CN105353493A - 一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置及其加工工艺，包括基座、变倍透镜组件和补偿透镜组件，基座上设有至少两根导向光轴，所述变倍透镜组件包括变倍外框，补偿透镜组件包括补偿外框，所述导向光轴为变倍外框和补偿外框的共有导向光轴，变倍外框和补偿外框与所述导向光轴导向活动配合。本发明能够保证变倍透镜组件、补偿透镜组件在运动全行程范围内与固定透镜组之间的同轴度，省去了热像仪中运动透镜与固定透镜间同轴度的装调过程，操作简单方便。本发明还提供一种实现该变倍补偿装置的加工工艺。

Description

一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置及其加工工艺，属于光学机械技术领域。

背景技术

变焦系统的变倍补偿装置主要包括基座、固定透镜组和运动透镜组，基座的前后两侧分别设有前固定透镜孔和后固定透镜孔，前固定透镜孔和后固定透镜孔中分别安装有前固定透镜和后固定透镜，运动透镜组包括变倍透镜组件和补偿透镜组件，变倍透镜组件包括变倍外框，变倍外框中部设有变倍镜安装孔，变倍镜安装孔中安装有变倍镜二次定心部件；补偿透镜组件包括补偿外框，补偿外框中部设有补偿镜安装孔，补偿镜安装孔中安装有补偿镜二次定心部件。传统的热像仪连续变焦系统是利用运动透镜组的二次定心镜筒的机械外圆柱面与固定镜筒的内圆柱面进行配合实现运动透镜组的支撑、导向，例如由《中国光学》2014年第1期第172-177页记载的《小型连续变焦相机的结构实现》一文中就公开了一种连续补偿变焦系统，其利用机械凸轮机构的传动实现多组透镜按照一定的运动曲线进行移动，从而实现变焦距光学镜头的连续变焦。该运动透镜的导向机构由于受配合部分的长径比限制（一般要求长径比不小于1）以及滑动摩擦系数较大容易产生磨损等原因，无法满足现阶段对成像系统体积、重量、驱动效率的要求。连续变焦热像仪的变倍补偿装置作为连续变焦热像仪的核心技术之一，是国内外研究人员竞相研究的热点。

又例如《长春理工大学学报（自然科学版）》2009年第1期第62-65页记载的《红外连续变焦镜头的结构设计》、《长春理工大学学报（自然科学版）》2011年第3期第15-17页记载的《一种连续变焦距电视的变倍补偿机构设计》、《应用光学》2010年第4期第13-16页记载的《连续变焦距镜头结构设计及焦距实时输出分析》中均提到了一种利用多根导向光轴配合直线轴承对运动光学部分进行支撑、导向的变焦机构。在基座上设置变倍导向光轴孔和补偿导向光轴孔，在变倍外框和补偿外框上分别穿装变倍导向光轴和补偿导向光轴，运动透镜组的镜筒、基座上的导向光轴孔及变倍外框、补偿外框上的导向光轴孔分别位于不同的部件上，各组运动透镜的镜头分别沿不同的导向光轴导向移动。又例如授权公告日为2015.09.09、授权公告号为CN103823288B的中国发明专利公开的框架一体化式多杆导向连续变焦装置，该连续变焦装置包括具有两个腔室的框架，两个腔室中分别有变倍透镜组件和补偿透镜组件，变倍透镜组件包括变倍透镜和变倍透镜座，变倍透镜座即变倍外框，变倍透镜座导向活动安装在变倍导向杆上，变倍导向杆即变倍导向光轴；补偿透镜组件包括补偿透镜和补偿透镜座，补偿透镜座导向活动安装在补偿导向杆上，补偿导向杆即补偿导向光轴，变倍导向光轴和补偿导向光轴平行设置；变倍透镜座连接有变倍透镜座丝杠，变倍透镜座丝杠连接有变倍驱动电机，变倍驱动电机能够驱动变倍透镜座沿变倍导向光轴的轴向导向移动；补偿透镜座连接有补偿透镜座丝杠，补偿透镜座丝杠连接有补偿驱动电机，补偿驱动电机能够驱动补偿透镜座沿补偿导向光轴的轴向导向移动。

