CN110595623B - 一种制冷型红外热像仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制冷型红外热像仪，包括主框架，连续变焦红外镜头、制冷探测器组件、电路板组、盖板和导电衬垫；连续变焦红外镜头和制冷探测器组件均直接固定在主框架上，可实现连续变焦热像仪光轴的高稳定性；变焦机构上还设置有变焦电位器组，可保存在任意焦距下变倍组和补偿组的位置；调焦机构上还设置有调焦电位器组和温度传感器，通过温度传感器将‑40～60℃各个温度点成像清晰的调焦位置记录在电路板组中，实现‑40～60℃各个温度点在各个焦距均可清晰成像，在严苛的振动条件下同样可以保持光轴一致及齐焦。本发明设计的连续变焦红外热像仪克服凸轮机构易卡滞、光轴一致性差、齐焦性差、控制精度低等缺点，具有结构紧凑、可靠性高等优点。

Description

一种制冷型红外热像仪
技术领域
本发明属于精密红外仪器技术领域，具体涉及一种基于框架一体化设计的制冷型红外热像仪。
背景技术
连续变焦红外热像仪克服了单视场热像仪不能兼顾远近目标的观察以及多视场热像仪在变焦过程中丢帧、失去观察目标等问题。在变焦过程中，目标始终清晰成像，是跟踪观察最好的选择。
连续变焦红外热像仪的变焦机构一般为凸轮机构或滚珠丝杠机构。凸轮机构存在易卡滞、光轴一致性较差、齐焦性较差、控制精度低等缺点，滚珠丝杠机构存在结构形式复杂，重量大等缺点。目前也存在一些小型滚珠丝杠加导向杆设计，但存在高频振动时图像虚化现象。
目前由于制冷型红外热像仪探测器体积较大，设计时镜头组与探测器组分别固定在底板上，距离较大，需花费很大代价加强底板的强度来达到光轴一致性和齐焦性的效果，但在环境试验中均表现不佳。
发明内容
本发明设计旨在克服以上缺点，提供一种基于框架一体化设计高精度凸轮传动机构的制冷型红外热像仪。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种制冷型红外热像仪，包括主框架，固定在主框架内的连续变焦红外镜头、制冷探测器组件、电路板组、放置在主框架上的盖板及盖板下方的导电衬垫；所述的连续变焦红外镜头包括设置在主镜筒上的主物镜组和依次放置在主镜筒内的变倍组、补偿组和调焦组，所述的主物镜组后方设置有镜头后组，所述的变倍组及补偿组、调焦组上分别连接有变焦机构和调焦机构；所述的变焦机构包括变焦电机组以及对称安装在变倍组和补偿组上的导向滑套，所述的导向滑套放置在变焦补偿凸轮的凸轮槽内，变焦电机组通过齿轮传动带动变焦补偿凸轮可使变倍组和补偿组实现前后移动，从而实现连续变焦功能；通过选择合适外径的导向滑套实现导向滑套与凸轮槽间隙小于光学设计公差，可保证长短焦切换时或环境试验时的齐焦性；所述的调焦机构包括调焦电机组以及对称安装在调焦组上的导向滑套，所述的导向滑套放置在调焦凸轮的凸轮槽内，调焦电机组通过齿轮传动带动调焦凸轮可使调焦组实现前后移动，从而实现调焦功能，同时也可保证在环境试验时的齐焦性和光轴一致性；所述的变焦机构上还设置有变焦电位器组，通过变焦电位器组可保存在任意焦距下变倍组和补偿组的位置，也可实现变焦过程中的无级变速，精确控制变焦时间和变焦位置精度；调焦机构上还设置有调焦电位器组和温度传感器，调焦电位器组通过温度传感器将-40～60℃各个温度点成像清晰的调焦位置记录在电路板组中，实现-40～60℃各个温度点在各个焦距均可清晰成像，所述的变焦电位器组、调焦电位器组和温度传感器分别与电路板组连接。
所述的一种制冷型红外热像仪，其变焦补偿凸轮包括两条对称的变倍凸轮槽和两条对称的补偿凸轮槽，变倍凸轮槽和补偿凸轮槽呈非正交状，实现了四槽分布，保证了连续变焦热像仪光轴一致性及齐焦性。
