【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学元件和系统领域，且更具体地涉及一种变焦镜头及光学探测系统。
技术介绍
1、在现代科技发展中，光学元件、系统或仪器在各个领域有着广泛的应用。其中，变焦镜头及光学探测系统是其中一个重要的研究方向。随着科技的进步和人们对于高质量图像的需求日益增加，变焦镜头变得越来越受到广泛关注和应用。传统的固定焦距镜头只能拍摄定焦距的图像，而变焦镜头则可以自由调节焦距，实现远距离拍摄或广角拍摄两种不同的视角。因此，变焦镜头及光学探测系统具有广泛应用前景。
2、但是，现有技术中变焦镜头重由于变焦镜头需要使用多个透镜来控制焦距、光圈和景深等参数，因此整个镜头组件通常较重，尺寸也比较大。对于需要长时间携带或拍摄的情况，这样的镜头会极大地增加用户的负担，不利于拍摄体验的提高。另外，现有技术中的变焦镜头对于弱光或快速运动的拍摄场景和条件下效果并不理想。在实际使用中，由于光线、环境、被拍摄对象等因素的影响，变焦镜头的焦距范围仍然存在一些局限性，无法适应多种拍摄环境。并且传统光学探测系统使用的镜头焦距通常是固定的，不能实现变焦功能；传统光学探测系统成像质量低下、稳定性差。
3、因此，本专利技术公开了一种变焦镜头，能够在不同应用场景下实现高质量的成像效果。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种变焦镜头及光学探测系统，能够在不同应用场景下实现高质量的成像效果；采用变形反射镜和透镜组，能够实现自适应聚焦，降低成像的畸变和提高拍摄环境的适应性；透镜组采用光学玻璃
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种变焦镜头，所述变焦镜头包括：光学元件，用于控制光线进行折射和聚焦，所述光学元件包括变形反射镜和透镜组，所述变形反射镜通过光线聚焦自适应模型改变表面曲率，所述透镜组采用光学玻璃和表面镀膜优化光线的色差、色散和能量损失程度，所述透镜组包括前组透镜和后组透镜；
4、变焦环，用于调节镜头的焦距，改变成像物体大小和清晰度，所述变焦环采用液晶变焦器实现光学焦距调节、光圈控制和景深调节，并通过改变电场强度调整镜头焦距，所述变焦环包括手动工作模式和自动工作模式，所述手动工作模式通过用户手动旋转所述变焦环实现镜头焦距的调整，所述自动工作模式通过光线变焦模拟优化模型自动优化所述液晶变焦器的电极布局和工作参数；
5、对焦环，用于调节镜头的对焦距离，所述对焦环采用液晶变形镜对对焦距离进行调节，所述液晶变形镜通过自动对焦感应点实时感知环境光线和拍摄对象距离，并通过深度学习传递矩阵模型对对焦距离进行计算；
6、激光束光源，用于辅助进行自动对焦和测量，所述激光束光源通过发射红外线激光束检测拍摄对象的距离和深度，并根据检测数据进行变焦和对焦调节；
7、光学稳定器，用于抵消镜头在拍摄时存在的振动和抖动，所述光学稳定器采用静态相位阵列稳像器实现对拍摄画面的稳定控制；
8、保护外壳，用于所述变焦镜头的外部保护，所述保护外壳采用碳纤维减轻所述变焦镜头的质量；
9、所述光学元件的输出端与所述变焦环的输入端连接，所述变焦环的输出端与所述对焦环的输入端连接，所述对焦环与所述激光束光源双向连接，所述光学稳定器的输出端与所述变焦环的输入端连接，所述保护外壳独立工作。
10、作为本专利技术进一步的技术方案，所述光线聚焦自适应模型根据光线的入射角度和位置自动调整所述变形反射镜的形状和曲率，所述光线聚焦自适应模型包括光线传输模块、反射镜曲率控制模块、畸变校正模块和自适应计算模块，所述光线传输模块通过光信号反馈电路追踪光线进入所述变焦镜头中的传播路径和传播行为，所述传播行为包括折射、反射、漫反射、散射和色散，所述反射镜曲率控制模块通过电极控制改变所述变形反射镜的曲率进行光线聚焦，所述畸变校正模块采用多项式函数描述所述变形反射镜的畸变特性，并通过拟合优化算法计算校正参数，所述自适应计算模块通过迭代运算提高光线聚焦的自适应性和精确度，所述光线传输模块的输出端与所述反射镜曲率控制模块的输入端连接，所述反射镜曲率控制模块的输出端与所述畸变校正模块的输入端连接，所述畸变校正模块的输出端与所述自适应计算模块的输入端连接。
