一种机载双光合一的光电吊舱的制作方法

本实用新型涉及机载搜索、跟踪、侦察、航拍、摄像领域，尤其涉及一种机载双光合一的光电吊舱。

背景技术：

目前警用直升机大多承担多项任务，主要有：警务执法、处理突防事件、控制交通指挥、搜索救援、消防、配合海关缉私缉毒等。我国有关部门如电力、公安系统等民用警用领域已在积极应用机载吊舱技术。适用机载吊舱要求对陆地及水上目标的搜索、观察、跟踪，具有远程、高分辨率的目标探测能力，对目标可全天候完成扫描、侦察、监视等任务。传统的吊舱技术因受传感器性能、可见光、红外系统性能、机械结构、控制技术等因素影响，普遍存在着探测距短、图像质量不佳，外形体积较大等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种机载双光合一的光电吊舱及其控制方法，提高吊舱的巡航探测能力。

本实用新型解决技术问题所采用的方案是：一种机载双光合一的光电吊舱，所述光电吊舱包括上下设置的方位舱和俯仰舱，所述方位舱和俯仰舱经一U型基座连接，所述俯仰舱包括一设置于U型基座上端的俯仰主镜座和分别设置于俯仰主镜座左右两侧的俯仰轴系机构；所述俯仰主镜座上下依次设有分别与CCD摄像机配合的可见光摄像镜头和红外变焦摄像镜头，所述可见光摄像镜头和红外变焦摄像镜头的前端和后端分别经一前法兰和一后法兰与俯仰主镜座的前端面和后端面固定连接；所述俯仰主镜座前端面和后端面还分别设有一俯仰前罩和一俯仰后罩，所述U型基座左右两侧分别设有一左侧罩和右侧罩，所述俯仰前罩、俯仰后罩、左侧罩和右侧罩围合成球状壳体；所述方位舱包括一呈筒状的方位外罩与设置于方位外罩中部与所述U型基座下端相连的方位轴系机构，所述方位外罩的顶端和底端分别经一第一联接法兰和第二联接法兰与所述U型基座底部和一竖向设置的插座连接筒连接。

进一步的，所述俯仰轴系机构包括设置于俯仰主镜座左侧或右侧的俯仰轴承轴、用于驱动所述俯仰轴承轴的俯仰电机以及设置于俯仰轴承轴上的俯仰编码器，所述俯仰轴承轴套设一俯仰轴承，所述俯仰轴承经一俯仰轴承压圈设置于一俯仰轴承座上，所述俯仰电机和俯仰编码器与一控制模块电连，位于俯仰主镜座左侧或右侧的俯仰电机经控制模块同步驱动实现俯仰舱的扫描。

进一步的，所述方位轴系机构包括竖向设置与所述第一联接法兰和第二联接法兰配合连接的方位轴承轴、用于驱动方位轴承轴的方位电机和设置于方位轴承轴上的方位编码器；所述方位轴承轴上下两端分别套设一方位轴承，所述方位轴承分别经一方位轴承压圈设置于一方位轴承座上，所述方位电机和方位编码器与所述控制模块电连；所述插座连接筒内设有与外部电源连接的插座组件，所述方位轴承轴上端内设有导电环组件，所述导电环组件和控制模块经所述插座组件与外部电源电连。

