一种成像与测距光轴耦合的光学系统

技术领域

本申请涉及光学设备技术领域，尤其涉及到一种成像与测距光轴耦合的光学系统。

背景技术

随着光电技术的不断发展，多功能摄像产品在实际应用中发挥着越来越重要的作用，应用范围的不断拓展，对多功能摄像产品的功能和集成化提出了更高的要求，小型化、高度集成、轻量化便于携带的的产品已经成为发展趋势。

现有的多功能摄像产品大多将可见光摄像、近红外摄像以及激光测距三大功能进行集成，然而由于激光发射和接收组件的结构差异，产品往往将摄像功能与激光发射或激光接收其中之一进行集成，无法将摄像功能和激光测距功能完全集成与同一光路结构中，因此存在窗口较多，装置体积较大的问题。另外，近红外摄像与可见光摄像集成时多使用调焦结构或特殊表面实现双波段齐焦前者结构复杂，且受环境温度影响较大，后者加工成本研发成本高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种成像与测距光轴耦合的光学系统，其可以解决现有多功能摄像产品将摄像功能与激光发射或激光接收其中之一进行集成导致窗口较多，装置体积较大，以及需要复杂的调焦结构实现可见光与红外光双波段齐焦的问题。

具体的，本发明提供一种成像与测距光轴耦合的光学系统，包括：激光发射模块、复合棱镜、共用透镜组、后透镜组和激光接收模块；其中，所述激光发射模块产生的激光经过所述复合棱镜被引导至所述共用透镜组，所述共用透镜组将激光反射回所述复合棱镜完成激光发射；所述复合棱镜对激光进行分光，其中一路光线被引导至所述后透镜组进行聚焦成像，另一路光线被引导至所述激光接收模块进行测距，以使激光发射、激光接收以及成像三光轴耦合。

在本发明的一个实施例中，所述复合透镜包括互相粘接四块直角棱镜；其中，第一直角棱镜与第二直角棱镜大小相同且沿斜面相互粘接，用于按波段分光；第三直角棱镜的直角面与所述第一直角棱镜的直角面粘接，第四直角棱镜的直角面与所述第三直角棱镜的斜面粘接，利用面积比分光。

在本发明的一个实施例中，所述复合棱镜设置于所述共用透镜组与所述后透镜组之间，所述共用透镜组出射的激光中透过所述第一直角棱镜的一路光线经所述后透镜组调制使可见光与红外光齐焦成像。

在本发明的一个实施例中，所述共用透镜组出射的激光中由所述第一直角棱镜反射的另一路光线经所述第三直角棱镜面积分光后进行激光测距。

在本发明的一个实施例中，所述共同透镜组包括依次设置的共用第一胶合透镜、共用第三透镜以及共用第二胶合透镜，所述共用第一胶合透镜和所述共用第二胶合透镜皆由双凸透镜和双凹透镜粘接而成，所述共用第三透镜为双凸透镜。

在本发明的一个实施例中，所述激光发射模块包括：激光光源和激光发射透镜，相对所述第四直角棱镜的斜面设置；所述激光接收模块包括：激光接收透镜、窄带滤光片以及雪崩二极管，相对所述第三直角棱镜的直角面设置。

在本发明的一个实施例中，所述红外光为波段0.686nm～0.840nm的近红外光。

在本发明的一个实施例中，所述共用第一胶合透镜由H-K3制成双凸透镜，由H-ZLAF53制成双凹透镜；所述共用第三透镜由H-K3制成双凸透镜；所述共用第二胶合透镜由H-K3制成双凹透镜，由H-LAK50A制成双凸透镜。

在本发明的一个实施例中，所述后透镜组包括：后组第一透镜和后组第二透镜，所述后组第一透镜H-LAF3制成，所述后组第二透镜由H-ZF62制成。

由上可知，本发明的上述实施例可以具有以下一个或多个有益效果：

(1)通过共用透镜组、复合棱镜和后透镜组配合实现激光发射、激光接收以及可见光/近红外成像三光轴合一，有效解决现有多功能摄像产品将摄像功能与激光发射或激光接收其中之一进行集成导致窗口较多，装置体积较大的问题；

(2)不使用特殊材料、非球面、衍射面、调焦结构，通过共用透镜组与后透镜组的配合，实现可见光与近红外齐焦成像，且在-40℃～+70℃均有好的成像质量，可用于高温高寒环境，环境适应性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种成像与测距光轴耦合的光学系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的低温环境下可见光的调制传递函数示意图；

