CN101943608A - 长波红外两档视场跟踪测量镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种长波红外两档视场跟踪测量镜头，包括主镜筒，其特征在于：所述主镜筒内沿红外光线自左向右入射方向设有正月牙形固定透镜A、切换镜组B和由布设在主镜筒内的调焦机构驱动的正月牙形调焦透镜C，所述切换镜组B分为镜头长焦时用的长焦镜组B长和镜头短焦时用的短焦镜组B短，并由布设在主镜筒内的切换旋转机构驱动长焦镜组B长或短焦镜组B短与正月牙形固定透镜A和正月牙形调焦透镜C在同一光路上本发明镜头设计焦距较长，能方便切换的两档视场镜头，并且使热成像系统能对远距离目标进行跟踪测量，既可对目标进行大区域、小倍率的概观，也能对目标进行小区域、大倍率的详细观测。
Description
技术领域
本发明涉及一种长波红外两档视场跟踪测量镜头，属于热成像监测领域。
背景技术
红外成像具有夜晚作用距离远；抗干扰性能好；环境适配性优于可见光；穿透烟尘、雾霾能力强；能全天候、全天时工作等优点。进入二十一世纪后，红外成像技术在军事、准军事和民用领域得到了广泛的应用。与之配用的各种规格的红外摄像镜头也应运而生。但在全透射式红外摄像镜头中，大多数是短焦的定焦镜头，镜头焦距短，系统的作用距离近。显然，针对上述问题是本发明的研究目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长波红外两档视场跟踪测量镜头，该镜头的焦距较长，使热成像系统能对远距离目标进行跟踪测量，且能方便地转换镜头的两档视场 ，使镜头既可对目标进行大区域、小倍率的概观，也能对目标进行小区域、大倍率的详细观测。
本发明的特征在于：一种长波红外两档视场跟踪测量镜头，包括主镜筒，其特征在于：所述主镜筒内沿红外光线自左向右入射方向设有正月牙形固定透镜A、切换镜组B和由布设在主镜筒内的调焦机构驱动的正月牙形调焦透镜C，所述切换镜组B 分为镜头长焦时用的长焦镜组B长和镜头短焦时用的短焦镜组B短，并由布设在主镜筒内的切换旋转机构驱动长焦镜组B长或短焦镜组B短与正月牙形固定透镜A和正月牙形调焦透镜C在同一光路上；所述切换镜组B的长焦镜组B长依次设有双凸透镜B长-1，负月牙形透镜B长-2，负月牙透镜B长-3，双凹镜头B长-4，双凸透镜B长-5；所述切换镜组B的短焦镜组B短依次设有平凹透镜B短-1，负月牙形透镜B短-2，负月牙形透镜B短-3，双凹透镜B短-4，双凸透镜B短-5。
本发明的优点：本发明为双视场切换红外热像镜头，短焦段具有大视场，能大范围搜索、监测目标，长焦段具有焦距长、且相对孔径大，能极大地提高系统的探测距离，提高了对目标的详细监测。
附图说明
图1为本发明实施例光路结构示意图。
图2为本发明实施例结构示意图。
图3为本发明实施例切换旋转机构的结构剖视图。
图4为图3的A-A向剖视图。
图5为图4的M向局部放大视图。
图6为本发明实施例调焦机构的结构剖视图。
图7为本发明实施例开盖机构的结构剖视图。
图8为图7的侧视图。
具体实施方式
参考图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7和图8，一种长波红外两档视场跟踪测量镜头，包括主镜筒1，所述主镜筒1内沿红外光线自左向右入射方向设有正月牙形固定透镜A、切换镜组B和由布设在主镜筒内的调焦机构2驱动的正月牙形调焦透镜C，所述切换镜组B 分为镜头长焦时用的长焦镜组B长和镜头短焦时用的短焦镜组B短，并由布设在主镜筒内的切换旋转机构3驱动长焦镜组B长或短焦镜组B短与正月牙形固定透镜A和正月牙形调焦透镜C在同一光路上；所述切换镜组B的长焦镜组B长依次设有双凸透镜B长-1，负月牙形透镜B长-2，负月牙透镜B长-3，双凹镜头B长-4，双凸透镜B长-5；所述切换镜组B的短焦镜组B短依次设有平凹透镜B短-1，负月牙形透镜B短-2，负月牙形透镜B短-3，双凹透镜B短-4，双凸透镜B短-5。
