CN102967935B - 多视场红外光学系统及其径向插入式多视场切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多视场红外光学系统,其是在调焦透镜单元前方的光路上设置用于切换不同视场的径向插入式多视场切换装置,该径向插入式多视场切换装置包括径向移入或移出相应光轴位置的视场切换透镜单元,在对应所述视场切换透镜单元移入相应光轴到位停止和移出光轴到位停止两个工作位置分别设有移入传感器和移出传感器以及移入减速传感器和移出减速传感器。本发明的多视场红外光学系统在切换视场时通过相应的减速传感器控制电机减速运行,从而减少了在视场切换透镜单元移动到位时对系统的冲击,避免了视场切换过程中透镜组偏移光轴位置,确保该红外成像系统在进行视场切换时能够准确的跟踪目标,提高了该红外成像系统的使用可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种多视场红外光学系统及该光学系统中用于切换不同视场的径向插入式多视场切换装置。
背景技术
现有的多视场红外光学系统中各视场的切换主要采用轴向变倍切换方式,其通过沿光轴移动透镜组改变透镜之间间距进而改变系统焦距实现不同视场的切换,采用这种轴向变倍切换方式参与红外光学成像的透镜数量较多,减少了红外光学系统的透过率,使得透射比下降,从而增加了系统像差,造成每个视场的成像质量均不同程度的受到影响,降低了红外光电探测系统的探测距离和分辨率。中国发明专利公开文件CN202421618U公开了一种多视场切换的红外成像系统,该成像系统是在光路中设有用于沿光轴径向移入、移出从而改变视场的相应透镜组,每个透镜组分别连接有驱动其高速移入、移出相应光轴位置的变倍电机,在各变倍电机上均连接有控制装置,并对应每个透镜组分别设有用于检测相应透镜组移入光轴到位的移入传感器和用于检测相应透镜组移出光轴到位的移出传感器。移入传感器和移出传感器的信号输出端均连接在控制装置上,通过间隔相应透镜组的位置控制对应变倍电机启停。这种多视场切换的红外成像系统的缺陷是:在需要移入或移出相应透镜组到位时,当移入弧移出传感器检测到透镜组到位后立刻通过控制装置控制高速转动的变倍电机迅速停止转动,但变倍电机停止时由于透镜组高速运动会由于惯性力作用而对系统产生较大的冲击,从而造成透镜组偏移光轴位置,导致该红外成像系统容易在进行视场切换时丢失跟踪目标。
发明内容
本发明的目的是:提供一种在视场切换时对系统冲击力较小的多视场红外光学系统。
本发明多视场红外光学系统的技术方案是:一种多视场红外光学系统,包括沿光轴依次设置的调焦透镜单元和图像接收单元,在调焦透镜单元前方的光路上还设有用于切换不同视场的径向插入式多视场切换装置,该径向插入式多视场切换装置包括在电机驱动下移入或移出相应光轴位置的视场切换透镜单元,在对应所述视场切换透镜单元移入相应光轴到位停止和移出光轴到位停止两个工作位置分别设有移入传感器和移出传感器,该移入传感器和移出传感器的输出端连接有控制电机的控制器,所述的径向插入式多视场切换装置还包括安装支架,在该安装支架上固定有延伸方向与光轴垂直的直线导向机构,所述的视场切换透镜单元通过该直线导向机构导向安装在安装支架上,在安装支架上沿所述直线导向机构的延伸方向位于所述移入传感器和移出传感器之间还间隔设有移入减速传感器和移出减速传感器,所述移入减速传感器和移出减速传感器的输出端与所述控制器连接用于根据检测到的视场切换透镜单元移动位置控制电机减速运行。
所述的直线导向机构包括固定在安装支架上部的导向轴及滑动套装在导向轴上的直线轴承,在安装支架下部轴向限位的转动装配有轴线与导向轴平行的丝杠螺母传动机构,该丝杠螺母传动机构的一端与所述电机传动连接,所述视场切换透镜单元的上端与所述直线轴承固定连接,其下端与所述丝杠螺母传动机构中的螺母固定连接。
所述电机为力矩电机,该力矩电机插装在安装支架上对应开设的安装孔内,该力矩电机的转轴与所述丝杠同轴一体设置。
所述的移入传感器和移出传感器以及移入减速传感器和移出减速传感器均由接近开关构成。
