经由焦平面反射依次经过所述透镜组、所述折转反射镜、所述次镜和所述主镜后照射在所述平面反射镜上，所述光栅像经过所述平面反射镜反射后通过所述主镜、所述次镜、所述折转反射镜、所述透镜组及所述焦平面反射后经由所述光栅照射在所述光敏元件上，所述俯角电机带动所述主光学系统绕垂直于光轴平面的轴作往复摆动，根据所述光敏元件检测到光能量强度控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴前后移动直至所述光能量强度最大。可选地，包括信号处理器，所述光敏元件与所述信号处理器电连接，所述信号处理器根据所述光敏元件采集的光能量强度控制所述调焦电机带动所述焦平面反射镜沿光轴前后移动以调整焦平面位置。可选地，所述主光学系统通过镜筒安装在所述俯角电机的转轴上，所述俯角电机的转轴安装在外框架上。可选地，所述平面反射镜的中心在YC轴方向与所述主光学系统的中心重合，在XC轴方向，所述平面反射镜与所述次镜的中心距为112.5mm，在ZC轴方向，所述平面反射镜与所述次镜的空气间隔为42.5mm。可选地，所述平面反射镜固定于所述外框架上。可选地，包括反射镜芯轴、支撑横梁以及支耳，所述平面反射镜安装在所述反射镜芯轴上，所述反射镜芯轴安装在所述支撑横梁上，所述支撑横梁通过所述支耳安装在所述外框架上。可选地，所述支耳为两个分别安装于所述支撑横梁的两端。可选地，所述支耳上设有腰型槽，所述支耳通过所述腰型槽安装在所述支撑横梁上。第二方面，本专利技术提供一种光学检焦方法，所述方法包括：保持平面反射镜静止；控制主光学系统在俯角电机驱动下绕垂直于光轴平面的轴作往复摆动；光敏元件输出用于表征光能量强度的调制信号；根据所述调制信号的大小控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴方向前后移动直到光能量强度最大为止，其中所述平面反射镜的面积小于所述主光学系统的通光孔径。可选地，所述平面反射镜的面积小于等于所述主光学系统的通光孔径的1/12。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术提供光学检焦系统及方法，采用远小于通光孔径的检焦平面反射镜，通过合理布置平面反射镜位置，检焦时利用平面反射镜静止，主光学系统在俯角电机驱动下绕垂直于光轴平面的轴作往复小幅摆动的方法，从而大幅减小了相机的尺寸和重量，另外也便于对检焦反射镜进行温控，从而保证了检焦精度。附图说明图1是现有技术中长焦距航空相机全孔径自准直检焦原理示意图；图2为本专利技术实施例中提供一种光学检焦系统的原理示意图；图3为本专利技术实施例中提供一种光学检焦系统的合焦时检焦调制信号图；图4为本专利技术实施例中提供一种光学检焦系统的离焦时检焦调制信号图；图5为本专利技术实施例中提供一种光学检焦系统的平面反射镜与主光学系统的位置关系示意图；图6为本专利技术实施例中提供一种光学检焦系统的平面反射镜的固定示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。结合图2所示，本专利技术提供一种光学检焦系统，包括发光元件2、光栅3、透镜组4、折转反射镜7、平面反射镜5、次镜6、主镜8、俯角电机(图中未示出)、调焦电机(图中未示出)，光敏元件9及焦平面反射镜13，所述次镜6、所述折转反射镜7、所述主镜8构成主光学系统，所述平面反射镜5位于所述次镜6和所述主镜8之间，所述发光元件2发出的光照射在所述光栅3，所述光栅3形成的光栅像经由焦平面反射镜13反射依次经过所述透镜组4校正、所述折转反射镜7、所述次镜6和所述主镜8后照射在所述平面反射镜5上，所述光栅像经过所述平面反射镜5反射后通过所述主镜8、次镜6、折转反射镜7、透镜组4及所述焦平面反射镜13反射后经由所述光栅照射在所述光敏元件9上，所述俯角电机带动所述主光学系统绕垂直于光轴平面的轴作往复摆动，根据所述光敏元件9检测到光能量强度控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴前后移动直至所述光能量强度最大，通过合理布置平面反射镜位置，检焦时利用平面反射镜静止，主光学系统在俯角电机驱动下绕垂直于光轴平面的轴作往复小幅摆动的方法，从而大幅减小了相机的尺寸和重量，另外也便于对检焦反射镜进行温控，从而保证了检焦精度。结合图2、3及4所示，具体地说，发光元件2发出的光均匀照射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学检焦系统，其特征在于，包括发光元件、光栅、焦平面反射镜、透镜组、折转反射镜、平面反射镜、次镜、主镜、俯角电机、调焦电机以及光敏元件，所述次镜、所述折转反射镜、所述主镜构成主光学系统，所述平面反射镜位于所述次镜和所述主镜之间，所述发光元件发出的光照射在所述光栅，所述光栅形成的光栅像经由焦平面反射依次经过所述透镜组、所述折转反射镜、所述次镜和所述主镜后照射在所述平面反射镜上，所述光栅像经过所述平面反射镜反射后通过所述主镜、所述次镜、所述折转反射镜、所述透镜组及所述焦平面反射镜反射后经由所述光栅照射在所述光敏元件上，所述俯角电机带动所述主光学系统绕垂直于光轴平面的轴作往复摆动，根据所述光敏元件检测到光能量强度控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴前后移动直至所述光能量强度最大。

【技术特征摘要】
1.一种光学检焦系统，其特征在于，包括发光元件、光栅、焦平面反射镜、透镜组、折转反射镜、平面反射镜、次镜、主镜、俯角电机、调焦电机以及光敏元件，所述次镜、所述折转反射镜、所述主镜构成主光学系统，所述平面反射镜位于所述次镜和所述主镜之间，所述发光元件发出的光照射在所述光栅，所述光栅形成的光栅像经由焦平面反射依次经过所述透镜组、所述折转反射镜、所述次镜和所述主镜后照射在所述平面反射镜上，所述光栅像经过所述平面反射镜反射后通过所述主镜、所述次镜、所述折转反射镜、所述透镜组及所述焦平面反射镜反射后经由所述光栅照射在所述光敏元件上，所述俯角电机带动所述主光学系统绕垂直于光轴平面的轴作往复摆动，根据所述光敏元件检测到光能量强度控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴前后移动直至所述光能量强度最大。2.根据权利要求1所述的光学检焦系统，其特征在于，包括信号处理器，所述光敏元件与所述信号处理器电连接，所述信号处理器根据所述光敏元件采集的光能量强度控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴前后移动以调整焦平面位置。3.根据权利要求2所述的光学检焦系统，其特征在于，所述主光学系统通过镜筒安装在所述俯角电机的转轴上，所述俯角电机的转轴安装在外框架上。4.根据权利要求3所述的光学检焦系统，其特征在于，所述平面反射镜的中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁亚林，苏东风，陈志超，刘波，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22