进一步的，所述俯仰前罩上成角度设有一可见光保护片和红外保护片，所述可见光保护片和红外保护片分别与所述可见光摄像镜头和红外变焦摄像镜头对应设置。

进一步的，所述可见光摄像镜头的光学系统包括沿光线入射方向依次间隔设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为负的补偿组C、可变光栏D、光焦度为正的后固定组E和反射镜组F，所述前固定组A由自前向后依次设置的双凸透镜A-1、正月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4组成；所述变倍组B由自前向后依次设置的平凹透镜B-1、双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接的胶合组与凹透镜B-4组成；所述补偿组C由自前向后依次设置的双凸透镜C-1、负月牙透镜C-2和双凸透镜C-3密接的胶合组与正月牙透镜C-4组成；所述后固定组E包括后固定组E前部、后固定组E中部和后固定组E后部，所述后固定组E前部位于正月牙透镜C-4的后侧，由双凹透镜E-1与正月牙透镜E-2密接的胶合组组成，所述后固定组E中部位于后固定组E前部后侧上方，由自下而上依次设置的负月牙透镜E-3和双凸透镜E-4密接的胶合组与负月牙透镜E-5组成，所述后固定组E后部由位于负月牙透镜E-5上侧的正月牙透镜E-6组成；所述反射镜组F由设置于后固定组E前部与后固定组E中部之间与光线入射成45⁰的反射镜F-1和设置于后固定组E后部与CCD摄像机之间与光线出射方向成45⁰的反射镜F-2；所述可见光摄像镜头配合装设于所述CCD摄像机上。

进一步的，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是8.65～92.86mm；变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是128.08～3.69mm；补偿组C和可变光栏D之间的空气间隔是2.6～42.79mm；可变光栏D和后固定组E之间的空气间隔是2.75mm。

进一步的，所述前固定组A中，双凸透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.2mm；正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3之间的空气间隔是2.81mm；负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是1.28mm；所述变倍组B中，由平凹透镜B-1、双凸透镜B-2、双凹透镜B-3密接的胶合组和双凹透镜B-4之间的空气间隔是3.26mm；所述补偿组C中，双凸透镜C-1与由负月牙透镜C-2和双凸透镜C-3密接的胶合组之间的空气间隔是0.1mm；负月牙透镜C-2和双凸透镜C-3密接的胶合组与正月牙透镜C-4之间的空气间隔是0.1mm；所述后固定组E中，由双凹透镜E-1和正月牙透镜E-2密接的胶合组与反射镜F-1之间的空气间隔是15.97mm；由负月牙透镜E-3和双凸透镜E-4密接的胶合组与反射镜F-1之间的空气间隔是14.67mm；由负月牙透镜E-3和双凸透镜E-4密接的胶合组与负月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm，负月牙透镜E-5和正月牙透镜E-6之间的空气间隔是26.74mm，正负月牙透镜E-6和反射镜F-2之间的空气间隔是12.36mm。

进一步的，所述红外变焦摄像镜头的光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次间隔设置的前固定组A、变倍组B、补偿组C、后固定组D和反射镜组E，所述反射镜组E由沿光线入射方向自下而上依次间隔设置的45°反射镜E-1和45°反射镜E-2，入射光线自前向后经45°反射镜E-1自下而上反射，后经45°反射镜E -2自后向前水平出射；还包括沿出射方向设置于45°反射镜E -2前侧的二次成像组F，所述二次成像组F由沿光线出射方向自后向前依次间隔设置的正透镜F-1、负透镜F-2和正透镜F-3组成。

进一步的，所述的前固定组A与变倍组B之间的空气间隔是45.7~96.5mm；变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是17.6~91.4mm；补偿组C与后固定组D之间的空气间隔是7.5~30.6mm；后固定组D与反射镜组E之间的空气间隔是68.5mm；反射镜组E与二次成像组F之间的空气间隔是17mm；所述反射镜组E中的45°反射镜E-1和反射镜45°E-2之间的空气间隔是75mm；所述二次成像组F中的正透镜F-1和负透镜F-2之间的空气间隔是8.2mm；负透镜F-2和正透镜F-3之间的空气间隔是1.5mm。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：通过增加可见光摄像镜头和红外变焦摄像镜头配合进行巡航探测，通过方位舱和俯仰舱配合动作可实现全方位多角度巡航，能输出可见光视频图像和中波红外热像视频图像，探测距离长、图像质量佳，从而对远距离目标进行全天时、全天候的侦测和跟踪。