所述的视场切换透镜单元由导向装配在安装支架上的透镜座及沿光轴间隔固定在透镜座上的第一透镜和第二透镜组成。
本发明同时还提供了一种径向插入式多视场切换装置,该径向插入式多视场切换装置的技术方案是:一种径向插入式多视场切换装置,包括用于在电机驱动下移入或移出相应光轴位置的视场切换透镜单元,在对应所述视场切换透镜单元移入相应光轴到位和移出光轴到位两个工作位置分别设有移入传感器和移出传感器,所述的径向插入式多视场切换装置包括安装支架,在该安装支架上固定有延伸方向与光轴垂直的直线导向机构,所述的视场切换透镜单元通过该直线导向机构导向安装在安装支架上,在安装支架上沿所述直线导向机构的延伸方向位于所述移入传感器和移出传感器之间还间隔设有移入减速传感器和移出减速传感器,所述移入减速传感器和移出减速传感器的输出端与所述控制器连接用于根据检测到的视场切换透镜单元移动位置控制电机减速运行。
所述的直线导向机构包括固定在安装支架上部的导向轴及滑动套装在导向轴上的直线轴承,在安装支架下部轴向限位的转动装配有轴线与导向轴平行的丝杠螺母传动机构,该丝杠螺母传动机构的一端与所述电机传动连接,所述视场切换透镜单元的上端与所述直线轴承固定连接,其下端与所述丝杠螺母传动机构中的螺母固定连接。
所述电机为插装于安装支架上对应开设的安装孔内的力矩电机,该力矩电机的转轴与所述丝杠同轴一体设置。
所述的移入传感器和移出传感器以及移入减速传感器和移出减速传感器均由接近开关构成。
所述的视场切换透镜单元由导向装配在安装支架上的透镜座及沿光轴间隔固定在透镜座上的第一透镜和第二透镜组成。
本发明的多视场红外光学系统中,由于其在视场切换透镜单元移入或移出光轴到位的路径中设置移入减速传感器和移出减速传感器,使得视场切换透镜单元在电机驱动下移入或移出光轴到位前通过相应的减速传感器控制电机减速运行,从而减少了在视场切换透镜单元移动到位时对系统的冲击,避免了视场切换过程中透镜组偏移光轴位置,确保该红外成像系统在进行视场切换时能够准确的跟踪目标,提高了该红外成像系统的使用可靠性。
附图说明
图1为本发明中多视场红外光学系统具体实施例的原理图;
图2为图1中径向插入式多视场切换装置的具体结构示意图;
图3为图2中的A-A剖视图;
图4为图3中的B-B剖视图。
具体实施方式
本发明的多视场红外光学系统的具体实施例如图1至图4所示,其沿光轴9依次设置有大物镜1、调焦透镜单元5、第一汇聚透镜6、第二汇聚透镜7及图像接收单元8,在调焦透镜单元5前方的光路中位于大物镜1与调焦透镜单元5之间设有用于沿垂直于光轴方向径向移入、移出以切换不同视场的径向插入式多视场切换装置4。该径向插入式多视场切换装置4包括安装支架10,安装支架10中通过延伸方向垂直于光轴9的直线导向机构导向安装有在电机驱动下移入或移出相应光轴位置的视场切换透镜单元13,该视场切换透镜单元13由导向装配于安装支架10上的透镜座及间隔安装于透镜座上的第一透镜2和第二透镜3组成,两透镜均采用单晶锗材料制成,其中,第一透镜2的第一个面的半径为-70mm,第二个面的半径为413mm,中心厚度为3mm,第二透镜3第一个面的半径为-574.8mm,第二个面的半径为116mm,中心厚度为6.7mm,第一透镜2和第二透镜3均采用定心车技术,保证两个透镜光轴的同轴度不大于¢0.015mm,。当该视场切换透镜单元13移出相应光轴位置时,由大物镜1、调焦透镜单元5、第一汇聚透镜6及第二汇聚透镜7组成小视场透镜组,当视场切换透镜单元13移入相应光轴位置时,由大物镜1、第一透镜2、第二透镜3及调焦透镜单元5、第一汇聚透镜6和第二汇聚透镜7共同组成大视场透镜组。本实施例中,上述的直线导向机构包括固定在安装支架10上部且其轴线与光轴9相垂直的导向轴12,其中,在安装支架10上对应该导向轴12的两端分别开设有通孔,在两通孔的外侧分别轴向限位的插装有端盖14,各端盖14与对应通孔均为间隙配合,单边配合间隙为0.5mm,在两端盖14相对的内侧面对应开设有盲孔,导向轴12的两端分别插装于相应端盖14的盲孔中;在安装支架10的下部通过设于相应通孔内的第一轴承17和第二轴承19轴向限位的转动装配有轴线与导向轴12相平行的丝杠螺母传动机构15,视场切换透镜单元13中的透镜座的上端通过直线轴承与导向轴导向滑动配合,该透镜座的下端与丝杠螺母传动机构15中的螺母固定连接。