可移动传感器补偿后焦的光学系统的制作方法

本发明涉及的是一种光学器件领域的技术，具体是一种可移动传感器补偿后焦的光学系统。

背景技术：

现有的市场上已经实现了单独的水平的光路的镜头，当然也有部分镜头实现了用分光元件将光路分成不同光谱的多光路然后对应进入相应芯片同时成像的技术。但是对于多光路到成像面的共焦问题仍很难解决。虽有一些技术采用切换光路中滤光片厚度来调节光路的后焦，可达到部分倍率下成像清晰，但是可调节的范围为几个固定倍率，很难保证镜头在全程倍率下都能够清晰成像。

技术实现要素：

本发明针对现有多光路镜头无法实现共焦导致画质模糊、清晰成像的动态聚焦范围较小的缺陷，提出一种可移动传感器补偿后焦的光学系统，采用的是移动传感器进行六轴调焦的技术，实现初始倍率高画质且色彩丰富的图像融合，通过点胶装置将可移动传感器与移动机构固定为一体，移动机构使得可移动传感器沿光轴方向做往返运动，达到调节光学后焦的目的。每次镜头初始化时，通过位置传感器获取当前移动机构组的基准位置，这样就可以实现全程倍率下不同光路同时聚焦清晰。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：镜筒、镜头底座以及设置于镜头底座上的多束光的分光棱镜、用于接收不同波长光波的光路传感器、可移动传感器与移动机构组通过点胶机构相互连接、用于驱动移动机构和可移动传感器的驱动机构组、用于检测移动机构组初始化基准位置的位置传感器以及分别与驱动机构组和位置传感器相连的控制模块，其中：移动机构组通过驱动机构组的驱动，可沿分光棱镜的任一光路的光轴方向做往返运动，位置传感器检测移动机构组的初始基准位置并通过控制模块计算得到移动传感器不同倍率下的位置参数以及目标位置，进而得出控制指令并输出至驱动机构组实现移动机构组在不同倍率下沿光轴方向精确移动。

本发明涉及上述光学系统的校准补偿方法，包括以下步骤：

步骤1)光线通过分光元件分成两条光路，并对应各自的传感器分别成像，通过计算机将固定画面与可移动画面进行校准对比，并通过六轴调节装置将初始倍率下多光路的图像进行对比使得可移动传感器达到最优位置状态。

步骤2)通过点胶机构将可移动传感器与移动机构组进行固定，至此可移动传感器与移动机构组连接成为校准后的光学系统。

步骤3)采用校准后的光学系统的两条光路及其对应的传感器分别成像后输出至计算机，将两个传感器画面叠加处理，得到高画质且具有丰富色彩的清晰图像。

步骤4)光学系统的位置传感器进一步检测移动框位置反馈至计算机，通过模拟对驱动机构组进行控制，实现移动机构组的高精度移动，即可调整不同倍率下的后焦值，从而实现所有光学设计倍率下高画质且具有丰富色彩的清晰图像。

技术效果

与现有技术相比，本发明可以实现多光路共焦，且能够在不同倍率下得到高画质且具有丰富色彩的清晰图像。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为镜头底座示意图；

图3为镜头底座拆解示意图；

图4为可移动传感器示意图；

图5、图6为移动机构组示意图；

图7、图8为支架放大细节图；

图9为移动框示意图；

图10为系统结构图；

图11为六轴调节装置、点胶机构示意图

图12、图13为六轴调节装置、点胶机构局部放大示意图

图中：镜筒1、镜头底座2、分光棱镜3、移动机构组4、驱动机构组5、可移动传感器6、滤光片组7、位置传感器8、六轴调节装置9、点胶机构10、点胶槽11、棱镜安装室20、进光孔200、出光孔201、出光孔202、滤光片71、滤光片72、移动框40、通光孔400、加强筋401、导轴41、圆轴孔42、u型孔43、支架孔组44、移动感应条45、驱动电机50、支架51、夹持板61、吸附装置90、x轴方向线位移装置91、y轴方向线位移装置92、z轴方向线位移装置93、α转角位移装置94、θ转角位移装置95、β转角位移装置96、粗调线性位移装置97、小支架孔442、大支架孔441、螺纹杆500、压缩弹簧510、大支架轴511、小支架轴512、吸附台900、真空吸附装置901、点胶笔100。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例包括：镜筒1、镜头底座2以及设置于镜头底座2上的多束光的分光棱镜3、滤光片组7、用于接收不同波长光波的移动机构组4及其驱动机构组5和用于检测移动机构组4初始化基准位置的位置传感器8，其中：移动机构组4通过驱动机构组5的驱动，可沿光路a的光轴方向做往返运动，位置传感器8检测移动机构组4的初始基准位置并通过控制模块计算得到移动传感器不同倍率下的位置参数以及目标位置，进而得出控制指令并输出至驱动机构组5实现移动机构组4在不同倍率下沿光轴方向精确移动。

如图2和图3所示，所述的镜头底座2包括：带有进光孔200和出光孔202的棱镜安装室20。

所述的分光棱镜3设置于镜头底座2上的棱镜安装室20内，光线通过进光孔200后通过可以将光波分成多束不同光波范围的分光棱镜3，将光路分成光路a与光路b并分别通过棱镜安装室20上的出光孔201以及出光孔202输出。

