專利名稱：多波段共軸成像監(jiān)控探頭及其切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及多波段成像探測技術(shù)，特別是指一種具有一個成 像光學(xué)系統(tǒng)和多個探測器的多波段共軸成像監(jiān)控探頭及其切換裝置。
背景技術(shù)：
目前，成像監(jiān)控探測技術(shù)廣泛應(yīng)用于交通、油田、林業(yè)、安防和
國防領(lǐng)域。隨著CCD技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，成像監(jiān)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(biāo)的特性， 大大地提高了探測能力?，F(xiàn)在已有成熟的近紅外CCD、近紫外變像管 等技術(shù)，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 于目前使用的成像監(jiān)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，可以采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(shè)置分光棱鏡組或分色棱鏡組。當(dāng)采用分光棱鏡組時，探測器不 用切換可同時工作，但是，光學(xué)零件復(fù)雜、成本高、光損失大、鏡頭 后截距要足夠長、鏡頭要綜合校正像差。采用分色棱鏡組時，需要配 置專門鏡頭，現(xiàn)有鏡頭不能使用，因而通用性差。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供 一種多波段共軸成像監(jiān)控探頭及其切換裝置，用于實現(xiàn)兩個或兩個以 上單波段探測器的分時接收，擴展成像監(jiān)控探測波長的范圍，以提高
探測能力。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其中，所述的監(jiān)控探頭包括成像一個光學(xué)系統(tǒng)和多 個探測器，所述切換裝置包括驅(qū)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)分 別與所述探頭的成像組件和探測器相連，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換 機構(gòu)，使所述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像光束被多個探測器中的一個接收。
進(jìn)一步地，上述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置可以設(shè)計成 光學(xué)式，具體地，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括反射鏡、反射棱鏡或反射棱鏡組 及切換元件，所述切換元件分別與所述反射鏡、反射棱鏡或反射棱鏡 組和所述驅(qū)動機構(gòu)固定，由所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述切換元件，帶動所 述反射鏡、反射棱鏡或反射棱鏡組進(jìn)入或離開光路。其中，所述切換 元件為轉(zhuǎn)動機構(gòu)、平移機構(gòu)、擺動機構(gòu)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(zhuǎn)動機構(gòu)包括一轉(zhuǎn)軸和 所述轉(zhuǎn)軸與所述驅(qū)動機構(gòu)動力輸出軸之間的齒輪傳動部件。這樣，通 過所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動齒輪傳動部件帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動反反射鏡、 反射棱鏡或反射棱鏡組轉(zhuǎn)動，使其進(jìn)入或離開光路。
另外，所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置也可以設(shè)計成機 械式，具體地，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)可以為轉(zhuǎn)動機構(gòu)、平移機構(gòu)、擺動機構(gòu) 或前三者的組合。
作為上述轉(zhuǎn)換機構(gòu)的一個具體例子，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括設(shè)有通光 孔的轉(zhuǎn)盤，所述探測器固定在所述轉(zhuǎn)盤上，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述轉(zhuǎn) 盤轉(zhuǎn)動，當(dāng)所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到設(shè)定位置時，所述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像光 束通過轉(zhuǎn)盤的通光孔被所述探測器接收。其中，驅(qū)動機構(gòu)可以通過各 種傳動機構(gòu)來帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動， 一個典型的例子是齒輪傳動。
另外，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)也可以包括帶有通光孔的轉(zhuǎn)軸(即為空心軸)，
在轉(zhuǎn)軸的端部固定所述探測器，或者在轉(zhuǎn)軸的端部再增加一個部件，