在安装支架10的一侧通过对应开设的安装孔固定插装有力矩电机16,该力矩电机16的转轴与丝杠螺母传动机构15中丝杠同轴一体设置,从而驱动视场切换透镜单元13沿导向轴12作往复直线运动移入胱周或移出光轴9,实现视场切换。在具体应用中个,为保证该视场切换透镜单元13的动作精度,安装支架10上用于与该视场切换透镜单元13导向配合的导向轴12的精度等级要求为P4,与该视场切换透镜单元13传动连接的丝杠螺母传动机构15采用传动精确度较高的滚珠丝杠机构,其中,该滚珠丝杠机构的精度等级要求为C5,丝杠加工类型要求为磨制。
在安装支架10的一侧,沿导向轴12的延伸方向间隔固定有用于检测视场切换透镜单元13移入光轴9到位的移入传感器20和用于检测视场切换透镜单元13移出光轴9回到相应位置的移出传感器20’,在安装支架10的底部沿导向轴12的延伸方向位于移入传感器20和移出传感器20’之间还间隔设有用于根据检测到的视场切换透镜单元13移动位置控制力矩电机16减速运行的移入减速传感器18和移出减速传感器18’。在安装支架10与视场切换透镜单元13之间还设有当该视场切换透镜单元13移入光轴到位或移出光轴到位时与安装支架10锁紧配合的到位锁紧机构11。其中,移入传感器20、移出传感器20’以及移入减速传感器18和移出减速传感器18’均采用接近开关,移入减速传感器18和移出减速传感器18’与视场切换透镜单元13中的透镜座相配合实现触发,移入传感器20、移出传感器20’与视场切换透镜单元13的透镜座上对应固设的触头21相配合实现触发。在切换大视场过程中,力矩电机16通过丝杠螺母传动机构15驱动视场切换透镜单元13沿导向轴12向光轴9方向移动,当视场切换透镜单元13的透镜座触发移入减速传感器18时,移入减速传感器18的感应信号控制力矩电机16进行减速,实现视场切换透镜单元13的减速运动,当该视场切换透镜单元13移动到相应光轴9的位置时,视场切换透镜单元13上的触头21触发移入传感器20,该移入传感器20的感应信号控制力矩电机16停止运行,保证视场切换透镜单元13精确到位,同时,该视场切换透镜单元13与安装支架10之间相应的到位锁紧机构11锁止将该视场切换透镜单元13锁紧定位。在切换小视场过程中,力矩电机16反转,通过丝杠螺母传动机构15驱动视场切换透镜单元13沿导向轴12向远离光轴9方向移动,当视场切换透镜单元13的透镜座触发移出减速传感器18’时,移出减速传感器18’的感应信号控制力矩电机16减速,实现视场切换透镜单元13的减速运动,当该视场切换透镜单元13移动到远离光轴9的相应位置时,视场切换透镜单元13上的触头21触发移出传感器20’,该移出传感器20’的感应信号控制力矩电机16停止运行,保证视场切换透镜单元13精确到位,同时,该视场切换透镜单元13与安装支架10之间相应的到位锁紧机构11锁止将该视场切换透镜单元13锁紧定位。由于在视场切换透镜单元13移入或移出到位的路径中设置移入减速传感器和移出减速传感器,使得视场切换透镜单元在电机驱动下移入或移出光轴到位前通过相应的减速传感器控制电机减速运行,从而减少了在视场切换透镜单元移动到位时对系统的冲击,避免了视场切换过程中透镜组偏移光轴位置,确保该红外成像系统在进行视场切换时能够准确的跟踪目标,提高了该红外成像系统的使用可靠性。
本发明不局限于上述实施例,上述多视场红外光学系统中设置的视场切换透镜单元也可以设置两组,从而实现小视场、中视场及大视场之间的三视场切换;上述用于传动连接在电机与视场切换透镜单元之间的传动机构还可以采用齿轮齿条、曲柄滑块等其它传动机构;上述多视场红外光学系统各透镜可以根据实际需要具体设置;用于控制电机运行的各传感器可以采用电磁传感器或光电传感器;驱动该视场切换透镜单元的电机还可以采用步进电机、伺服电机等,其都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多视场红外光学系统,包括沿光轴依次设置的调焦透镜单元和图像接收单元,