CN109471235A - 一种视场切换与调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学吊舱图像采集控制技术领域，具体涉及一种视场切换与调焦装置。该装置主要包括本体、电机和减速器组件、带有磁铁的V型导向座、旋变切换组件、摄像物镜组件和回转力封闭组件。该装置用一个直流电机分别完成高精度的视场切换和在宽窄视场下的高精度调焦功能，装置结构紧凑、体积小、可靠性高，较小的光机部件可减小吊舱直径和长度，减轻吊舱重量，提高吊舱的瞄准精度和飞机的飞行性能。

Description

一种视场切换与调焦装置

技术领域

本发明属于光学吊舱图像采集控制技术领域，具体涉及一种视场切换与调焦装置。

背景技术

激光照射吊舱是激光制导炸弹武器系统的重要组成部分，是高精度的光电跟踪外挂系统，与机载武器配合使用，担负着对桥梁、码头、装甲兵器、机场、通讯指挥中心、交通枢纽和工业设施等目标进行搜索、发现、识别、跟踪和激光指示，引导机载武器实现精确打击。

光学稳定平台是激光照射吊舱的重要部件，其中光学、稳定平台组合体涉及激光准直、电视摄像、多光谱分离、照度调节、视场切换与调焦、像旋消除、系统自检自校和瞄准线稳定等技术。其中，视场切换与调焦装置是能够提供瞄准系统中低放大倍率大视场图像模式以完成系统对大的景物区域进行观察和搜索疑似目标，同时提供高放大倍率小视场图像模式对目标进行仔细识别、跟踪和瞄准，并且通过调焦机构调节物镜与目标的距离，以获得清晰的目标图像。

由于激光照射吊舱是高精度的光电跟踪外挂系统，为了不影响飞机的飞行性能，必须严格控制机载吊舱直径。因此，吊舱光学系统应当采用串联共光路技术方案。如果采用独立的宽视场光学组件加CCD组件和窄视场光学组件加CCD组件来进行视场切换，机构复杂，体积大，成本高，在机动飞行或振动时视场切换光路同轴精度难以保证，不适合吊舱光学系统采用串联共光路技术方案。

传统的视场切换装置通过电机旋转将某透镜组插入光路或移出光路来实现宽窄视场的切换，在机动飞行或振动时，视场切换光路同轴精度难以保证，影响瞄准精度。此外，在光学系统中还要设计专用电机来控制调焦机构，多出一套电机控制机构，由电机带动丝杠转动，而丝杠又带动镜框由轴向平行移动，丝杠和螺纹之间有间隙，导致导向精度低，特别在有振动和冲击的环境条件下，传统调焦机构很难满足吊舱高精度光学同轴度技术要求。采用传统的视场切换组件和调焦组件，造成激光照射吊舱光学系统中光机部件机构复杂，可靠性差，并且体积加大，成本增加，同时造成吊舱直径、长度和重量均有所增加，影响飞机的飞行性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种视场切换与调焦装置，以解决如何提高图像采集的光路稳定性和减小体积的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种视场切换与调焦装置，该装置包括本体、电机和减速器组件、带有磁铁的V型导向座、旋变切换组件、摄像物镜组件和回转力封闭组件；其中，

本体作为支撑框架，用于安装固定其他部件；

电机和减速器组件，安装在本体的上部，用于控制摄像物镜组件和旋变切换组件中旋转变压器的旋转，以及摄像物镜组件在带有磁铁的V型导向座上的前后移动，实现视场切换与调焦；

带有磁铁的V型导向座，安装在本体的下部，用于通过磁铁将摄像物镜组件吸附在V型导向座上，使得摄像物镜组件在磁铁的吸附作用下能够沿V型导向座前后移动；

旋变切换组件，安装在本体的一侧，通过其中作为位置传感器的旋转变压器对摄像物镜组件的旋转和移动位置进行实时检测；

摄像物镜组件，安装在本体的中部，包括小视场物镜和大视场物镜；摄像物镜组件的旋转轴的一端安装有切换盘，切换盘与滚轮连接，滚轮安装在法兰上，法兰安装在本体的另一侧；摄像物镜组件的旋转轴的另一端与旋变切换组件的旋转轴相连，由旋变切换组件中的旋转变压器对摄像物镜组件的旋转和移动位置进行检测；摄像物镜组件在电机和减速器组件的驱动下转动，从而在光轴方向进行180°旋转，依次将摄像物镜组件中的一个物镜置于V型导向座上，由旋变切换组件实时检测和控制摄像物镜组件的位置，以实现视场切换与调焦装置的精确控制和检测；