附图说明

下面结合附图对本实用新型专利进一步说明。

图1为本实用新型实施例的光电吊舱的主视图。

图2为本实用新型实施例的光电吊舱的侧视图。

图3为本实用新型实施例的可见光摄像镜头的光路结构图。

图4为本实用新型实施例的可见光摄像镜头的结构示意图。

图5为本实用新型实施例的红外变焦摄像镜头的光路结构图。

图6为本实用新型实施例的红外变焦摄像镜头的结构示意图。

图中：1- 方位舱；2-俯仰舱；3-可见光摄像镜头；4-红外变焦摄像镜头；5-俯仰前罩；50-可见光保护片；51-红外保护片；6-俯仰后罩；7-U型基座；8-方位轴系机构；80-方位轴承轴；81-方位轴承座；82-方位电机；83-方位编码器；84-方位轴承；85-方位轴承压圈；9-插座连接筒；10-方位外罩；11-第一联接法兰；12-第二联接法兰；13-俯仰主镜座；14-左侧罩；15-右侧罩；16-俯仰轴承轴；17-俯仰电机；18-俯仰编码器；19-俯仰轴承；20-俯仰轴承压圈；21-俯仰轴承座；22-插座组件；23-导电环组件；24-前法兰；25-后法兰;26-CCD摄像机。

图3-4中，A为前固定组；B为变倍组；C为补偿组；D为可变光栏；E为后固定组；F为反射镜组；A-1为双凸透镜；A-2为正月牙透镜；A-3为负月牙透镜；A-4为正月牙透镜组成；B-1为平凹透镜；B-2为双凸透镜；B-3为双凹透镜；B-4为凹透镜；C-1为双凸透镜、C-2为负月牙透镜；C-3为双凸透镜；C-4为正月牙透镜；E-1为双凹透镜；E-2为正月牙透镜；E-3为负月牙透镜；E-4为双凸透镜；E-5为负月牙透镜；E-6为正月牙透镜；F-1为反射镜；F-2为反射镜。

图5-6中，A为前固定组；B为变倍组；C为补偿组；D为后固定组；E为反射镜组，E-1为反射镜；E-2为反射镜；F为二次成像组；F-1为正透镜；F-2为负透镜；F-3为正透镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1～6所示，本实施例的一种机载双光合一的光电吊舱，所述光电吊舱包括上下设置的方位舱1和俯仰舱2，所述方位舱1和俯仰舱2经一U型基座7连接，所述俯仰舱2包括一设置于U型基座7上端的俯仰主镜座13和分别设置于俯仰主镜座13左右两侧的俯仰轴系机构；所述俯仰主镜座13上下依次设有分别与CCD摄像机26配合的可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4，所述可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4的前端和后端分别经一前法兰24和一后法兰25与俯仰主镜座13的前端面和后端面固定连接；所述俯仰主镜座13前端面和后端面还分别设有一俯仰前罩5和一俯仰后罩6，所述U型基座7左右两侧分别设有一左侧罩14和右侧罩15，所述俯仰前罩5、俯仰后罩6、左侧罩14和右侧罩15围合成球状壳体；所述方位舱1包括一呈筒状的方位外罩10与设置于方位外罩10中部与所述U型基座7下端相连的方位轴系机构8，所述方位外罩10的顶端和底端分别经一第一联接法兰11和第二联接法兰12与所述U型基座7底部和一竖向设置的插座连接筒9连接。

从上述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型所提供的光电吊舱增加了可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4配合进行巡航探测扫描，实现探测距离长、图像质量佳，从而对远距离目标进行全天时、全天候的侦测和跟踪。