如固定爪等附屬機構(gòu)，用于固定探測器。如果轉(zhuǎn)軸為實心軸，則可以
在固定爪等附屬機構(gòu)上開設(shè)通光孔，至于采取什么具體結(jié)構(gòu)，視裝置 的具體要求而定。
本實用新型中的所述驅(qū)動機構(gòu)包括電動機和減速器，如伺服電機、 步進(jìn)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(xiàn)對所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)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(guān)。所述的限位器可以采用機械式限位器。
本實用新型還提供一種多波段共軸成像監(jiān)控探頭，包括 一個成 像光學(xué)系統(tǒng)，和至少兩個探測器；在所述成像光學(xué)系統(tǒng)與探測器之間 還包括上述各種切換裝置，用于將所述探測器分時切入光路。
本實用新型實現(xiàn)了一個成像鏡頭配多個探測器、多波段接收的目 的，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、定位準(zhǔn)確、操作簡便、光損失小、鏡頭單獨 校像差、通用性強，不僅適用于新設(shè)計的專用探測鏡頭，也可用于現(xiàn) 有探測鏡頭的改做。


圖1為本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(biāo)記含義如下
共軸成像
光學(xué)系統(tǒng)
驅(qū)動機構(gòu)
定位器/限位器
共軛調(diào)整機構(gòu)
反射鏡
齒輪
轉(zhuǎn)盤
100、 200
102、 202 104、 204 106、 206、 306 1031
1033、 1034、
1035
2031
探測器
轉(zhuǎn)換機構(gòu)
固定件
電動機
轉(zhuǎn)軸
光電開關(guān)
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(xué)式切換裝置的結(jié)構(gòu)原理示意
圖，用于接收不同波段的兩個探測器ioi、 ior分布在共軸成像光學(xué)
系統(tǒng)100的相應(yīng)方位，驅(qū)動機構(gòu)102和轉(zhuǎn)換機構(gòu)103位于共軸成像光
學(xué)系統(tǒng)ioo和探測器ioi、 ior之間。在驅(qū)動機構(gòu)102的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)
換機構(gòu)103轉(zhuǎn)動相應(yīng)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(xué)系統(tǒng)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(yīng)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(jiān)控探頭包括共軸成像光學(xué)系統(tǒng)100、兩個探測器101、
ioi'，在探測器ioi、 ior和共軸成像光學(xué)系統(tǒng)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(xué) 系統(tǒng)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(zhuǎn)軸1032、電動機1021,在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸1032，由該轉(zhuǎn)軸1032帶動反射鏡1031轉(zhuǎn)動。這樣， 通過控制電動機1021的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了對反射鏡1031轉(zhuǎn)動角度的控制， 以使共軸成像光學(xué)系統(tǒng)100的成像光束可以被某一探測器接收。
另外，為了實現(xiàn)精確定位，在反射鏡1031的相應(yīng)位置還設(shè)有光電 開關(guān)1041，當(dāng)反射鏡1031轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度時，擋住光電開關(guān)1041 的感光孔，觸發(fā)光電開關(guān)1041發(fā)出電信號給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)控制 電動1021機停止轉(zhuǎn)動，則反射鏡1031停在預(yù)定位置。
圖示反射鏡1031的位置是其中一個切換狀態(tài)，其反射面與共軸成 像光學(xué)系統(tǒng)100中的鏡頭的光軸成45度，來自鏡頭的成像光束經(jīng)反射 卯度后由一探測器101 (如可以是近紅外CCD探測器)接收。反射鏡1031可以轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)軸位于反射鏡1031的一邊。當(dāng)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(zhuǎn)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(xiàn)另一種狀態(tài)切換。本裝置要求反射鏡要準(zhǔn)確定位，這里采用了光 電開關(guān)1041，當(dāng)反射鏡1031有關(guān)的運動構(gòu)件到達(dá)給定位置時，光電開 關(guān)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(shè)有機械限位器(圖中未示出)，保護機構(gòu)的安 全。