回转力封闭组件，安装在摄像物镜组件的侧部，在摄像物镜组件调焦时，回转力封闭组件根据吊舱控制指令，限制摄像物镜组件无法沿光轴方向进行旋转运动，使置于V型导向座上的摄像物镜组件只能通过沿光轴方向的前后移动来调节与目标的距离，从而实现对图像的调焦，以获得清晰的目标图像。

进一步地，电机和减速器组件中的直流电机与电机减速机构连接，电机减速机构与齿轮连接，直流电机通过电机减速机构带动齿轮的转动，控制摄像物镜组件和旋变切换组件中旋转变压器的旋转，以及摄像物镜组件在带有磁铁的V型导向座上的前后移动。

进一步地，摄像物镜组件在带有磁铁的V型导向座上的全部移动范围内的偏移角度不大于10″。

进一步地，通过调整安装在摄像物镜组件与切换盘之间的垫片，调整摄像物镜组件与带磁铁的V型导向座的左右位置；通过调整安装在本体和带磁铁的V型导向座之间的垫片，调整摄像物镜组件与带磁铁的V型导向座的上下位置。

(三)有益效果

本发明提出的视场切换与调焦装置，主要包括本体、电机和减速器组件、带有磁铁的V型导向座、旋变切换组件、摄像物镜组件和回转力封闭组件。该装置用一个直流电机分别完成高精度的视场切换和在宽窄视场下的高精度调焦功能，装置结构紧凑、体积小、可靠性高，较小的光机部件可减小吊舱直径和长度，减轻吊舱重量，提高吊舱的瞄准精度和飞机的飞行性能。

附图说明

图1为本发明实施例视场切换与调焦装置三维结构示意图；

图2为本发明实施例视场切换与调焦装置主要部件分解示意图；

图3为本发明实施例视场切换与调焦装置剖视图；

图4为本发明实施例视场切换与调焦装置使用状态示意图；

图5为本发明实施例视场切换与调焦装置大视场状态示意图；

图6为本发明实施例视场切换与调焦装置小视场状态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本实施例提出一种视场切换与调焦装置，其具体结构如图1～3所示。该视场切换与调焦装置主要包括本体1、电机和减速器组件2、带有磁铁的V型导向座3、旋变切换组件4、摄像物镜组件5和回转力封闭组件6。

本体1作为其他部件的支撑框架，用于安装固定其他部件。

电机和减速器组件2通过六个M3螺钉7安装在本体1的上部，电机和减速器组件2中的直流电机与电机减速机构连接，电机减速机构与齿轮8连接，直流电机通过电机减速机构带动齿轮8的转动，控制摄像物镜组件5和旋变切换组件4中旋转变压器的旋转，以及摄像物镜组件5在带有磁铁的V型导向座3上的前后移动，实现视场切换与调焦。电机和减速器组件2能够确保摄像物镜组件5在导向座3上的全部移动范围内的偏移角度不大于10″。

带有磁铁的V型导向座3通过六个M2.5螺钉9安装在本体1的下部，用于通过磁铁将摄像物镜组件5吸附在V型导向座上，使得摄像物镜组件5在磁铁的吸附作用下能够沿V型导向座前后移动。通过调整安装在摄像物镜组件5与切换盘16之间的第一垫片10，调整摄像物镜组件5与带磁铁的V型导向座3的左右位置；通过调整安装在本体1和带磁铁的V型导向座3之间的第二垫片11和第三垫片12，调整摄像物镜组件5与带磁铁的V型导向座3的上下位置。通过调整第一垫片10、第二垫片11和第三垫片12，能够确保摄像物镜组件5与带磁铁的V型导向座3完全接触定位，并且确保摄像物镜组件5在宽窄视场切换和调焦时光轴的准直，能够使V型导向座3的导向轴与电视摄像机组件13的扫描光栅同轴，确保处于工作状态的摄像物镜的光轴位于外部电视摄像机组件13的扫描光栅的中心位置，如图4所示。本实施例通过磁铁将摄像物镜组件4吸附在V型导向座3上，即使在飞机机动飞行时，也能够确保光学接收通道在视场切换时满足光轴同轴度的技术要求，提高连续视场切换的精度。