所述的一种制冷型红外热像仪，其主镜筒内壁圆柱度小于0.02mm，变倍组、补偿组和调焦组外圆圆柱度小于0.01mm，其配合间隙控制在0.01～0.02mm，在环境试验时，变倍组、补偿组和调焦组径向位移均小于光学设计公差，可保证其光轴一致性。
所述的一种制冷型红外热像仪，其制冷探测器组件通过一个修切板安装在主框架上，通过调整修磨修切板可使探测器安装于合适成像位置。
所述的一种制冷型红外热像仪，其镜头后组为第一反射镜和第二反射镜，以及第一透镜、第二透镜和第三透镜构成的双折反形式，将光路折反以缩短热像仪长度功能，通过法兰与主物镜组相连。
所述的一种制冷型红外热像仪，其变焦补偿凸轮和调焦凸轮之间设置有修切环，通过选择合适的修切环的厚度，可减少变焦补偿凸轮和调焦凸轮之间的轴向间隙，保证其光轴的一致性和稳定性。
本发明显著技术效果主要有：
变焦电机组通过齿轮机构带动变焦补偿凸轮转动，变焦补偿凸轮的凸轮槽内的导向滑套在凸轮槽的驱动下带动变焦组和补偿组沿直线运动，实现变焦功能；调焦电机组通过齿轮机构带动调焦凸轮可使调焦组实现前后移动，从而实现调焦功能。
为避免由于环境试验造成的变焦组、补偿组和调焦组前后微动而引起的不齐焦，通过选择合适外径的导向滑套与变焦补偿凸轮的凸轮槽及调焦凸轮的凸轮槽适配，可减少导向滑套与两凸轮槽之间的轴向间隙；通过控制变倍组、补偿组、调焦组外径及主镜筒外径公差，减少各运动组件的径向间隙，使凸轮式连续变焦热像仪实现光轴一致性及齐焦性，且图像在振动条件下稳定，在-40～60℃范围内各个焦距点均成像清晰，大大提高了红外热像仪的应用范围。
通过变焦电位器组可保存在任意焦距下变倍组和补偿组的位置，也可实现变焦过程中的无级变速，精确控制变焦时间和变焦位置精度。
本发明在主框架与盖板之间安装有导电衬垫，可实现一定程度的电磁屏蔽功能。
附图说明
图1为本发明的隐藏上盖后的结构示意图；
图2为图1中A—A方向的剖面示意图；
图3为图2中B—B方向的剖面示意图；
图4为本发明变焦补偿凸轮的结构示意图。
各附图标记为：1—主框架，2—连续变焦红外镜头，2.1—主物镜组，2.1.1—主镜筒，2.1.2—变焦补偿凸轮，2.1.2.1—变倍凸轮槽，2.1.2.2—补偿凸轮槽，2.1.3—调焦凸轮，2.2—变倍组，2.3—补偿组，2.4—调焦组，2.5—镜头后组，2.5.1—第一反射镜，2.5.2—第二反射镜，2.5.3—第一透镜，2.5.4—第二透镜，2.5.5—第三透镜，2.6—变焦电机组，2.7—调焦电机组，2.8—变焦电位器组，2.9—调焦电位器组，2.10—导向滑套，2.11—温度传感器，2.12—修切环，3—制冷探测器组件，3.1—修切板，4—电路板组，5—盖板，6—导电衬垫，7—辅助支撑支架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
参照图1、图2所示，本发明公开的一种基于框架一体化设计的制冷型红外热像仪，包括主框架1，连续变焦红外镜头2，制冷探测器组件3，电路板组4、盖板5以及导电衬垫6；连续变焦红外镜头2通过法兰固定在主框架1上，制冷探测器组件3通过探测器修切板3.1固定在主框架1上。连续变焦红外镜头2及制冷探测器组件3均直接固定在主框架1上，在各种严苛的环境试验条件下，只需加强主框架1中小部分结构强度即可有效提高热像仪整体强度，保证连续变焦过程中的光轴一致性及齐焦性。