為使兩個探測器(CCD)像面共軛，還包括一像面共軛調(diào)整機構(gòu) 106，其實現(xiàn)方式可以有多種，如為一調(diào)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(qū)動機構(gòu)帶動所述反射鏡進(jìn)入或離開光路 時，可以采用轉(zhuǎn)動機構(gòu)，如圖2-4所示，也可以采用平移機構(gòu)，如滑動 導(dǎo)軌機構(gòu)、滾動導(dǎo)軌機構(gòu)，另外也可以采用擺動機構(gòu)，如四連桿機構(gòu)、
扇形齒輪等。
并且，上述光學(xué)式的切換裝置中的反射鏡也可以是反射棱鏡或反 射棱鏡組，因原理及結(jié)構(gòu)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(xué)系統(tǒng)200和接收不同 波段的探測器201、201'，上述探測器分布在轉(zhuǎn)換機構(gòu)203的相應(yīng)位置。 在驅(qū)動機構(gòu)202的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)換機構(gòu)203使其中的一個探測器進(jìn)入成 像光路。當(dāng)轉(zhuǎn)換機構(gòu)203運動到另一個位置時，將使另一個探測器進(jìn) 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，本實施例采用機械 式結(jié)構(gòu)，不改變成像光路，而是改變探測器的位置，從而實現(xiàn)探測器 分時接收成像光束的目的。
其中的轉(zhuǎn)換機構(gòu)203可以采用轉(zhuǎn)動機構(gòu)、平移機構(gòu)或擺動機構(gòu)， 或前三者組合，用于實現(xiàn)其上探測器進(jìn)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(jiān)控探頭包括一個共軸成像光學(xué)系統(tǒng)(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(xué)系統(tǒng)之間還包括有切換裝
置，所述的切換裝置包括驅(qū)動機構(gòu)202和轉(zhuǎn)換機構(gòu)203，其中，所述的 驅(qū)動機構(gòu)202包括電動機2021，轉(zhuǎn)換機構(gòu)203為一轉(zhuǎn)動機構(gòu)，包括轉(zhuǎn) 盤2031和滾動軸承2032，其中，探測器201、 201，分別設(shè)置在轉(zhuǎn)盤 2031的相應(yīng)工作位置，在轉(zhuǎn)盤2031的邊緣設(shè)有齒，在電動機2021的 輸出軸上固定有齒輪2033，當(dāng)電動機2021轉(zhuǎn)動時，由齒輪2033帶動 轉(zhuǎn)盤2031在滾動軸承2032上轉(zhuǎn)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后 端。轉(zhuǎn)盤2031采用散裝滾動軸承2032的無間隙運動機構(gòu)，其上安裝 不同波段探測器。圖示轉(zhuǎn)盤2031的位置是其中一個切換狀態(tài)，來自鏡 頭的成像光束通過轉(zhuǎn)盤通光孔后由一個探測器201接收。轉(zhuǎn)盤2031可 以轉(zhuǎn)動，其回轉(zhuǎn)軸與鏡頭的光軸平行，且距光軸保持一距離。當(dāng)電動 機2021通過滑動離合器、齒輪2033帶動轉(zhuǎn)盤2031轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤通光 孔及CCD探測器離開光路，而另一個通光孔則進(jìn)入光路。此時的成像 光束被另一個CCD探測器20r接收，實現(xiàn)另一種狀態(tài)切換。本裝置 要求轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角要準(zhǔn)確，即轉(zhuǎn)盤要準(zhǔn)確定位，這里采用了光電開關(guān) 2041，當(dāng)轉(zhuǎn)盤2031轉(zhuǎn)到給定位置時，光電開關(guān)2041給出信號，終止 電動機2021工作。在本裝置中，轉(zhuǎn)盤2031的兩個極限位置，設(shè)有機 械限位器2042，以保護機構(gòu)的安全。為使兩個CCD探測器像面共軛， 設(shè)有共軛調(diào)整機構(gòu)206。并且，電動機2021還安裝有過載保護器207。
另外，轉(zhuǎn)換機構(gòu)還可以為擺動機構(gòu)，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 后端。擺盤3031采用軸承3032的無間隙配合機構(gòu)，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(tài)，來自鏡頭 的成像光束通過擺盤3031通光孔后由一個CCD探測器301接收。擺 盤3031可以擺動，其回轉(zhuǎn)軸與鏡頭的光軸平行，且距光軸保持一距離。 當(dāng)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(jìn)入光 路。此時的成像光束被另一個CCD探測器301'接收，實現(xiàn)另一種狀態(tài)切換。本裝置要求擺盤的轉(zhuǎn)角要準(zhǔn)確，即擺盤要準(zhǔn)確定位。這里采 用了光電開關(guān)3041，當(dāng)擺盤這個公共構(gòu)件轉(zhuǎn)到給定位置時，光電開關(guān)
