CN106773104A - 一种长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置及方法。所述补充装置包括反射式红外平行光管(101)、反射镜(102)、黑体(103)、靶标(104)、长波红外连续变焦镜头(105)、调整装置(106)、探测器(107)、控制电路(108)和显示器(109)，其中，所述长波红外连续变焦镜头(105)、调整装置(106)和非制冷红外探测器(107)组成一个相对独立的子系统。本发明解决了红外连续变焦镜头变焦过程出现离焦现象的问题，提高了高精度连续变焦镜头的装调效率，降低了装调成本，避免装校过程重复装拆带来的镜片损伤的风险。
Description
技术领域
本发明属于红外连续变焦补偿技术领域，尤其涉及一种长波红外连续变焦在线式快速补偿装置及方法。
背景技术
红外连续变焦镜头是一种能够在一定焦距范围内随意改变焦距，且能够在整个变焦过程中保持所成图像高质清晰且动作连贯的光学仪器。
红外连续变焦镜头根据其全天候观测特性将被越来越多的应用于军事打击、安防监控、刑侦缉私、森林防火、医疗诊断、野生动物科研等领域。
现行的红外连续变焦镜头通常采用5片式光学结构，包括前固定透镜、变焦透镜、补偿透镜、后固定透镜和调焦透镜，采用调整调焦透镜与探测器像面位置之间的距离来修正环境温度变化等因素导致焦面漂移的现象。普遍存在的共性缺陷为长焦或短焦位置聚焦清晰后，变倍过程会出现程度不一的离焦现象，需在变倍过程结束后启用自动聚焦功能修正像面漂移问题，现行市面上红外连续变焦镜头的自动聚焦过程耗时通常较长。
现阶段红外连续变焦镜头装调均通过一系列复杂的测量、修切、配研，以消除光学透镜和结构零件在加工过程中留下的误差，最终修正红外光学系统像面离焦的问题，使得红外镜头在整个变焦过程中画面清晰连贯，不丢失观察目标。
现有技术存在的不足：整个装配过程中需反复进行测量、修切、装校等工作，要求装配人员预估要调整的零件部位及调整量，且必须完成所有装配工步后才能检测图像是否清晰，无法实现在线式检测装调；红外透镜本身价值较高，重复装拆镜头有可能对光学透镜造成损伤，存在一定风险。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置及方法，本发明解决了红外连续变焦镜头变焦过程出现离焦现象的问题，提高了高精度连续变焦镜头的装调效率，降低了装调成本，避免装校过程重复装拆带来的镜片损伤的风险。
本发明的技术方案如下：一种长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述装调装置包括组成一个相对独立系统的红外连续变焦镜头105，与红外连续变焦镜头105连接的调整装置106以及与调整装置106连接的探测器107；
所述调整装置106包括调整手轮208、调整锁紧圈209、调整弹性机构210、位移调整机构和调整内筒212，其中，
调整锁紧圈209用以固定已调整好的调整内筒212；
调整弹性机构210位于调整内筒212前端用以消除反向间隙；
调整手轮208通过位移调整机构来控制调整内筒212移动；调整内筒212与探测器107相连，从而实现驱动探测器107沿光轴方向前/后移动。
所述调整装置106采用凸轮槽调节、螺纹调节或的形式驱动探测器107沿光轴方向前/后移动；
进一步地，所述位移调整机构为调整导钉(211)，调整导钉(211)连接调整内筒(212)和调整手轮(208)；调整手轮(208)、调整导钉(211)和调整内筒(212)构成凸轮槽形式，通过控制调整手轮(208)来控制调整内筒(212)，从而实现驱动探测器(107)沿光轴方向前/后移动。
进一步地，所述位移调整机构为螺纹,所述调整内筒212上有螺纹，与调整手轮208上的螺纹配合实现驱动探测器107沿光轴方向前/后移动。
进一步地，所述位移调整机构为螺旋槽,所述调整内筒212上的螺旋槽，与调整手轮208上的螺旋槽配合实现驱动探测器107沿光轴方向前/后移动。
所述调整弹性机构10可以包括Z型圈或弹簧圈。
所述红外连续变焦镜头105包括前固定透镜201、变焦透镜202、补偿透镜203、后固定透镜204、调焦透镜205、变焦电机206和调焦电机207；所述调整装置106连接于红外连续变焦镜头105末端。