在本实施例中，所述俯仰轴系机构包括设置于俯仰主镜座13左侧或右侧的俯仰轴承轴16、用于驱动所述俯仰轴承轴16的俯仰电机17以及设置于俯仰轴承轴16上的俯仰编码器18，所述俯仰轴承轴16套设一俯仰轴承19，所述俯仰轴承19经一俯仰轴承压圈20设置于一俯仰轴承座21上，所述俯仰电机17和俯仰编码器18与一控制模块电连，位于俯仰主镜座13左侧或右侧的俯仰电机17经控制模块同步驱动实现俯仰舱2的扫描。通过控制模块同步控制位于俯仰主镜座13左侧和右侧的俯仰轴系机构，俯仰轴系机构转动设置于U型基座7两侧，实现俯仰舱2的上下俯仰运动，扩大可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4的扫描范围，通过轴承轴与轴承压圈的配合，提高运动的稳定性，进而提高整体的控制精度。通过俯仰编码器18将俯仰舱2的扫描角度传送至控制模块，进行实时控制调整。所述控制模块可以为单片机或PLC控制器。

在本实施例中，所述方位轴系机构8包括竖向设置与所述第一联接法兰11和第二联接法兰12配合连接的方位轴承轴80、用于驱动方位轴承轴80的方位电机82和设置于方位轴承轴80上的方位编码器83；所述方位轴承轴80上下两端分别套设一方位轴承84，所述方位轴承分别84经一方位轴承压圈85设置于一方位轴承座81上，所述方位电机82和方位编码器83与所述控制模块电连；所述插座连接筒9内设有与外部电源连接的插座组件22，所述方位轴承轴80上端内设有导电环组件23，所述导电环组件23和控制模块经所述插座组件22与外部电源电连。同样的，通过控制模块控制位于方位轴系机构8，实现方位舱1360°的旋转，扩大可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4的扫描范围。

在本实施例中，所述俯仰前罩5上成角度设有一可见光保护片50和红外保护片51，所述可见光保护片50和红外保护片51分别与所述可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4对应设置。

在本实施例中，所述可见光摄像镜头3的光学系统包括沿光线入射方向依次间隔设置的光焦度为正的前固定组A、光焦度为负的变倍组B、光焦度为负的补偿组C、可变光栏D、光焦度为正的后固定组E和反射镜组F，所述前固定组A由自前向后依次设置的双凸透镜A-1、正月牙透镜A-2、负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4组成；所述变倍组B由自前向后依次设置的平凹透镜B-1、双凸透镜B-2和双凹透镜B-3密接的胶合组与凹透镜B-4组成；所述补偿组C由自前向后依次设置的双凸透镜C-1、负月牙透镜C-2和双凸透镜C-3密接的胶合组与正月牙透镜C-4组成；所述后固定组E包括后固定组E前部、后固定组E中部和后固定组E后部，所述后固定组E前部位于正月牙透镜C-4的后侧，由双凹透镜E-1与正月牙透镜E-2密接的胶合组组成，所述后固定组E中部位于后固定组E前部后侧上方，由自下而上依次设置的负月牙透镜E-3和双凸透镜E-4密接的胶合组与负月牙透镜E-5组成，所述后固定组E后部由位于负月牙透镜E-5上侧的正月牙透镜E-6组成；所述反射镜组F由设置于后固定组E前部与后固定组E中部之间与光线入射成45⁰的反射镜F-1和设置于后固定组E后部与CCD摄像机26之间与光线出射方向成45⁰的反射镜F-2；所述可见光摄像镜头3配合装设于所述CCD摄像机26上。通过上述涉及使可见光摄像镜头3的光学系统设计紧凑，减小镜头的外形尺寸，实现小形化目的。通过相对镜像对称设置的45⁰的反射镜F-1和45⁰的反射镜F-2，使入射光线方向发生180°的偏折。

在本实施例中，所述前固定组A和变倍组B之间的空气间隔是8.65～92.86mm；变倍组B和补偿组C之间的空气间隔是128.08～3.69mm；补偿组C和可变光栏D之间的空气间隔是2.6～42.79mm；可变光栏D和后固定组E之间的空气间隔是2.75mm。