在调焦透镜单元前方的光路上还设有用于切换不同视场的径向插入式多视场切换装置,该径向插入式多视场切换装置包括在电机驱动下移入或移出相应光轴位置的视场切换透镜单元,在对应所述视场切换透镜单元移入相应光轴到位停止和移出光轴到位停止两个工作位置分别设有移入传感器和移出传感器,该移入传感器和移出传感器的输出端连接有控制电机的控制器,其特征在于,所述的径向插入式多视场切换装置还包括安装支架,在该安装支架上固定有延伸方向与光轴垂直的直线导向机构,所述的视场切换透镜单元通过该直线导向机构导向安装在安装支架上,在安装支架上沿所述直线导向机构的延伸方向位于所述移入传感器和移出传感器之间还间隔设有移入减速传感器和移出减速传感器,所述移入减速传感器和移出减速传感器的输出端与所述控制器连接用于根据检测到的视场切换透镜单元移动位置控制电机减速运行,视场切换透镜单元在电机驱动下移入或移出光轴到位前通过相应的减速传感器控制电机减速运行;在安装支架与视场切换透镜单元之间还设有当视场透镜单元移入光轴到位或移出光轴到位时与安装支架锁紧配合的到位锁紧机构。
2.根据权利要求1所述的多视场红外光学系统,其特征在于,所述的直线导向机构包括固定在安装支架上部的导向轴及滑动套装在导向轴上的直线轴承,在安装支架下部轴向限位的转动装配有轴线与导向轴平行的丝杠螺母传动机构,该丝杠螺母传动机构的一端与所述电机传动连接,所述视场切换透镜单元的上端与所述直线轴承固定连接,其下端与所述丝杠螺母传动机构中的螺母固定连接。
3.根据权利要求2所述的多视场红外光学系统,其特征在于,所述电机为力矩电机,该力矩电机插装在安装支架上对应开设的安装孔内,该力矩电机的转轴与所述丝杠同轴一体设置。
4.根据权利要求1或2或3所述的多视场红外光学系统,其特征在于,所述的移入传感器和移出传感器以及移入减速传感器和移出减速传感器均由接近开关构成。
5.根据权利要求4所述的多视场红外光学系统,其特征在于,所述的视场切换透镜单元由导向装配在安装支架上的透镜座及沿光轴间隔固定在透镜座上的第一透镜和第二透镜组成。
6.一种径向插入式多视场切换装置,包括用于在电机驱动下移入或移出相应光轴位置的视场切换透镜单元,在对应所述视场切换透镜单元移入相应光轴到位和移出光轴到位两个工作位置分别设有移入传感器和移出传感器,其特征在于,所述的径向插入式多视场切换装置包括安装支架,在该安装支架上固定有延伸方向与光轴垂直的直线导向机构,所述的视场切换透镜单元通过该直线导向机构导向安装在安装支架上,在安装支架上沿所述直线导向机构的延伸方向位于所述移入传感器和移出传感器之间还间隔设有移入减速传感器和移出减速传感器,所述移入减速传感器和移出减速传感器的输出端与控制电机的控制器连接,用于根据检测到的视场切换透镜单元移动位置控制电机减速运行,视场切换透镜单元在电机驱动下移入或移出光轴到位前通过相应的减速传感器控制电机减速运行;在安装支架与视场切换透镜单元之间还设有当视场透镜单元移入光轴到位或移出光轴到位时与安装支架锁紧配合的到位锁紧机构。
7.根据权利要求6所述的径向插入式多视场切换装置,其特征在于,所述的直线导向机构包括固定在安装支架上部的导向轴及滑动套装在导向轴上的直线轴承,在安装支架下部轴向限位的转动装配有轴线与导向轴平行的丝杠螺母传动机构,该丝杠螺母传动机构的一端与所述电机传动连接,所述视场切换透镜单元的上端与所述直线轴承固定连接,其下端与所述丝杠螺母传动机构中的螺母固定连接。
8.根据权利要求7所述的径向插入式多视场切换装置,其特征在于,所述电机为插装于安装支架上对应开设的安装孔内的力矩电机,该力矩电机的转轴与所述丝杠同轴一体设置。
9.根据权利要求6或7或8所述的径向插入式多视场切换装置,其特征在于,所述的移入传感器和移出传感器以及移入减速传感器和移出减速传感器均由接近开关构成。
10.根据权利要求9所述的径向插入式多视场切换装置,其特征在于,所述的视场切换透镜单元由导向装配在安装支架上的透镜座及沿光轴间隔固定在透镜座上的第一透镜和第二透镜组成。
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