CN104266639B - 一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，包括调焦镜组、目视镜组、图像采集装置，瞄准仪目视镜组中设有目视分划板，目视分划板右侧设有分光棱镜；分光棱镜反射光的光轴与图像采集装置的光轴重合，透过光的光轴与瞄准仪目视镜组的光轴重合。本发明使瞄准仪同时具备了目视和图像采集功能，实现了采集的图像信息与目视视场一致，用于基于捷联惯组的运载火箭地面瞄准***时，可将采集的图像信息通过视频光纤或者网络远程传输，供远控操作手目视观察，通过图像识别软件处理解算出被瞄准目标的方位、高低、左右等信息，为远程操作提供依据。

Description

一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***

技术领域

本发明涉及一种光电测量装置，尤其是涉及一种用于运载火箭跟踪测量的地面瞄准仪***。

背景技术

在运载火箭发射前，地面需要对它进行初始方位确立，以便火箭点火后按照设定的轨道起飞。随着新一代运载火箭采用捷联惯组技术，提出了对加注后现场无人值守的要求，这就需要通过地面瞄准***实时获取捷联惯组上的瞄准棱镜的方位、高低、左右位置等信息，并通过传输为远距离掌握运载火箭瞄准棱镜方位状态提供判断依据。

通过瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成设计，使瞄准仪具备目视图像采集功能，当配置图像处理软件和图像显示器后，可方便快捷地获取被瞄目标的方位、高低、左右位置等图像信息，将采集的图像信息进行远距离传输，能为操作手远距离操作瞄准仪提供辅助信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，通过本***可以方便、快捷、远距离获取运载火箭捷联惯组上的瞄准棱镜的方位信息，为操作手远距离操作提供判断依据。

为解决上述技术问题，本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***包括调焦镜组、目视镜组、图像采集装置，在目视镜组中设有目视分划板，在目视分划板的右侧设有分光棱镜，使分光棱镜反射光的光轴与图像采集装置的光轴重合，且分光棱镜透过光的光轴与目视镜组的光轴重合；分光棱镜由两个直角棱镜胶合而成，通过在两个直角棱镜的胶合面镀膜，使镀膜对波长为550nm的光的透过量等于反射量，并使透过光的光量加上反射光的光量大于入射光光量的90％。

本发明通过瞄准仪目视镜组与图像采集装置的集成，让目视镜组与图像采集装置共用一套望远镜调焦***和目视分划板，使两者的光路分离并共轭，使图像采集装置采集的图像信息与目视视场一致。当远距离光电准直时，通过调焦手轮调焦至无穷远时，可以采集准直光点与目视分划板图像；当调焦至有限距离时，可以采集目视视场图像。本发明的具体成像过程和光路如下：通过调焦手轮调焦，对目标进行聚焦，目标的反射光通过调焦镜组到达目视分划板，再通过目视分划板到达分光棱镜，在分光棱镜的分光作用下，一部分目标反射光透过分光棱镜胶合面的镀膜到达目视镜组的观察端，便于现场观察和操作，一部分目标反射光经过分光棱镜的反射通过图像采集装置的光路到达图像传感器，在图像传感器上成像，通过远距传输和图像处理软件处理后显示在显示器上，便于远距离观察和操作。图像传感器可以采用CCD图像传感器或CMOS图像传感器。