由于光学系统中要求透镜沿导向光轴运动时，导向光轴一致性较高（不同透镜间同轴度要求小于0.02mm），这就要求运动透镜的镜筒、导向光轴、基座的加工精度特别高，并且多个零件中导向光轴安装孔间的相对位置度及一致性较高，否则将导致系统运行时卡滞或者光学系统导向光轴一致性超标，导向光轴一致性超标将会影响热像仪的成像效果。由于上述变焦系统中所采用的变倍补偿装置，其变倍外框和补偿外框分别导向安装在不同的导向光轴上，这样需要满足变倍外框上的变倍导向光轴安装孔与基座上的变倍导向光轴安装孔的同轴度要求、补偿外框上的补偿导向光轴安装孔与基座上的补偿导向光轴安装孔的同轴度要求，同时还要满足变倍透镜与补偿透镜的同轴度要求，使得变焦系统的整个调整过程十分复杂，造成装调难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置，用以解决现有技术中变倍补偿装置调整过程复杂，装调难度大的技术问题。本发明的目的还在于提供一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置的加工工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置，包括基座、变倍透镜组件和补偿透镜组件，基座上设有至少两根导向光轴，所述变倍透镜组件包括变倍外框，补偿透镜组件包括补偿外框，所述导向光轴为变倍外框和补偿外框的共有导向光轴，变倍外框和补偿外框与所述导向光轴导向活动配合。

所述导向光轴有三根，三根导向光轴平行且绕变倍外框、补偿外框的周向间隔分布。

所述变倍外框连接有轴线与导向光轴的轴线平行的变倍丝杠，变倍丝杠连接有变倍驱动电机，变倍驱动电机的输出轴与变倍丝杠一体设置。

所述补偿外框连接有轴线与导向光轴的轴线平行的补偿丝杠，补偿丝杠连接有补偿驱动电机，补偿驱动电机的输出轴与补偿丝杠一体设置。

所述基座设有用于对变倍透镜组件进行限位的变倍限位块。

所述基座设有用于对补偿透镜组件进行限位的补偿限位块。

一种用于加工上述连续变焦热像仪的变倍补偿装置的加工工艺，该工艺需要用到主芯轴、工装芯轴和光轴，步骤如下：1）将主芯轴依次穿过基座上的前固定透镜安装孔、变倍镜安装孔、补偿镜安装孔和后固定透镜安装孔，对基座、变倍外框和补偿外框的前后相对位置进行定位；2）将工装芯轴依次穿过基座上的导向光轴安装孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔，保证对应的基座上的导向光轴孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔同轴，所述导向光轴安装孔和导向光轴孔为上述权利要求1中供导向光轴穿入的孔；3）对其中一组基座上的导向光轴安装孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔进行精加工，得到精孔，在精孔内穿装光轴；4）抽出一根工装芯轴，并对该组孔进行精加工，得到精孔，在精孔内穿装光轴；5）抽出另一根工装芯轴，并对该组孔进行精加工，得到精孔。

变倍外框和补偿外框对应设有三组导向光轴孔，工装芯轴有两根，光轴有两根，且光轴外径分别与其配合的精孔配做，保证精确定位。

本发明的有益技术效果为：本发明变倍外框和补偿外框导向活动装配在同一组导向光轴上，变倍透镜组件和补偿透镜组件沿同一轴线前后导向移动，能够保证变倍透镜组件、补偿透镜组件与固定透镜组之间的同轴度，省去了热像仪的装调过程，操作简单方便。当变倍外框和补偿外框采用同一组导向光轴时，为了满足基座上导向光轴安装孔、变倍外框和补偿外框上的导向光轴孔之间的同轴度，以及各组导向光轴安装孔和导向光轴孔之间的平行度，本发明提供一种加工工艺。

附图说明

图1是本发明实施例1中变倍补偿装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1中变倍补偿装置的爆炸图；