11、作为本专利技术进一步的技术方案，所述液晶变焦器包括偏振器、补偿器和偏振片，所述液晶变焦器通过偏振器和补偿器组成液晶层，当电场作用于液晶层时，所述液晶层基于电场强度的改变进行折射率和相位差的调整，所述液晶层中的液晶分子发生旋转改变光的偏振方向，完成变焦，所述偏振片通过对偏振光的过滤实现对光线的控制。
12、作为本专利技术进一步的技术方案，所述光线变焦模拟优化模型根据光的能量守恒定律建立光束在不同位置上的耦合关系，形成束缚条件公式，所述束缚条件公式通过计算光线在所述液晶变焦器中的传输规律和成像质量获得最优电极布局和工作参数，所述束缚条件公式表示为：
13、 （1）
14、在公式（1）中，和表示第1光线束和第2光线束在不同位置处的横向束腰半径，和表示第1光线束和第2光线束在所述液晶变焦器中传输的距离，表示第1光线束的总能量，表示第2光线束的总能量；通过两个光线束的平面波相交得到立体干涉图形，并基于所述立体干涉图形在成像过程中产生的距离偏差确定最佳光路，两个光线束的平面波相位分布表示为：
15、 （2）
16、在公式（2）中，和表示第1光线束和第2光线束在不同位置处的相位值，和表示第1光线束和第2光线束的位置坐标，表示第2光线束在位置的相位值，表示第1光线束在位置的相位值，表示第1光线束在位置的相位值，表示第2光线束在位置的相位值；发生相位差的两个光线束的相空间的平移公式：
17、 （3）
18、在公式（3）中，表示光线束在不同位置处产生的相位差，表示相位在位置的调制，表示光线束在位置的总相位值，表示光线束平移至位置的总相位值，所述液晶变焦器通过调节相位差的大小和方向实现焦距的调节和图像的清晰成像，并根据光程差方程计算光束在所述液晶变焦器中传播不同位置处的光程差，光程差方程表示为：
19、 （4）
20、在公式（4）中，表示光线束在所述液晶变焦器中传播不同位置处的光程差，代表光线束在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变焦镜头，其特征在于：所述变焦镜头包括：
2.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述光线聚焦自适应模型根据光线的入射角度和位置自动调整所述变形反射镜的形状和曲率，所述光线聚焦自适应模型包括光线传输模块、反射镜曲率控制模块、畸变校正模块和自适应计算模块，所述光线传输模块通过光信号反馈电路追踪光线进入所述变焦镜头中的传播路径和传播行为，所述传播行为包括折射、反射、漫反射、散射和色散，所述反射镜曲率控制模块通过电极控制改变所述变形反射镜的曲率进行光线聚焦，所述畸变校正模块采用多项式函数描述所述变形反射镜的畸变特性，并通过拟合优化算法计算校正参数，所述自适应计算模块通过迭代运算提高光线聚焦的自适应性和精确度，所述光线传输模块的输出端与所述反射镜曲率控制模块的输入端连接，所述反射镜曲率控制模块的输出端与所述畸变校正模块的输入端连接，所述畸变校正模块的输出端与所述自适应计算模块的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述液晶变焦器包括偏振器、补偿器和偏振片，所述液晶变焦器通过偏振器和补偿器组成液晶层，当电场作用于液晶层时，
4.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述光线变焦模拟优化模型根据光的能量守恒定律建立光束在不同位置上的耦合关系，形成束缚条件公式，所述束缚条件公式通过计算光线在所述液晶变焦器中的传输规律和成像质量获得最优电极布局和工作参数，所述束缚条件公式表示为：
5.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述深度学习传递矩阵模型包括输入层、卷积层、全连接层、激活函数层、损失函数层、传递矩阵层、池化层、批量归一化层和输出层，所述深度学习传递矩阵模型的工作包括以下步骤：