作为本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***的改进结构，其中图像采集装置包括镜头盒、镜头座、镜头一、镜头二、图像传感器，图像传感器固定安装在镜头盒中，镜头一固定安装在镜头座的内腔左端，镜头二通过连接锁母与镜头座的右端固定连接，镜头一与镜头座的内腔和镜头二形成光路，镜头一的光轴与镜头二的光轴重合，镜头盒的右端侧壁上设有镜头孔，镜头座的左端与镜头盒的右端通过连接装置固定连接，镜头一的左端伸入镜头孔中，镜头一和镜头二的光轴与图像传感器的成像面的中垂线重合；在镜头座左端周壁设置边沿，在边沿上沿周向等距离设置四个圆孔，在镜头盒的右端侧壁上设置与所述圆孔对应的四个第一螺栓孔，让镜头盒的周壁右端部比起镜头盒的右端侧壁向右凸出，在镜头盒右端凸出的周壁上设置四个第二螺栓孔，并让第二螺栓孔和第一累栓孔的轴线相互垂直；四个第一螺栓穿过镜头座左端周壁边沿上的四个圆孔旋入镜头盒右端侧壁四个第一螺栓孔中，圆孔的直径大于第一螺栓的直径，四个第二螺栓旋入四个第二螺栓孔用于调整镜头一和镜头二的光轴位置。

采用这种改进结构，先通过四个第一螺栓将镜头盒与镜头座连接，然后通过四个与第一螺栓垂直的第二螺栓调整镜头一和镜头二的光轴位置，使其与图像传感器成像面的中垂线重合，最后再紧固四个第一螺栓。这种结构设计通过配合间隙定位，使拆装更为快捷，使用过程如出现故障可快速更换；同时为了不影响调焦镜组俯仰角度，成像光路应尽量短，本改进结构采用了一对平行成像镜头一和镜头二，实现了短物距成像。

作为本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***进一步的改进结构，在镜头一与镜头二之间增设两片滤光片，两片滤光片镀窄带滤光膜，使窄带滤光膜对波长为400nm-600nm的光的透过率大于90％，且对波长大于660nm的光的反射率大于或等于99.5％，同时，使两片滤光片之间设有一定角度，并把其中一片滤光片设置成与镜头一和镜头二的光轴垂直。

采用这种进一步改进的结构，通过在镜头一与镜头二之间设置两片滤光片，解决了瞄准时目标反射回的准直激光束造成的图像传感器成像面的饱和问题；同时，由于滤光片的镀膜对波长大于660nm反射大于或等于99.5％，容易使目标反射光在两片滤光片之间经多次反射造成鬼影并成像在图像传感器的成像面上；为了消除鬼影对正常图像的干扰，通过将一片滤光片垂直于光轴安装，另一片呈一定角度安装，能将鬼影反射出图像传感器成像面的成像视场，实验表明，两片滤光片之间呈5°～10°安装时，成像效果最为清晰。

为保证成像视场角不小于1°，CCD图像传感器的成像面积设计成大于或等于1/3英寸；同时，为了增强镜头盒与镜头座连接的紧固性，便于通过第一螺栓和第二螺栓调整镜头一和镜头二的光轴位置，还可以在镜头盒的右端侧壁与镜头座的左端边沿之间增设调整垫片

下面结合附图所示实施方式对本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***第一种实施方式的主视示意图；

图2为本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***第二种实施方式的图像采集装置的主视剖视图。

具体实施方式

如图1所示的本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***第一种实施方式的主视示意图中，包括调焦镜组1、目视镜组2和图像采集装置3，目视镜组2左端设置目视分划板201，在目视分划板201的右侧设置分光棱镜202，并使分光棱镜202的反射光的光轴与图像采集装置3的光轴重合，透过光的光轴与目视镜组2的光轴重合；分光棱镜202最好设计成由两个直角棱镜胶合而成，并在两个直角分光棱镜的胶合面镀膜，使镀膜对波长等于550nm的光的透过量等于反射量，并且使透过光的光量加上反射光的光量大于入射光光量的90％，让分光棱镜202的有效通光量满足目视视场要求。分光棱镜202用于将目标和目视分划板201所成的像一分为二，透过部分经过目视镜组2供人眼观测，反射部分经过图像采集装置3的透镜成像在CCD图像传感器的成像面上。