图3是本发明在对基座、变倍外框和补偿外框的孔进行加工时的安装结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例1，一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置，如图1、图2所示，该变倍补偿装置包括具有腔室的基座7、导向光轴12、运动透镜组和固定透镜组，本实施例中，导向光轴12设置有三根且轴线均沿前后方向延伸，三根导向光轴12平行且绕运动透镜组周向均匀分布，运动透镜组导向活动装配在导向光轴上，导向光轴12对运动透镜组起到导向、支撑的作用。运动透镜组包括位于基座腔室内的变倍透镜组件和补偿透镜组件，变倍透镜组件包括变倍外框16，变倍外框16中部开设有变倍镜安装孔且绕变倍镜安装孔一周间隔开设有三个导向光轴孔，变倍镜安装孔中安装有变倍镜二次定心部件2，三个导向光轴孔内均安装有直线轴承；变倍外框16连接有丝杠螺母机构，其螺母与变倍外框16固连，丝杠6的一端连接有变倍驱动装置23，另一端与基座7转动配合，变倍驱动装置23为电机，电机安装在基座上的电机固定座上；本实施例中，电机的输出轴与丝杠6为一体设置，丝杠采用精密的滚珠丝杠，变倍驱动装置和滚珠丝杠形成精密变倍滚珠丝杠电机，电机与滚珠丝杠一体化设计，取消了联轴器等中间联接部件，驱动简单且效率高；在精密变倍滚珠丝杠电机的驱动下，变倍外框16能够沿导向光轴前后导向移动。补偿透镜组件包括补偿外框17，补偿外框17中部开设有补偿镜安装孔且绕补偿镜安装孔一周间隔开设有三个导向光轴孔，补偿镜安装孔中安装有补偿镜二次定心部件，补偿镜二次定心部件包括补偿镜I二次定心部件3和补偿镜II二次定心部件4，三个导向光轴孔内均安装有直线轴承10。补偿外框17连接有丝杠螺母机构，其螺母与补偿外框17固连，丝杠的一端连接有补偿驱动装置13，另一端与基座7转动配合；补偿驱动装置13为电机，电机安装在基座上的电机安装座上。本实施例中，电机的输出轴与丝杠为一体设置，丝杠采用精密的滚珠丝杠，补偿驱动装置和滚珠丝杠形成精密补偿滚珠丝杠电机，电机与滚珠丝杠一体化设计，取消了联轴器等中间联接部件，驱动简单且效率高；在精密补偿滚珠丝杠电机的驱动下，补偿外框17能够沿导向光轴前后导向移动。固定透镜组包括位于运动透镜组前方的前固定透镜组件1和位于运动透镜组后方的后固定透镜组件5。基座7同轴开设有前固定透镜安装孔和后固定透镜安装孔，前固定透镜组件1和后固定透镜组件5分别对应安装在前固定透镜安装孔和后固定透镜安装孔中。

基座7于运动透镜组的前后两侧同轴开设有供导向光轴孔穿装的导向光轴安装孔，导向光轴12的前后两端分别穿入导向光轴安装孔内，且导向光轴12与基座7之间设有光轴过渡套11。基座7于运动透镜组的前后两侧分别设置有与变倍外框挡止配合的变倍前限位块8和变倍后限位块15，与补偿外框17挡止配合的补偿前限位块14和补偿后限位块9。在其他实施例中，导向光轴可以设置为两根、四根、五根等等。

本发明中，导向光轴为变倍外框、补偿外框的共有导向光轴，变倍外框和补偿外框均沿导向光轴的轴向导向移动，省去了使用过程中的调节过程，使得装调难度大幅降低，装置复杂度减小，结构紧凑。

本发明变倍补偿装置的加工工艺，能够保证运动透镜组在沿导向光轴前后移动时，导向光轴与前固定透镜光轴、后固定透镜光轴的同轴度在0.02mm以内，如图3所示，该加工工艺需要用到一根主芯轴18和两根工装芯轴19，还需要用到两根设计好的光轴，加工的坯料包括基座7、变倍外框16和补偿外框17，基座7上具有前固定镜安装孔、后固定镜安装孔和导向光轴安装孔，变倍外框16上具有变倍镜安装孔和三个导向光轴孔，补偿外框17上具有补偿镜安装孔和三根导向光轴孔，基座上的导向光轴安装孔、变倍外框和补偿外框上导向光轴孔均留有一定加工余量，该加工工艺的具体步骤如下：

1）将变倍外框16和补偿外框17置入基座7的腔室内，使变倍外框16上的变倍镜安装孔、补偿外框17上的补偿镜安装孔均与基座上的前固定透镜安装孔和后固定透镜安装孔相对应，然后将主芯轴18依次穿过前固定透镜安装孔、变倍镜安装孔、补偿镜安装孔和后固定透镜安装孔，主芯轴18的前端设有翻沿，当主芯轴穿装在基座上时，前端的翻沿与基座挡止配合，并在后端连接后压盖20，使基座、变倍外框和补偿外框的前后相对位置进行定位，同时保证前固定透镜安装孔、变倍镜安装孔、补偿镜安装孔和后固定透镜安装孔的同轴度；