所述的连续变焦红外镜头2由主物镜组2.1、变倍组2.2、补偿组2.3、调焦组2.4、镜头后组2.5、变焦机构、调焦机构组成，其中变倍组2.2、补偿组2.3、调焦组2.4放置在主镜筒2.1.1中，参照图3所示，镜头后组2.5为双折反形式，包括两个反射镜（夹角呈90°的第一反射镜2.5.1和第二反射镜2.5.2）及三片透镜（平行设置在两个反射镜之间且呈45°夹角的第一透镜2.5.3、第二透镜2.5.4和与第二反射镜2.5.2呈45°夹角且与前两个透镜垂直的第三透镜2.5.5），将光路折反以缩短热像仪长度功能，通过法兰与主物镜组2.1相连。连续变焦红外镜头后组2.5下方设计有辅助支撑支架7固定在主框架1上，可有效加强镜头的刚度，保证光轴一致性。
所述的变焦机构包括变焦电机组2.6，变焦补偿凸轮2.1.2及导向滑套2.10，对称安装在变倍组2.2及补偿组2.3上的导向滑套2.10放置在变焦补偿凸轮2.1.2凸轮槽内。变焦电机组2.6通过齿轮传动带动变焦补偿凸轮2.1.2可使变倍组2.2和补偿组2.3实现前后移动，从而实现连续变焦功能。通过选择合适外径的导向滑套实现导向滑套与凸轮槽间隙小于光学设计公差，可保证长短焦切换时或环境试验时的齐焦性。
所述的调焦机构包括调焦电机组2.7，调焦凸轮2.1.3，及导向滑套2.10，对称安装在调焦组2.4上的导向滑套放置在调焦凸轮2.1.3凸轮槽内。调焦电机组2.7通过齿轮传动带动调焦凸轮2.1.3可使调焦组2.4实现前后移动，从而实现调焦功能，同时也可保证在环境试验时的齐焦性和光轴一致性。
参照图4所示，所述的变焦补偿凸轮2.1.2包括两条对称的变倍凸轮槽2.1.2.1和两条对称的补偿凸轮槽2.1.2.2，变倍凸轮槽2.1.2.1和补偿凸轮槽2.1.2.2呈非正交状，实现了四槽分布，保证了连续变焦热像仪光轴一致性及齐焦性。
所述的变焦机构上还设置有变焦电位器组2.8，通过变焦电位器组2.8可保存在任意焦距下变倍组2.2和补偿组2.3的位置，也可实现变焦过程中的无级变速，精确控制变焦时间和变焦位置精度；调焦机构上还设置有调焦电位器组2.9和温度传感器2.11，调焦电位器组2.9通过温度传感器2.11将-40～60℃各个温度点成像清晰的调焦位置记录在电路板组4中，实现-40～60℃各个温度点在各个焦距均可清晰成像，大大提高了红外热像仪的应用范围，所述的变焦电位器组2.8、调焦电位器组2.9和温度传感器2.11分别与电路板组4连接。
所述的主镜筒2.1.1内壁圆柱度小于0.02mm，变倍组2.2、补偿组2.3和调焦组2.4外圆圆柱度小于0.01mm，其配合间隙控制在0.01～0.02mm，在环境试验时，变倍组2.2、补偿组2.3和调焦组2.4径向位移均小于光学设计公差，可保证其光轴一致性和齐焦性。
所述的制冷探测器组件3安装在一个修切板3.1上，通过调整修磨修切板3.1的厚度可使探测器安装于合适的位置实现清晰成像。
本热像仪工作时，变焦电机组2.6通过齿轮机构带动变焦补偿凸轮2.1.2转动，变焦补偿凸轮2.1.2的凸轮槽内的导向滑套2.10在凸轮槽的驱动下带动变焦组2.2和补偿组2.3沿直线运动，实现变焦功能；调焦电机组2.7通过齿轮机构带动调焦凸轮2.1.3可使调焦组2.4实现前后移动，从而实现调焦功能。
变焦补偿凸轮2.1.2和调焦凸轮2.1.3之间设置有修切环2.12，通过选择合适的修切环2.12的厚度，可减少变焦补偿凸轮2.1.2和调焦凸轮2.1.3之间的轴向间隙，保证其光轴的一致性和稳定性。
为避免由于环境试验造成的变焦组2.2、补偿组2.3和调焦组2.4前后微动而引起的不齐焦，通过选择合适外径的导向滑套2.10与变焦补偿凸轮2.1.2的凸轮槽及调焦凸轮2.1.3的凸轮槽适配，可减少导向滑套2.10与两凸轮槽之间的轴向间隙，使凸轮式连续变焦热像仪实现光轴一致性及齐焦性，且图像在振动条件下稳定。