6.一种光学探测系统，其特征在于：包括权利要求1-5之一所述的一种变焦镜头，所述光学探测系统包括信号处理和储存模块、电源模块、光学控制模块和光学模拟优化模块；
7.根据权利要求6所述的一种光学探测系统，其特征在于：所述光学控制器通过内置反馈控制电路实现对所述变焦镜头的焦距和对焦距离的控制，所述光开关通过改变光路的通断控制所述变焦镜头跟随目标物体进行运动，所述光衰减器通过减小光信号强度控制所述变焦镜头的稳定移动，所述光调制器通过改变电场强度实现对光信号强度、相位和频率的调节控制。
8.根据权利要求6所述的一种光学探测系统，其特征在于：所述电池供电方式通过可充放电池为所述光学探测系统提供便携式电源，所述外部连接供电方式通过外部电源接口连接到直流或交流输配系统获取电源功率输入，所述电源模块通过备用电源驱动卡实现电池供电方式和外部连接供电方式的无间歇切换，所述备用电源驱动卡包括高速串行扩展总线PCIe和备用电源处理电路，所述高速串行扩展总线PCIe采用热插拔备用切换方式和QOS抗延迟阻塞服务实现主电源和备用电源端对端实时切换。
9.根据权利要求6所述的一种光学探测系统，其特征在于：所述COM动态模拟方法采用云端服务器建立所述变焦镜头的三维模型，并根据光学传输和光路追迹原理建立所述光学探测系统的数学模型，所述光学传输和光路追迹原理包括光路追迹算法、光线最小偏差原理和角度传输矩阵法，所述光学模拟优化模块采用监控计算机作为模拟控制单元，所述模拟控制单元与所述云端服务器通过无线通信桥进行模拟控制指令的传达，所述无线通信桥通过RS232串行通信协议将模拟控制指令传输至所述云端服务器中执行。
...【技术特征摘要】
1.一种变焦镜头，其特征在于：所述变焦镜头包括：
2.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述光线聚焦自适应模型根据光线的入射角度和位置自动调整所述变形反射镜的形状和曲率，所述光线聚焦自适应模型包括光线传输模块、反射镜曲率控制模块、畸变校正模块和自适应计算模块，所述光线传输模块通过光信号反馈电路追踪光线进入所述变焦镜头中的传播路径和传播行为，所述传播行为包括折射、反射、漫反射、散射和色散，所述反射镜曲率控制模块通过电极控制改变所述变形反射镜的曲率进行光线聚焦，所述畸变校正模块采用多项式函数描述所述变形反射镜的畸变特性，并通过拟合优化算法计算校正参数，所述自适应计算模块通过迭代运算提高光线聚焦的自适应性和精确度，所述光线传输模块的输出端与所述反射镜曲率控制模块的输入端连接，所述反射镜曲率控制模块的输出端与所述畸变校正模块的输入端连接，所述畸变校正模块的输出端与所述自适应计算模块的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述液晶变焦器包括偏振器、补偿器和偏振片，所述液晶变焦器通过偏振器和补偿器组成液晶层，当电场作用于液晶层时，所述液晶层基于电场强度的改变进行折射率和相位差的调整，所述液晶层中的液晶分子发生旋转改变光的偏振方向，完成变焦，所述偏振片通过对偏振光的过滤实现对光线的控制。
4.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述光线变焦模拟优化模型根据光的能量守恒定律建立光束在不同位置上的耦合关系，形成束缚条件公式，所述束缚条件公式通过计算光线在所述液晶变焦器中的传输规律和成像质量获得最优电极布局和工作参数，所述束缚条件公式表示为：
5.根据权利要求1所述的一种变焦镜头，其特征在于：所述深度学习传递矩阵模型包括输入层、卷积层、全连接层、激活...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦良，
申请(专利权)人：铭沣工业自动化上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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