3041給出信號，終止電動機3021工作。在本裝置中，轉(zhuǎn)盤3031的兩 個極限位置，設(shè)有機械限位器3042，保護機構(gòu)的安全。為使兩個CCD 探測器像面共軛，設(shè)有像面共軛調(diào)整機構(gòu)(如調(diào)整墊片和橫向微調(diào)機 構(gòu))306。
此外，轉(zhuǎn)換機構(gòu)還可以采用平移機構(gòu)，如傳統(tǒng)的滑軌式機構(gòu)等， 對于該結(jié)構(gòu)在此不再贅述。
應(yīng)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(zhì)精神范圍的等 同結(jié)構(gòu)，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其中，所述的監(jiān)控探 頭包括一個成像光學(xué)系統(tǒng)和多個探測器，其特征在于，所述切換裝置 包括驅(qū)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)分別與所述探頭的成像光學(xué) 系統(tǒng)和探測器相連，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)，使所述成像光 學(xué)系統(tǒng)的成像光束被多個探測器中的一個接收。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括反射鏡、反射棱鏡或反射棱鏡組及切換 元件，所述切換元件分別與所述反射鏡、反射棱鏡或反射棱鏡組和所 述驅(qū)動機構(gòu)固定，由所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述切換元件，帶動所述反射 鏡、反射棱鏡或反射棱鏡組進(jìn)入或離開光路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述切換元件為轉(zhuǎn)動機構(gòu)、平移機構(gòu)、擺動機構(gòu)或前三者 的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括連接反射鏡、反射棱鏡或反射棱鏡組的 轉(zhuǎn)軸及所述轉(zhuǎn)軸與所述驅(qū)動機構(gòu)動力輸出軸之間的齒輪傳動部件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)為轉(zhuǎn)動機構(gòu)、平移機構(gòu)、擺動機構(gòu)或前三者 的組合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括一設(shè)有通光孔的轉(zhuǎn)盤或轉(zhuǎn)軸，所述探測 器固定在所述轉(zhuǎn)盤上或所述轉(zhuǎn)軸端部，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)盤或 所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)所述轉(zhuǎn)盤或所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動到設(shè)定位置時，所述成像 光學(xué)系統(tǒng)的成像光束通過轉(zhuǎn)盤的通光孔或所述轉(zhuǎn)軸附屬機構(gòu)上的通光孔被所述探測器接收。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述切換裝置還包括定位器和/或限位器，用以對所述轉(zhuǎn)換 機構(gòu)精確定位和/或限位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換裝置，其 特征在于，所述定位器為光電器件、霍爾器件或微動開關(guān)；所述限位 器為機械式限位器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l一8任一所述的多波段共軸成像監(jiān)控探頭切換 裝置，其特征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)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(jiān)控探頭，包括 一個成像光學(xué)系統(tǒng)和 至少兩個探測器；其特征在于，在所述成像光學(xué)系統(tǒng)與探測器之間還 包括如權(quán)利要求l一9任一所述切換裝置，用于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(jiān)控探頭及其切換裝置，其中，所述的監(jiān)控探頭包括一個成像光學(xué)系統(tǒng)和多個探測器，所述切換裝置包括驅(qū)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)換機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)分別與所述探頭的成像光學(xué)系統(tǒng)和探測器相連，所述驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)，使所述成像光學(xué)系統(tǒng)的成像光束被多個探測器中的一個接收。本實用新型實現(xiàn)了一個成像鏡頭配多個探測器、多波段接收的目的，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、定位準(zhǔn)確、操作簡便、光損失小、鏡頭單獨校像差、通用性強，不僅適用于新設(shè)計的專用探測鏡頭，也可用于現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者丁玉田, 任志文, 巍 鄭, 鄭維彥 申請人:鄭維彥