当镜头长焦时，沿光线入射方向，所述正月牙形固定透镜A与切换镜组B的长焦镜组B长之间的空气间隔是119.44mm，所述切换镜组B的长焦镜组B长与正月牙形调焦透镜C之间的空气间隔是27.79mm；所述切换镜组B的长焦镜组B长中双凸透镜B长-1与负月牙形透镜B长-2之间的空气间隔是0.91mm，负月牙形透镜B长-2与负月牙形透镜B长-3之间的空气间隔是5.77mm，负月牙形透镜B长-3与负月牙形透镜B长-4之间的空气间隔是23.99mm，双凹透镜B长-4与正月牙形透镜B长-5之间的空气间隔是4.47mm。
当镜头短焦时，所述正月牙形固定透镜A与切换镜组B的短焦镜组B短之间的空气间隔是127.53mm，切换镜组B的短焦镜组B短与正月牙形调焦透镜C之间的空气间隔是19.66mm；所述切换镜组B的短焦镜组B短中平凹透镜B短-1与负月牙形透镜B短-2之间的空气间隔是0.93mm，负月牙形透镜B短-2与负月牙形透镜B短-3之间的空气间隔是34.25mm，负月牙形透镜B短-3与凹透镜B短-4之间的空气间隔是0.85mm，凹透镜B短-4与凸透镜B短-5之间的空气间隔是4.87mm。
上述正月牙形固定透镜A，负月牙形透镜B长-2，负月牙形透镜B长-3，正月牙形透镜B长-5，平凹透镜B短-1，负月牙形透镜B短-2，负月牙形透镜B短-3，凹透镜B短-4和正月牙形调焦透镜C采用Ge材料制成，所述双凸透镜B长-1和负月牙形透镜B长-4采用ZnS材料制成，所述凸透镜B短-5采用ZnSe材料制成。
上所述切换旋转机构3包括镜像对称布设有长焦镜组B长和短焦镜组B短的转盘3-1，所述转盘3-1外周沿轴向方向上设有用以转盘3-1定位的两个V形槽3-2，能与电机A3-3驱动的主动齿轮3-4啮合的驱动齿3-5和一拔钉3-6，所述拔钉3-6触发镜像对称布设在转盘3-1外侧位置上的用以实现转盘3-1定位的微动开关组件3-7，所述V形槽3-2由布设在转盘3-1外侧的弹性机构3-8驱动的钢球3-9共同实现转盘3-1定位，所述微动开关组件3-7和V形槽3-2及布设在转盘3-1外侧的弹性机构3-8驱动的钢球3-9共同实现精密定位转盘3-1位置。
上述调焦机构2包括用以安装正月牙形调焦透镜C的调焦座2-1，所述调焦座2-1由布设在主镜筒1外周导槽1-1内的导钉2-2驱动实现轴向运动，所述导钉2-2与安装在镜筒外周的外周具有梯形牙外螺纹的调焦环2-3连接，所述调焦环2-3与电机B2-4驱动的主动齿轮2-5实现啮合旋转。
上述主镜筒1的前端还设有一镜头盖5，所述镜头盖5由开盖机构驱动4实现镜头盖5的开合，所述开盖机构4包括设于主镜筒1外侧并与其轴线平行的蜗轮轴4-1，所述蜗轮轴4-1一端连接镜头盖5，另一端经轴承固定在主镜筒外侧上，所述蜗轮轴4-1由一涡轮蜗杆机构驱动实现旋转，所述涡杆4-2与由电机主动齿轮4-3带动的从动齿轮4-4在同根转轴上并实现联动旋转。
由上述镜头达到的性能指标如下：
1.工作波段：7.5um-10um。
2.视场角：2ω=12°x 9°；2°x 1.5°。（焦距：f’1=45mm;f’2=270mm）。
3.相对孔径D/f’=1/2。
4.透过率T=75%。(波段内光谱透过率平均度优于10 %)。
5.分辨率：与320x240（像元大小30um）的热像仪适配。
6.工作温度： -40℃ - +60℃。
7.物距：∞-50米。
8.两档视场切换的时间≤2s。
具体实施过程如下：
1.切换旋转机构的实施
如图3，图4，图5所示，我们设计序号4的转盘，并把序号5的长焦镜组镜头、序号6的短焦组镜头分别安装在转盘180°对称位置上。序号3的电机通过序号2电机齿轮带动转盘旋转。使镜头的长焦镜组和短焦组分别进入光轴，实现光学系统的不同组合，从而达到变换镜头视场的目的。
我们在转盘的两边安装微动开关组件，序号11和序号14，在转盘上安装序号10的微动开关拨钉。当电机带动转盘顺时针旋转一定角度时。转盘拨钉碰到微动开关的弹片，使微动开关从闭合状态到断开状态。采样电路输出电平由低电平到高电平。CPU收到微动开关信号后，命令电机停止运动。选择适合于长焦镜组Ｂ长、微动开关拨杆、序号11微动开关组件的相对角度。可使长焦镜组准确停在镜头光轴上。此时要求CPU只能向电机发出反向运动的指令。以使电机不在堵塞状态下工作，从而保护电机。
同理当CPU发出反向运动指令，选择适合于短焦组B短、微动开关拨钉、序号14微动开关组件的相对角度，就可使短焦镜头停在镜头的光轴上。