本发明通过变焦电位器组2.8可保存在任意焦距下变倍组2.2和补偿组2.3的位置，也可实现变焦过程中的无级变速，精确控制变焦时间和变焦位置精度。
本发明在主框架1与盖板5之间安装有导电衬垫6，可实现一定程度的电磁屏蔽功能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种制冷型红外热像仪，其特征在于：包括主框架（1），固定在主框架（1）内的连续变焦红外镜头（2）、制冷探测器组件（3）、电路板组（4）、放置在主框架（1）上的盖板（5）及盖板（5）下方的导电衬垫（6）；
所述的连续变焦红外镜头（2）包括设置在主镜筒（2.1.1）上的主物镜组（2.1）和依次放置在主镜筒（2.1.1）内的变倍组（2.2）、补偿组（2.3）和调焦组（2.4），所述的主物镜组（2.1）后方设置有镜头后组（2.5），所述的变倍组（2.2）及补偿组（2.3）、调焦组（2.4）上分别连接有变焦机构和调焦机构；所述的主镜筒（2.1.1）内壁圆柱度小于0.02mm，变倍组（2.2）、补偿组（2.3）和调焦组（2.4）外圆圆柱度小于0.01mm，其配合间隙控制在0.01～0.02mm；
所述的变焦机构包括变焦电机组（2.6）以及对称安装在变倍组（2.2）和补偿组（2.3）上的导向滑套（2.10），所述的导向滑套（2.10）放置在变焦补偿凸轮（2.1.2）的凸轮槽内，变焦电机组（2.6）带动变焦补偿凸轮（2.1.2）使变倍组（2.2）和补偿组（2.3）前后移动，从而实现连续变焦功能；
所述的调焦机构包括调焦电机组（2.7）以及对称安装在调焦组（2.4）上的导向滑套（2.10），所述的导向滑套（2.10）放置在调焦凸轮（2.1.3）的凸轮槽内，调焦电机组（2.7）带动调焦凸轮（2.1.3）使调焦组（2.4）前后移动，从而实现调焦功能；
所述的变焦机构上还设置有变焦电位器组（2.8），通过变焦电位器组（2.8）保存在任意焦距下变倍组（2.2）和补偿组（2.3）的位置，精确控制变焦时间和变焦位置精度，同时实现变焦过程中的无级变速；
所述的调焦机构上还设置有调焦电位器组（2.9）和温度传感器（2.11），调焦电位器组（2.9）通过温度传感器（2.11）将-40～60℃各个温度点成像清晰的调焦位置记录在电路板组（4）中，实现-40～60℃各个温度点在各个焦距均可清晰成像。
2.根据权利要求1所述的一种制冷型红外热像仪，其特征在于，所述的变焦补偿凸轮（2.1.2）包括两条对称的变倍凸轮槽（2.1.2.1）和两条对称的补偿凸轮槽（2.1.2.2），变倍凸轮槽（2.1.2.1）和补偿凸轮槽（2.1.2.2）呈非正交状。
3.根据权利要求1所述的一种制冷型红外热像仪，其特征在于，所述的制冷探测器组件（3）通过修切板（3.1）安装在主框架（1）上。
4.根据权利要求1所述的一种制冷型红外热像仪，其特征在于，所述的镜头后组（2.5）为第一反射镜（2.5.1）和第二反射镜（2.5.2），以及第一透镜（2.5.3）、第二透镜（2.5.4）和第三透镜（2.5.5）构成的双折反形式，将光路折反以缩短热像仪长度功能，通过法兰与主物镜组（2.1）相连。
5.根据权利要求1所述的一种制冷型红外热像仪，其特征在于，所述的变焦补偿凸轮（2.1.2）和调焦凸轮（2.1.3）之间设置有修切环（2.12）。
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