图3为本发明实施例提供的常温、高温环境下可见光的调制传递函数示意图；

图4为本发明实施例提供的低温环境下近红外光的调制传递函数示意图；

图5为本发明实施例提供的常温、高温环境下近红外光的调制传递函数示意图。

附图标记说明

1为共用第一胶合透镜、2为共用第三透镜、3为共用第二胶合透镜、4为第一直角棱镜、5为第二直角棱镜、6为后组第一透镜、7为后组第二透镜、8为第三直角棱镜、9为第四直角棱镜、10为激光发射透镜、11为激光接收透镜、12为窄带滤光片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。

为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适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。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，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、产品或设备国有的其它步骤或单元。

还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。

如图1所示，本发明第一实施例提出一种成像与测距光轴耦合的光学系统，例如包括：激光发射模块、复合棱镜、共用透镜组、后透镜组和激光接收模块。

其中，所述激光发射模块产生的激光经过所述复合棱镜被引导至所述共用透镜组，所述共用透镜组将激光反射回所述复合棱镜完成激光发射。所述复合棱镜对经所述共用透镜组出射的激光进行分光，其中一路光线被引导至所述后透镜组进行聚焦成像，另一路光线被引导至所述激光接收模块进行测距，以使激光发射、激光接收以及成像三光轴耦合。

在一个实施方式中，如图1中所示，所述复合棱镜例如包括互相粘接四块直角棱镜；其中，第一直角棱镜5与第二直角棱镜4大小相同且沿斜面相互粘接，斜面镀45°分光膜，用于按波段分光；第三直角棱镜8的直角面与所述第一直角棱镜5的直角面粘接，第四直角棱镜9的直角面与所述第三直角棱镜8的斜面粘接，斜面不镀膜，利用面积比分光。

进一步的，所述复合棱镜例如设置于所述共用透镜组与所述后透镜组之间，所述共用透镜组出射的激光中透过第一直角棱镜5的一路光线经所述后透镜组调制使可见光与红外光齐焦成像。所述共用透镜组出射的激光中由第一直角棱镜5反射的另一路光线经第三直角棱镜8面积分光后进行激光测距。

进一步的，所述激光发射模块例如包括：激光光源和激光发射透镜10，相对第四直角棱镜9的斜面设置；所述激光接收模块包括：激光接收透镜11、窄带滤光片12以及雪崩二极管，相对第三直角棱镜8的直角面设置。

该光学系统的具体原理如下：

发射激光穿过激光发射透镜10，经第四直角棱镜9和第三直角棱镜8到达第一直角棱镜5的斜面，再经共用透镜组完成激光发射，同时，可见光、近红外、接收激光从共用透镜组返回复合棱镜，经第一直角棱镜5后使其中一路光线通过后透镜组被COMS接收，完成可见光与近红外齐焦成像，另一路光线经第三直角棱镜8面积分光，通过激光接收透镜11，经窄带滤光片12滤去可见光与近红外光后，被雪崩二极管响应，完成激光接收。

如此一来，通过共用透镜组、复合棱镜和后透镜组配合实现了激光发射、激光接收以及可见光/近红外成像三光轴合一，避免采用将摄像功能与激光发射或激光接收其中之一进行集成的方式，能够有效减少窗口数量，减小装置体积。

进一步的，所述共同透镜组包括依次设置的共用第一胶合透镜1、共用第三透镜2以及共用第二胶合透镜3，其中，共用第一胶合透镜1和共用第二胶合透镜3皆由双凸透镜和双凹透镜粘接而成，共用第三透镜2为双凸透镜。具体的，共用第一胶合透镜1例如由H-K3制成双凸透镜，由H-ZLAF53制成双凹透镜；共用第三透镜2由H-K3制成双凸透镜；共用第二胶合透镜3由H-K3制成双凹透镜，由H-LAK50A制成双凸透镜。进一步的，所述后透镜组例如包括：后组第一透镜6和后组第二透镜7，后组第一透镜6由H-LAF3制成，后组第二透镜7由H-ZF62制成。

该光学系统的具体参数例如下表所示：

结合图2至图5所示，通过上述共用透镜组与后透镜组的配合能够实现可见光与近红外共口径不调焦成像，即可见光与近红外齐焦成像，且在-40℃～+70℃全温条件下均有较好的成像质量。

综上所述，本发明实施例提出的一种成像与测距光轴耦合的光学系统，通过共用透镜组、复合棱镜和后透镜组配合实现激光发射、激光接收以及可见光/近红外成像三光轴合一，有效解决现有多功能摄像产品将摄像功能与激光发射或激光接收其中之一进行集成导致窗口较多，装置体积较大的问题；不使用特殊材料、非球面、衍射面、调焦结构，通过共用透镜组与后透镜组的配合，实现可见光与近红外齐焦成像，且在-40℃～+70℃均有好的成像质量，可用于高温高寒环境，环境适应性强。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上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。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。