由于微动开关的弹力重复性不够好，如果仅靠微动开关不能对长、短焦镜组进行精确定位；因此我们设计了两个弹性机构3-8和定位V槽3-2。其定位原理如图五所示。电机带动转盘3-1运动时，定位V槽3-2一起运动。当V槽靠近序号3-9钢球时，钢球在序号3-8-4弹簧、序号3-8-5定位轴的弹力作用下，落到V槽中间。调节序号3-8-3弹簧压圈，使钢球的弹力大于电机减速箱的摩擦力。则钢球落到V槽中间。松开序号3-8-1机械定位锁紧螺钉，调整序号3-8-2机械定位架，使钢球落到V槽时，光学组件正好在光轴上。并且微动开关在断开位置。这样通过两个弹性机构和两个V槽与两个微动开关组件一起联合作用，就可实现长、短焦光学组件的精确定位。
上所述切换旋转机构3包括镜像对称布设有长焦镜组B长和短焦镜组B短的转盘3-1，所述转盘3-1外周沿轴向方向上设有用以转盘3-1定位的两个V形槽3-2，能与电机A3-3驱动的主动齿轮3-4啮合的驱动齿3-5和一拔钉3-6，所述拔钉3-6触发镜像对称布设在转盘3-1外侧位置上的用以实现转盘3-1定位的微动开关组件3-7，所述V形槽3-2由布设在转盘3-1外侧的弹性机构3-8驱动的钢球3-9共同实现转盘3-1定位，所述微动开关组件3-7和V形槽3-2及布设在转盘3-1外侧的弹性机构3-8驱动的钢球3-9共同实现精密定位转盘3-1位置。
2.调焦机构的实施
如图6所示，当电机2-4运转时，带动电机主动齿轮2-5运动。电机主动齿轮2-5与调焦环2-3啮合传动，使调焦环2-3转动。调焦环2-3通过梯形牙与主镜筒1联接。调焦座2-1用左旋螺纹联接。导钉2-2用来改变调焦座2-1的运动方向，使其从圆周运动变为直线运动。这样电机2-4的圆周运动带动调焦座2-1做直线运动。电机的正反转运动即可带动调焦组前后运动。从而实现调焦目的。
3.开盖机构的实施
如图7，图8所示，电机运转时，带动序号4-3电机主动齿轮旋转。电机主动齿轮4-3通过齿轮啮合带动序号4-4开盖从动轮运动。开盖从动轮4-4与蜗杆4-2联接在一起，蜗杆4-2带动蜗轮轴4-1运动。蜗轮轴的运动方向改变90°，蜗轮轴旋转带动与之相连接的镜头盖5旋转，从而实现盖体的开合。因此当电机正、反方向运动时，通过开盖机构4带动镜头盖5开合。并且镜盖后端面喷砂氧黑。当镜盖关闭时可以当做热像仪的基准板，作为基准校正热像仪的图像用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种长波红外两档视场跟踪测量镜头，包括主镜筒，其特征在于：所述主镜筒内沿红外光线自左向右入射方向设有正月牙形固定透镜A、切换镜组B和由布设在主镜筒内的调焦机构驱动的正月牙形调焦透镜C，所述切换镜组B 分为镜头长焦时用的长焦镜组B长和镜头短焦时用的短焦镜组B短，并由布设在主镜筒内的切换旋转机构驱动长焦镜组B长或短焦镜组B短与正月牙形固定透镜A和正月牙形调焦透镜C在同一光路上；所述切换镜组B的长焦镜组B长依次设有双凸透镜B长-1，负月牙形透镜B长-2，负月牙透镜B长-3，双凹镜头B长-4，双凸透镜B长-5；所述切换镜组B的短焦镜组B短依次设有平凹透镜B短-1，负月牙形透镜B短-2，负月牙形透镜B短-3，双凹透镜B短-4，双凸透镜B短-5。
2.根据权利要求1所述的长波红外两档视场跟踪测量镜头，其特征在于：镜头长焦时，沿光线入射方向，所述正月牙形固定透镜A与切换镜组B的长焦镜组B长之间的空气间隔是119.44mm，所述切换镜组B的长焦镜组B长与正月牙形调焦透镜C之间的空气间隔是27.79mm；所述切换镜组B的长焦镜组B长中双凸透镜B长-1与负月牙形透镜B长-2之间的空气间隔是0.91mm，负月牙形透镜B长-2与负月牙形透镜B长-3之间的空气间隔是5.77mm，负月牙形透镜B长-3与负月牙形透镜B长-4之间的空气间隔是23.99mm，双凹透镜B长-4与正月牙形透镜B长-5之间的空气间隔是4.47mm。