所述补偿装调装置还包括反射式红外平行光管101、反射镜102、黑体103、靶标104、控制电路108和显示器109，其中，所述长波红外连续变焦镜头105位于反射式红外平行光管101后方，调整装置106连接在长波红外连续变焦镜头105后方，探测器107连接在调整装置106的后方，反射镜102位于红外镜头105右前方，靶标104位于红外镜头左前方，黑体103位于靶标104后方，控制电路108用于驱动变焦/调焦动作以及读取并记录各个焦距的位置信息，显示器109用于观察红外镜头和探测器实时输出的图像。
所述控制电路分别与变焦电机206、调焦电机207连接。
本发明还提供一种长波红外连续变焦在线式快速补偿的装调方法，所述装调方法包括以下步骤：
步骤(1)将初步装调完成的连续变焦镜头置于装调平台中，对齐光路后通过反射式平行光管101观察反射镜102中黑体103透过靶标104形成的图像，利用控制电路108驱动变焦电机带动变焦透镜将镜头调节至长焦极限位置，再驱动调焦电机带动调焦透镜使靶标图像清晰呈现在显示器109上，通过控制电路108读出并记录该位置的信息与调焦量L1，驱动变焦电机带动变焦透镜将镜头调节至短焦极限位置，再次驱动调焦电机带动调焦透镜完成聚焦，读取该位置信息与调焦量L2，求解|L1-L2|得到离焦量，将离焦量代入ZEMAX或者CODEⅤ光学软件计算得出需要补偿焦面漂移量的数值；
步骤(2)转动所述子系统的调整手轮208，驱动非制冷探测器107沿光轴方向前或后移动至对应步骤(1)所述补偿焦面漂移量的位置，制紧调整锁紧圈209以保证像面位置不再发生位移，调整弹性机构210提供预紧力以消除反向间隙；
步骤(3)再次进行变焦，观察整个变焦过程靶标清晰程度，若仍存在模糊现象，则松开调整锁紧圈209，重复微调像面位置直至变焦过程全程清晰为止。
本发明的原理如下：由于零件加工带来的误差无法避免，加之非制冷探测器焦平面封装位置公差较大(约为±0.2mm)，系统累计误差难以得到控制。本发明将非制冷长波红外连续变焦镜头、调整装置以及红外探测器构成相对独立的子系统，而且调整装置106能够带动探测器107沿着光轴向前/后运动，为在线补充提供硬件基础，本发明根据测试得出的短焦位置与长焦位置之间的离焦量，利用软件计算出焦面位置补偿理论值，通过调节调整装置106驱动非制冷红外探测器沿光轴方向前后移动，到达理论位置后在装调平台上再次进行变焦步骤，观察靶标图像在变焦过程中是否保持全程清晰，若需要可实时对调整装置106进行微调，确保光学系统焦面能够正确落在红外探测器成像面上，得以实现在线式红外连续变焦镜头的快速装校，具有高效、低风险的特点，解决了红外连续变焦镜头变焦过程出现离焦现象的问题，提高了高精度连续变焦镜头的装调效率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明解决了红外连续变焦镜头变焦过程出现离焦现象的问题，提高了高精度连续变焦镜头的装调效率，降低了装调成本，避免装校过程重复装拆带来的镜片损伤的风险，尤其适用于于大变倍比、大相对孔径、高精度非制冷长波红外连续变焦镜头的装调。
附图说明
图1为非制冷红外连续变焦镜头装调测试平台组成示意图；
图2为连续变焦镜头子系统构成示意图；
图3为镜头、调整装置和探测器连接关系图；
图4为焦面漂移示意图；虚线是漂移位置实线是实际位置；
图5为焦面漂移示意图；虚线是漂移位置实线是实际位置；
图中标记：101-反射式红外平行光管，102-反射镜，103-黑体，104-靶标，105-红外连续变焦镜头，106-调整装置，107-探测器，108-控制电路，109-显示器，21-位移调整机构，201-前固定透镜，202-变焦透镜，203-补偿透镜，204-后固定透镜，205-调焦透镜，206-变焦电机，207-调焦电机，208-调整手轮，209-调整锁紧圈，210-调整弹性机构，211-调整导钉，212-调整内筒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但不局限于以下技术方案。
实施例1