本发明通过瞄准仪目视镜组2与图像采集装置3的集成，让两者共用一套望远镜调焦镜组1和目视分划板201，使瞄准仪具备了图像采集功能且使图像采集装置3采集的图像信息与目视视场一致。当远距离光电准直时，通过调焦镜组1调焦至无穷远时，可以采集准直光点与目视分划板201图像；当调焦至有限距离时，可以采集目视视场图像。本发明通过调焦镜组1调焦，对目标进行聚焦，目标的反射光通过调焦镜组1到达目视分划板201，再通过目视分划板201到达分光棱镜202，在分光棱镜202的分光作用下，一部分目标反射光透过分光棱镜202胶合面的镀膜到达目视镜组2的观察端，便于现场观察和操作，一部分目标反射光经过分光棱镜202的反射通过图像采集装置3的光路到达CCD图像传感器11的成像面，在CCD图像传感器11的成像面上成像，通过远距传输和图像处理软件处理后显示在显示器上，便于远距离观察和操作。需要说明的是，本发明采用的CCD图像传感器还可以使用CMOS图像传感器替代。

如图2所示的本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***第二种实施方式，图集采集装置3包括镜头盒4、镜头座5、镜头一6、镜头二7和CCD图像传感器11，CCD图像传感器11固定安装在镜头盒4内，CCD图像传感器11成像面的面积设计为1/3英寸，以满足成像视场角不小于1°的需求；镜头一6安装在镜头座5的内腔左端，镜头二7通过连接锁母12固定连接于镜头座5的右端；镜头一6与镜头座5的内腔和镜头二7形成有效光路，并且使镜头一6的光轴与镜头二7的光轴重合。镜头盒的右端侧壁上设有镜头孔401，镜头座5的左端周壁设有边沿501，边沿501上沿周向等距离设有四个圆孔，圆孔的中轴线与镜头一6和镜头二7的光轴平行，镜头盒4的右端侧壁上开设与所述圆孔位置对应的四个第一螺栓孔；让镜头盒4的周壁右端部比起镜头盒4的右端侧壁向右凸出，在镜头盒4右端凸出的周壁上沿周向均匀设置四个第二螺栓孔。

在镜头盒4与镜头座5连接时，首先使用四个第一螺栓9穿过镜头座5左端周壁边沿501上的四个圆孔旋入镜头盒4右端侧壁上的四个第一螺栓孔中，使镜头盒4与镜头座5达到初步紧固连接，圆孔的直径要设计成稍大于第一螺栓9的直径，使第一螺栓9与圆孔的内壁间存在用于调整镜头座5位置的间隙，然后使用四个第二螺栓10旋入四个第二螺栓孔中，并通过调整四个第二螺栓10的旋入程度调节镜头座5的位置，当镜头一6和镜头二7的光轴与CCD图像传感器11成像面的中垂线重合时，再通过旋紧四个第一螺栓9使镜头盒4与镜头座5达到最终紧固连接。此时，镜头一6的左端伸入镜头孔401中。

通过此种结构设计的图像采集装置3使调整和固定功能分离，具有调整方便、拆装快捷、便于更换的优点；同时为了不影响望远镜俯仰角度，成像光路应尽量短，通过采用镜头一6和镜头二7这样一组平行成像镜头，可使目视分划板201至CCD图像传感器11的成像面的距离达到85mm，并使平行成像镜头通光口径大于分光棱镜有效通光口径，以满足成像要求。

为解决瞄准时目标反射回的准直激光束造成CCD图像传感器11成像面的饱和问题，可在镜头一6与镜头二7之间增设两片滤光片8，并对滤光片进行镀膜，使镀膜对波长为400nm到600nm的光的透过率大于90％，对波长大于660nm的光的反射大于或等于99.5％。由于两片滤光片8对波长大于660nm反射率大于或等于99.5％，目标反射光在两片滤光片8之间经多次反射容易造成鬼影并成像在CCD图像传感器11的成像面上。为消除鬼影对正常图像的干扰，应将其中一片滤光片垂直于镜头一6和镜头二7的光轴安装，另一片与第一片成一定角度安装。实验表明，两片滤光片8之间的角度为5°～10°时可使鬼影反射出CCD图像传感器11成像面的成像视场。