2）绕主芯轴转动变倍外框16和补偿外框17，使变倍外框16上的导向光轴孔和补偿外框17上的导向光轴孔相对应，然后将工装芯轴穿过变倍外框16和补偿外框17上的导向光轴孔；工装芯轴18的一端设有翻沿，另一端具有螺柱，当工装芯轴18穿装在基座上的导向光轴安装孔中时，在工装芯轴的螺柱上拧装前压盖21，使翻沿与基座7挡止配合；本实施例中，变倍外框和补偿外框上的导向光轴孔有三组，工装芯轴设置有两根，两根工装芯轴分别穿装在两组导向光轴孔内，预留出一组导向光轴孔和导向光轴安装孔等待精加工处理，得到精孔24；在其他实施例中，当导向光轴孔有两组时，只穿装一根工装芯轴即可；

3）对预留出的一组导向光轴孔和导向光轴安装孔进行精加工，保证基座上的导向光轴安装孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔的同轴度小于0.015mm，并在精加工后的导向光轴孔和导向光轴安装孔中穿装一根光轴，该光轴与导向光轴孔、导向光轴安装孔配做，保证配合直径间隙小于0.003mm；

4）抽出两工装芯轴中的一根，腾出对应的导向光轴孔和导线光轴安装孔，然后对该组导向光轴孔和导向光轴安装孔进行精加工，得到精孔，在精孔内穿装一根光轴；抽出另外一根工装芯轴并对该组导向光轴孔和导向光轴安装孔进行精加工。

在精加工过程中，一根主芯轴和两根工装芯轴将基座7、变倍外框16和补偿外框17定位装夹在一起，其中主芯轴18与基座、变倍外框16和补偿外框17为紧配合，两根工装芯轴19与基座、变倍外框16和补偿外框17为间隙配合，起到粗定位作用。精加工时，基座上的导向光轴安装孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔一次加工成型，各个孔之间的同轴度达到0.015mm以内，且三组导向光轴安装孔、导向光轴孔的轴线之间的平行度在0.02mm以内。

Claims (9)

1.一种连续变焦热像仪的变倍补偿装置，包括基座、变倍透镜组件和补偿透镜组件，基座上设有至少两根导向光轴，所述变倍透镜组件包括变倍外框，补偿透镜组件包括补偿外框，其特征在于：所述导向光轴为变倍外框和补偿外框的共有导向光轴，变倍外框和补偿外框与所述导向光轴导向活动配合。

2.根据权利要求1所述的变倍补偿装置，其特征在于：所述导向光轴有三根，三根导向光轴平行且绕变倍外框、补偿外框的周向间隔分布。

3.根据权利要求1所述的变倍补偿装置，其特征在于：所述变倍外框连接有轴线与导向光轴的轴线平行的变倍丝杠，变倍丝杠连接有变倍驱动电机，变倍驱动电机的输出轴与变倍丝杠一体设置。

4.根据权利要求1所述的变倍补偿装置，其特征在于：所述补偿外框连接有轴线与导向光轴的轴线平行的补偿丝杠，补偿丝杠连接有补偿驱动电机，补偿驱动电机的输出轴与补偿丝杠一体设置。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的变倍补偿装置，其特征在于：所述基座设有用于对变倍透镜组件进行限位的变倍限位块。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的变倍补偿装置，其特征在于：所述基座设有用于对补偿透镜组件进行限位的补偿限位块。

7.一种用于加工上述权利要求1所述的连续变焦热像仪的变倍补偿装置的加工工艺，其特征在于：该工艺需要用到主芯轴、工装芯轴和光轴，步骤如下：1）将主芯轴依次穿过基座上的前固定透镜安装孔、变倍镜安装孔、补偿镜安装孔和后固定透镜安装孔，对基座、变倍外框和补偿外框的前后相对位置进行定位；2）将工装芯轴依次穿过基座上的导向光轴安装孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔，保证对应的基座上的导向光轴孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔同轴，所述导向光轴安装孔和导向光轴孔为上述权利要求1中供导向光轴穿入的孔；3）对其中一组基座上的导向光轴安装孔、变倍外框上的导向光轴孔和补偿外框上的导向光轴孔进行精加工，得到精孔，在精孔内穿装光轴；4）抽出一根工装芯轴，并对该组孔进行精加工，得到精孔，在精孔内穿装光轴；5）抽出另一根工装芯轴，并对该组孔进行精加工，得到精孔。

8.根据权利要求7所述的加工工艺，其特征在于：变倍外框和补偿外框对应设有三组导向光轴孔，工装芯轴有两根。

9.根据权利要求7所述的加工工艺，其特征在于：所述光轴有两根，且外径分别与其配合的精孔配做，保证精确定位。