如图1所示，所述补充装置包括反射式红外平行光管101、反射镜102、黑体103、靶标104，长波红外连续变焦镜头105、调整装置106、探测器107、控制电路108和显示器109，其中，所述长波红外连续变焦镜头105位于反射式红外平行光管101后方，调整装置106连接在长波红外连续变焦镜头105后方，探测器107连接在调整装置106的后方，反射镜102位于红外镜头105右前方，靶标104位于红外镜头左前方，黑体103位于靶标104后方，控制电路108用于驱动变焦/调焦动作以及读取并记录各个焦距的位置信息，显示器109用于观察红外镜头和探测器实时输出的图像；所述长波红外连续变焦镜头105、调整装置106和非制冷红外探测器107组成一个相对独立的子系统。
调整装置106采用但不仅局限于凸轮槽的形式(如螺纹、螺旋槽等)驱动探测器沿光轴方向前/后移动，用于修正系统误差带来的焦面位置漂移量。
长波红外连续变焦镜头105包括前固定透镜201、变焦透镜202、补偿透镜203、后固定透镜204、调焦透镜205、变焦电机206和调焦电机207；所述控制电路108分别与变焦电机206、调焦电机207连接。
红外连续变焦镜头105末端设有轴向直槽，调整装置106中调整内筒212设有凸轮槽，通过调整导钉连接调整装置106和红外连续变焦镜头105。
见图2，本实施例中调整装置106包括调整手轮208、调整锁紧圈209、调整弹性机构210、位移调整机构和调整内筒212，其中，
调整锁紧圈209用以固定已调整好的调整内筒212；
调整弹性机构210位于调整内筒212前端用以消除反向间隙；所述调整弹性机构10包括Z型圈或弹簧圈。
本实施例中位移调整机构为调整导钉211，调整导钉211连接调整内筒212和调整手轮208；利用凸轮槽形式，通过控制手轮来控制调整内筒212实现驱动探测器107沿光轴方向前/后移动。
实施例2
见图3，位移调整机构21为螺纹，调整内筒212上有螺纹，与调整手轮208上的螺纹配合实现驱动探测器107沿光轴方向前/后移动。
红外连续变焦镜头105末端设有径向槽，调整手轮208上有螺孔，通过螺钉与红外连续变焦镜头105连接，螺钉末端位于径向槽中，调整手轮208移动时螺钉在径向槽中移动。
实施例3
见图3，所述位移调整机构21为螺旋槽,所述调整内筒212上的螺旋槽，与调整手轮208上的螺旋槽配合实现驱动探测器107沿光轴方向前/后移动。
红外连续变焦镜头105末端设有径向槽，调整手轮208上有螺孔，通过螺钉与红外连续变焦镜头105连接，螺钉末端位于径向槽中，调整手轮208移动时螺钉在径向槽中移动。
实施例4
本发明一种长波红外连续变焦在线式快速补偿的装调方法，所述装调方法包括以下步骤：
步骤(1)将初步装调完成的连续变焦镜头置于装调平台中，对齐光路后通过反射式平行光管101观察反射镜102中黑体103透过靶标104形成的图像，利用控制电路108驱动变焦电机带动变焦透镜将镜头调节至长焦极限位置，再驱动调焦电机带动调焦透镜使靶标图像清晰呈现在显示器109上，通过控制电路108读出并记录该位置的信息与调焦量L1，驱动变焦电机带动变焦透镜将镜头调节至短焦极限位置，再次驱动调焦电机带动调焦透镜完成聚焦，读取该位置信息与调焦量L2，见图4和图5，求解|L1-L2|得到离焦量，将离焦量代入ZEMAX或者CODEⅤ光学软件计算得出需要补偿焦面漂移量的数值；
步骤(2)转动所述子系统的调整手轮208，带动非制冷探测器107沿光轴方向前或后移动至对应步骤(1)所述补偿焦面漂移量的位置，制紧调整锁紧圈209以保证像面位置不再发生位移，调整弹性机构210提供预紧力以消除反向间隙；
步骤(3)再次进行变焦，观察整个变焦过程靶标清晰程度，若仍存在模糊现象，则松开调整锁紧圈209，重复微调像面位置直至变焦过程全程清晰为止。
Claims (9)
1.一种长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述装调装置包括组成一个相对独立系统的红外连续变焦镜头(105)，与红外连续变焦镜头(105)连接的调整装置(106)以及与调整装置(106)连接的探测器(107)；
所述调整装置(106)包括调整手轮(208)、调整锁紧圈(209)、调整弹性机构(210)、位移调整机构和调整内筒(212)，其中，
调整锁紧圈(209)用以固定已调整好位置的调整内筒(212)；
调整弹性机构(210)位于调整内筒(212)前端用以消除反向间隙；
调整手轮(208)通过位移调整机构来控制调整内筒(212)移动；调整内筒(212)与探测器(107)相连，从而实现驱动探测器(107)沿光轴方向前/后移动。