在本实施例中，所述前固定组A中，双凸透镜A-1和正月牙透镜A-2之间的空气间隔是0.2mm；正月牙透镜A-2和负月牙透镜A-3之间的空气间隔是2.81mm；负月牙透镜A-3和正月牙透镜A-4之间的空气间隔是1.28mm；所述变倍组B中，由平凹透镜B-1、双凸透镜B-2、双凹透镜B-3密接的胶合组和双凹透镜B-4之间的空气间隔是3.26mm；所述补偿组C中，双凸透镜C-1与由负月牙透镜C-2和双凸透镜C-3密接的胶合组之间的空气间隔是0.1mm；负月牙透镜C-2和双凸透镜C-3密接的胶合组与正月牙透镜C-4之间的空气间隔是0.1mm；所述后固定组E中，由双凹透镜E-1和正月牙透镜E-2密接的胶合组与反射镜F-1之间的空气间隔是15.97mm；由负月牙透镜E-3和双凸透镜E-4密接的胶合组与反射镜F-1之间的空气间隔是14.67mm；由负月牙透镜E-3和双凸透镜E-4密接的胶合组与负月牙透镜E-5之间的空气间隔是0.1mm，负月牙透镜E-5和正月牙透镜E-6之间的空气间隔是26.74mm，正负月牙透镜E-6和反射镜F-2之间的空气间隔是12.36mm。

在本实施例中，所述红外变焦摄像镜头4的光学系统包括沿光线入射方向自前向后依次间隔设置的前固定组A、变倍组B、补偿组C、后固定组D和反射镜组E，所述反射镜组E由沿光线入射方向自下而上依次间隔设置的45°反射镜E-1和45°反射镜E-2，入射光线自前向后经45°反射镜E-1自下而上反射，后经45°反射镜E -2自后向前水平出射；还包括沿出射方向设置于45°反射镜E -2前侧的二次成像组F，所述二次成像组F由沿光线出射方向自后向前依次间隔设置的正透镜F-1、负透镜F-2和正透镜F-3组成。

在本实施例中，所述的前固定组A与变倍组B之间的空气间隔是45.7~96.5mm；变倍组B与补偿组C之间的空气间隔是17.6~91.4mm；补偿组C与后固定组D之间的空气间隔是7.5~30.6mm；后固定组D与反射镜组E之间的空气间隔是68.5mm；反射镜组E与二次成像组F之间的空气间隔是17mm；所述反射镜组E中的45°反射镜E-1和反射镜45°E-2之间的空气间隔是75mm；所述二次成像组F中的正透镜F-1和负透镜F-2之间的空气间隔是8.2mm；负透镜F-2和正透镜F-3之间的空气间隔是1.5mm。本实用新型提供的红外变焦摄像镜头4合理分配各组的光焦度，在前固定组A、变倍组B、补偿组C、后固定组D及二次成像组F中，共采用五个非球面校正像差，使镜头达到高成像质量、结构紧凑、变倍补偿行程短等优点；而且通过后固定组D移动实现温度补偿和远近距补偿，来保证镜头在高温和低温环境下的使用要求；通过二次成像组F的两片反射镜将系统折叠，使得系统体积小巧紧凑。

本实施例的具体实施过程：

首先将可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4分别上下安装在俯仰舱2的俯仰主镜座13；在步骤S1的可见光摄像镜头3和红外变焦摄像镜头4分别装设CCD摄像机26，用于在巡航时进行摄像；巡航时，开启CCD摄像机26，通过控制方位轴系机构8和俯仰轴系机构分别实现方位舱1的旋转和俯仰舱2的上下俯仰动作；通过CCD摄像机26记录巡航画面，并将巡航画面传输至外部图像接收终端。

综上所述，本实用新型提供一种机载双光合一的光电吊舱，实现探测距离长、图像质量佳，从而对远距离目标进行全天时、全天候的侦测和跟踪。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。