为了增强镜头盒与镜头座连接的紧固性，便于通过第一螺栓和第二螺栓调整镜头一和镜头二的光轴位置，还可以在镜头盒4的右端侧壁与镜头座5的左端边沿501之间设置调整垫片。

本发明一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，使瞄准仪同时具备了目视和图像采集功能，实现了采集的图像信息与目视视场一致，用于基于捷联惯组的运载火箭地面瞄准***时，可将采集的图像信息通过视频光纤或者网络远程传输，供远控操作手目视观察，通过图像识别软件处理解算出被瞄准目标的方位、高低、左右等信息，为远程操作提供依据。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，包括调焦镜组(1)、目视镜组(2)、图像采集装置(3)，其特征在于：所述目视镜组(2)中设有目视分划板(201)，目视分划板(201)右侧设有分光棱镜(202)；分光棱镜(202)反射光的光轴与图像采集装置(3)的光轴重合，分光棱镜(202)透过光的光轴与目视镜组(2)的光轴重合；所述分光棱镜(202)由两个直角棱镜胶合而成，两个直角棱镜的胶合面镀膜，所述镀膜对波长为550nm的光的透过量等于反射量，且透过光的光量加上反射光的光量大于入射光光量的90％；所述图像采集装置(3)包括镜头盒(4)、镜头座(5)、镜头一(6)、镜头二(7)和图像传感器(11)，图像传感器(11)固定安装在镜头盒(4)中，镜头一(6)固定安装在镜头座(5)的内腔左端，镜头二(7)通过连接锁母(12)与镜头座(5)的右端固定连接，镜头一(6)与镜头座(5)的内腔和镜头二(7)形成光路，镜头一(6)的光轴与镜头二(7)的光轴重合，镜头盒的右端侧壁上设有镜头孔(401)，镜头座(5)的左端与镜头盒(4)的右端通过连接装置固定连接，镜头一(6)的左端伸入镜头孔(401)中，镜头一(6)和镜头二(7)的光轴与图像传感器(11)感光面的中垂线重合；所述连接装置为，镜头座(5)左端周壁上设有边沿(501)，边沿(501)上沿周向等距离设有四个圆孔，镜头盒(4)的右端侧壁上设有与所述四个圆孔对应的四个第一螺栓孔；镜头盒(4)的周壁右端部比镜头盒(4)的右端侧壁向右凸出，镜头盒(4)右端凸出的周壁上沿周向均匀设有四个第二螺栓孔，第二螺栓孔和第一螺栓孔的轴线相互垂直；四个第一螺栓(9)穿过镜头座(5)左端周壁边沿(501)上的四个圆孔旋入镜头盒(4)右端侧壁上的四个第一螺栓孔中，所述圆孔的直径大于第一螺栓(9)的直径，四个第二螺栓(10)旋入四个第二螺栓孔用于调整镜头一(6)和镜头二(7)的光轴位置，所述镜头一(6)与镜头二(7)之间设有两片滤光片(8)，两片滤光片(8)镀窄带滤光膜，所述窄带滤光膜对波长为400nm～600nm的光的透过率大于90％，且对波长大于660nm的光的反射率大于或等于99.5％，所述两片滤光片(8)之间的角度为5°～10°，其中一片滤光片(8)与镜头一(6)和镜头二(7)的光轴垂直。

2.按照权利要求1所述的一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，其特征在于：所述图像传感器(11)为CCD图像传感器。

3.按照权利要求2所述的一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，其特征在于：所述CCD图像传感器的成像面积大于或等于1/3英寸。

4.按照权利要求1-3任一项所述的一种瞄准仪目视镜组与图像采集装置集成***，其特征在于：镜头盒(4)的右端侧壁与镜头座(5)的左端边沿(501)之间设有调整垫片。