3.根据权利要求1所述的长波红外两档视场跟踪测量镜头，其特征在于：镜头短焦时，所述正月牙形固定透镜A与切换镜组B的短焦镜组B短之间的空气间隔是127.53mm，切换镜组B的短焦镜组B短与正月牙形调焦透镜C之间的空气间隔是19.66mm；所述切换镜组B的短焦镜组B短中平凹透镜B短-1与负月牙形透镜B短-2之间的空气间隔是0.93mm，负月牙形透镜B短-2与负月牙形透镜B短-3之间的空气间隔是34.25mm，负月牙形透镜B短-3与凹透镜B短-4之间的空气间隔是0.85mm，凹透镜B短-4与凸透镜B短-5之间的空气间隔是4.87mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的长波红外两档视场跟踪测量镜头，其特征在于：所述正月牙形固定透镜A，负月牙形透镜B长-2，负月牙形透镜B长-3，正月牙形透镜B长-5，平凹透镜B短-1，负月牙形透镜B短-2，负月牙形透镜B短-3，凹透镜B短-4和正月牙形调焦透镜C采用Ge材料制成，所述双凸透镜B长-1和负月牙形透镜B长-4采用ZnS材料制成，所述凸透镜B短-5采用ZnSe材料制成。
5.根据权利要求1所述的长波红外两档视场跟踪测量镜头，其特征在于：所述切换旋转机构包括镜像对称布设有长焦镜组B长和短焦镜组B短的转盘，所述转盘外周沿轴向方向上设有用以转盘定位的两个V形槽，能与电机A驱动的主动齿轮啮合的驱动齿和一拔钉，所述拔钉触发镜像对称布设在转盘外侧位置上的用以实现转盘定位的微动开关组件，所述V形槽由布设在转盘外侧的弹性机构驱动的钢球共同实现转盘定位，所述微动开关组件和V形槽及布设在转盘外侧的弹性机构驱动的钢球共同实现精密定位转盘位置。
6.根据权利要求1所述的长波红外两档视场跟踪测量镜头，其特征在于：所述调焦机构包括用以安装正月牙形调焦透镜C的调焦座，所述调焦座由布设在主镜筒外周导槽内的导钉驱动实现轴向运动，所述导钉与安装在镜筒外周的具有梯形牙外螺纹的调焦环连接，所述调焦环与电机B驱动的主动齿轮实现啮合旋转。
7.根据权利要求1所述的长波红外两档视场跟踪测量镜头，其特征在于：所述主镜筒的前端还设有一镜头盖，所述镜头盖由开盖机构驱动实现镜头盖的开合，所述开盖机构包括设于主镜筒外侧并与其轴线平行的蜗轮轴，所述蜗轮轴一端连接镜头盖，另一端经轴承固定在主镜筒外侧上，所述蜗轮轴由一涡轮蜗杆机构驱动实现旋转，所述涡杆与由电机主动齿轮带动的从动齿轮在同根转轴上并实现联动旋转。
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Denomination of invention: Long-wave infrared two-speed viewing field tracking measurement lens Effective date of registration: 20140704 Granted publication date: 20120111 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd Fuqing branch Pledgor: Fujian Forecam Optics Co., Ltd. Registration number: 2014350000027 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20170517 Granted publication date: 20120111 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd Fuqing branch Pledgor: FUJIAN FORECAM CO., LTD. Registration number: 2014350000027 |
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| PM01 | Change of the registration of the contract for pledge of patent right |
Change date: 20170420 Registration number: 2014350000027 Pledgor after: FUJIAN FORECAM CO., LTD. Pledgor before: Fujian Forecam Optics Co., Ltd. |