2.如权利要求1所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述位移调整机构为调整导钉(211)，调整导钉(211)连接调整内筒(212)和调整手轮(208)；调整手轮(208)、调整导钉(211)和调整内筒(212)构成凸轮槽形式，通过控制调整手轮(208)来控制调整内筒(212)，从而实现驱动探测器(107)沿光轴方向前/后移动。
3.如权利要求1所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述位移调整机构为螺纹,所述调整内筒(212)上有螺纹，与调整手轮(208)上的螺纹配合实现驱动探测器(107)沿光轴方向前/后移动。
4.如权利要求1所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述位移调整机构为螺旋槽，所述调整内筒(212)上的螺旋槽，与调整手轮(208)上的螺旋槽配合实现驱动探测器(107)沿光轴方向前/后移动。
5.如权利要求1所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述调整弹性机构(10)包括Z型圈或弹簧圈。
6.如权利要求1～5所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述红外连续变焦镜头(105)包括前固定透镜(201)、变焦透镜(202)、补偿透镜(203)、后固定透镜(204)、调焦透镜(205)、变焦电机(206)和调焦电机(207)；所述调整装置(106)连接于红外连续变焦镜头(105)末端。
7.如权利要求6所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述补偿装调装置还包括反射式红外平行光管(101)、反射镜(102)、黑体(103)、靶标(104)、控制电路(108)和显示器(109)，其中，所述长波红外连续变焦镜头(105)位于反射式红外平行光管(101)后方，调整装置(106)连接在长波红外连续变焦镜头(105)后方，探测器(107)连接在调整装置(106)的后方，反射镜(102)位于红外镜头(105)右前方，靶标(104)位于红外镜头左前方，黑体(103)位于靶标(104)后方，控制电路(108)用于驱动变焦/调焦动作以及读取并记录各个焦距的位置信息，显示器(109)用于观察红外镜头和探测器实时输出的图像。
8.如权利要求7所述的长波红外连续变焦在线式快速补偿装调装置，其特征在于，所述控制电路分别与变焦电机(206)、调焦电机(207)连接。
9.一种长波红外连续变焦在线式快速补偿的装调方法，其特征在于，所述装调方法包括以下步骤：
步骤(1)将初步装调完成的连续变焦镜头置于装调平台中，对齐光路后通过反射式平行光管(101)观察反射镜(102)中黑体(103)透过靶标(104)形成的图像，利用控制电路(108)驱动变焦电机带动变焦透镜将镜头调节至长焦极限位置，再驱动调焦电机带动调焦透镜使靶标图像清晰呈现在显示器(109)上，通过控制电路(108)读出并记录该位置的信息与调焦量L1，驱动变焦电机带动变焦透镜将镜头调节至短焦极限位置，再次驱动调焦电机带动调焦透镜完成聚焦，读取该位置信息与调焦量L2，求解|L1-L2|得到离焦量，将离焦量代入ZEMAX或者CODEⅤ光学软件计算得出需要补偿焦面漂移量的数值；
步骤(2)转动所述子系统的调整手轮(208)，驱动非制冷探测器(107)沿光轴方向前或后移动至对应步骤(1)所述补偿焦面漂移量的位置，制紧调整锁紧圈(209)以保证像面位置不再发生位移，调整弹性机构(210)提供预紧力以消除反向间隙；
步骤(3)再次进行变焦，观察整个变焦过程靶标清晰程度，若仍存在模糊现象，则松开调整锁紧圈(209)，重复微调像面位置直至变焦过程全程清晰为止。
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| CN106773104B (zh) | 2019-05-24 |
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