所述的滤光片组包括：滤光片71和滤光片72，其中：滤光片71和滤光片72分别设置于棱镜安装室20上的出光孔201和出光孔202处以滤去多余波段范围的光波。

如图4和图5所示，所述的移动机构组4包括：固定设置于镜头底座2上的导轴41、与导轴41滑动连接的移动框40以及与移动框40相连的可移动传感器6。

所述的移动框40上设有用于光路b通过的通光孔400以及加强筋401。可移动传感器6通过通光孔400采集光路b上的光线且可移动传感器6与加强筋401配合之后形成的间隙为点胶槽11。

所述的可移动传感器6上设有与六轴调节装置9上吸附台900相吸附贴合的夹持板61。

所述的导轴41的数量最优为两根，对应移动框40的两侧分别设有用于滑动连接的圆轴孔42和u型孔43。

如图5所示，所述的驱动机构组5包括：驱动电机50和设置于其输出端的支架51，其中：驱动电机50固定设置于镜头底座2上，支架51与移动框40相连，驱动电机50的驱动力使得移动机构组4沿光路b的光轴方向作平稳的往返移动。

所述的支架51与驱动电机50优选通过螺纹杆500相连。

如图5至图7所示，所述的支架51包括：大支架轴511、设置于支架轴511上的压缩弹簧510和与之相连的小支架轴512，其中：大支架轴511和小支架轴512分别与移动框40相接触，压缩弹簧510受压缩后产生大支架轴511的轴向方向上的弹力，从而保证了支架51与螺纹杆500在向移动框40传动过程中的稳定性。

所述的接触，通过轴孔结构实现，具体为：移动框40上设有支架孔组44，该支架孔组44包括大支架孔441和小支架孔442以配合大支架轴511和小支架轴512。

如图8所示，所述的移动框40上设有移动感应条45，所述位置传感器8检测该移动感应条45初始基准位置并输出至计算机，计算机通过模拟，对该系统的驱动机构组5进行控制，实现移动机构组4沿着光路b所在的光轴方向上的高精度移动。即可调整不同倍率下光路b的后焦值，从而实现所有光学设计倍率下高画质且具有丰富色彩的清晰图像。

如图10所示，所述的系统控制结构需要通过计算机辅助进行校准对比，具体如下所述：

①对比光路a和光路b中图像并设置光路a为固定画面，光路b为可移动画面，比对项目包括但不限于：画面清晰度、画面大小、画面中心点位置。

②具体对比项目要求：

ⅰ、清晰度：达到镜头设计指标，用iso12233进行判读；

ⅱ、画面大小：周边画面重合，像素点偏移量在5个以内；

ⅲ、画面中心点位置：画面中心点重合，中心点的像素点偏移量在5个以内。

③光路a与光路b图像进行融合处理，以识别的画面中心点位置为基准进行对比叠加。为了使得光路可达到最优的效果，需要将可移动传感器6与移动机构组4之间的相对位置事先校准到最优位置。

如图11和图12所示，本发明采用了六轴调节装置9，将可移动传感器6与移动机构组4之间的相对位置事先校准到最优位置，该六轴调节装置9包括：x轴方向线性移动装置、y轴方向线性移动装置、z轴方向线性移动装置、α转角位移移动装置、θ转角位移移动装置、β转角位移移动装置、粗调线性位移装置、带有吸附平台900以及真空吸附装置901的吸附机构90，其中：真空吸附装置901将可移动传感器6上的夹持板61与吸附平台900无缝隙的贴合从而可移动传感器6与吸附平台900的运动可同步。

所述的校准，具体包括以下步骤：；

1)通过粗调线性位移装置97快速的沿x轴方向调节可移动传感器6在x轴方向上的位移；

2)通过x轴方向线位移装置91精确的调整可移动传感器6在x轴方向上的位移；

3)通过y轴方向线位移装置92精确的调整可移动传感器6在y轴方向上的位移；

4)通过z轴方向线位移装置93精确的调整可移动传感器6在z轴方向上的位移；

5)通过α转角位移装置94精确的调整可移动传感器6绕轴x转动的角度；

6)通过θ转角位移装置95精确的调整可移动传感器6绕轴y转动的角度；

7)通过β转角位移装置96精确的调整可移动传感器6绕轴z转动的角度；

所述的六轴调节装置9在严格意义上实现了6轴完全自由调节。

如图13所示，所述的点胶机构10采用点胶笔100实现，经过调节机构9的调节将可移动传感器6调节至与移动机构组4最优配合位置后，点胶笔100将胶水点入移动框4上的加强筋401与可移动传感器6相配合后所形成的点胶槽11中，从而将可移动传感器6与移动框40进行固定，至此，可移动传感器6与移动机构组4连接成为一体装置。

本发明的完整实现方式如下所述：

步骤1)光线通过分光元件可以分成光路a和光路b。

步骤2)光路a与光路b对应各自的传感器分别成像，通过计算机将光路a的呈现固定画面与光路b呈现的可移动画面进行对比。

步骤3)对比后，通过六轴调节装置9将可移动传感器6调节至最优配合位置。

步骤4)通过点胶机构10将可移动传感器6与移动机构组4进行固定，至此可移动传感器6与移动机构组4连接成为一体装置。

步骤5)通过计算机处理，将光路a的画面与光路b的画面，进行叠加处理，此时可得到高画质且具有丰富色彩的清晰图像。

步骤6)该系统中有检测移动框40位置的位置传感器8，位置传感器8将检测到的位置信息反馈至计算机。

步骤7)计算机通过模拟，对该系统的驱动机构5进行控制，实现移动机构组4沿着光路b所在的光轴方向上的高精度移动。即可调整不同倍率下光路b的后焦值，从而实现所有光学设计倍率下高画质且具有丰富色彩的清晰图像。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。