旋变切换组件4通过螺钉和第一垫圈22安装在本体1的一侧，通过其中作为位置传感器的旋转变压器对摄像物镜组件5的旋转和移动位置进行实时检测。

摄像物镜组件5安装在本体1的中部，包括第一摄像物镜14(小视场物镜)和第二摄像物镜15(大视场物镜)。摄像物镜组件5的旋转轴的一端安装有切换盘16，切换盘16与滚轮17连接，滚轮17通过滚轮轴18和滚轮垫圈19安装在法兰20上，法兰20通过螺钉和第二垫圈21安装在本体1的另一侧。摄像物镜组件5的旋转轴的另一端与旋变切换组件4的旋转轴相连，由旋变切换组件4中的旋转变压器对摄像物镜组件5的旋转和移动位置进行检测。根据吊舱控制指令进行视场切换和调焦时，摄像物镜组件5在电机和减速器组件1的驱动下转动，从而在光轴方向进行180°旋转，依次将摄像物镜组件5中的一个摄像物镜置于V型导向座3上，由旋变切换组件4实时检测和控制摄像物镜组件5的位置，以实现视场切换与调焦装置的精确控制和检测，如图5和6所示。

回转力封闭组件6通过螺钉安装在摄像物镜组件5的侧部，在摄像物镜组件5调焦时，回转力封闭组件6根据吊舱控制指令，限制摄像物镜组件5无法沿光轴方向进行旋转运动，使置于V型导向座3上的摄像物镜组件5只能通过沿光轴方向的前后移动来调节与目标的距离，从而实现对电视图像的调焦，以获得清晰的目标图像。

本实施例的视场切换与调焦装置已经应用在某型激光吊舱，并且通过了环境坚定试验、可靠性试验、挂飞试验和投弹试验，完全满足系统的要求，已实现了批量生产并装备部队。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种视场切换与调焦装置，其特征在于，所述装置包括本体、电机和减速器组件、带有磁铁的V型导向座、旋变切换组件、摄像物镜组件和回转力封闭组件；其中，

所述本体作为支撑框架，用于安装固定其他部件；

所述电机和减速器组件，安装在所述本体的上部，用于控制所述摄像物镜组件和旋变切换组件中旋转变压器的旋转，以及所述摄像物镜组件在所述带有磁铁的V型导向座上的前后移动，实现视场切换与调焦；

所述带有磁铁的V型导向座，安装在所述本体的下部，用于通过磁铁将所述摄像物镜组件吸附在V型导向座上，使得所述摄像物镜组件在磁铁的吸附作用下能够沿V型导向座前后移动；

所述旋变切换组件，安装在所述本体的一侧，通过其中作为位置传感器的旋转变压器对所述摄像物镜组件的旋转和移动位置进行实时检测；

所述摄像物镜组件，安装在所述本体的中部，包括小视场物镜和大视场物镜；所述摄像物镜组件的旋转轴的一端安装有切换盘，所述切换盘与滚轮连接，所述滚轮安装在法兰上，所述法兰安装在所述本体的另一侧；所述摄像物镜组件的旋转轴的另一端与所述旋变切换组件的旋转轴相连，由所述旋变切换组件中的旋转变压器对所述摄像物镜组件的旋转和移动位置进行检测；所述摄像物镜组件在所述电机和减速器组件的驱动下转动，从而在光轴方向进行180°旋转，依次将所述摄像物镜组件中的一个物镜置于所述V型导向座上，由所述旋变切换组件实时检测和控制所述摄像物镜组件的位置，以实现视场切换与调焦装置的精确控制和检测；

所述回转力封闭组件，安装在所述摄像物镜组件的侧部，在所述摄像物镜组件调焦时，所述回转力封闭组件根据吊舱控制指令，限制所述摄像物镜组件无法沿光轴方向进行旋转运动，使置于所述V型导向座上的所述摄像物镜组件只能通过沿光轴方向的前后移动来调节与目标的距离，从而实现对图像的调焦，以获得清晰的目标图像。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机和减速器组件中的直流电机与电机减速机构连接，所述电机减速机构与齿轮连接，所述直流电机通过所述电机减速机构带动所述齿轮的转动，控制所述摄像物镜组件和旋变切换组件中旋转变压器的旋转，以及所述摄像物镜组件在所述带有磁铁的V型导向座上的前后移动。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像物镜组件在所述带有磁铁的V型导向座上的全部移动范围内的偏移角度不大于10″。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过调整安装在所述摄像物镜组件与切换盘之间的垫片，调整所述摄像物镜组件与带磁铁的V型导向座的左右位置；通过调整安装在所述本体和带磁铁的V型导向座之间的垫片，调整所述摄像物镜组件与带磁铁的V型导向座的上下位置。