CN110673291B - 两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构及实现方法，其特征在于：所述两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构包括气密舱体和位于气密舱体内从入射光线至出射光线上依次设有的调焦组件、光栏和切换组件，所述切换组件包括固定在上方的第一切换镜组和设在第一切换镜组下方的第二切换镜组，所述第二切换镜组可沿光轴的垂直方向移动以进、出该光轴，所述调焦组件内设有第一定焦镜片组，所述第一切换镜组内设有第二定焦镜片组。本发明的有益效果在于：通过切换组件同时切进、切出实现两个定焦镜头的切换变焦，解决传统两个定焦镜头体积臃肿的问题或者两档连续变焦镜头重复精度不高的问题，实现镜头小型化和重复精度高的要求。

Description

两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构及实现方法

技术领域：

本发明涉及光电领域的一种两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构及实现的方法，适用于航海侦察探测防御、城市巡逻、电力电网巡检、警用消防、机载吊舱等摄像光学领域。

背景技术：

为了实现对远近目标的精确定位，传统的两档镜头要么使用两个不同焦距的定焦镜头，要么使用连续变焦镜头头尾两端焦距实现两档镜头使用要求，然而两个定焦镜头体积太大同时因为需要两个探测器成本太高，连续变焦两档镜头重复性精度达不到对目标的精确定位；而市面上目前的两档切换镜头有采用定焦镜头不同透镜组之间进行切换，该种结构由于切换透镜组件太重容易导致机械定位不准确从而影响两路镜头的光轴重合性。

发明内容：

鉴于上述不足，本发明提供一种两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构及实现方法；该两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构有利于解决传统两个定焦镜头体积臃肿或者两档连续变焦镜头重复精度不高的问题。

本发明的技术方案是：

本发明两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：包括气密舱体和位于气密舱体内从入射光线至出射光线上依次设有的调焦组件、光栏和切换组件，所述切换组件包括固定在上方的第一切换镜组和设在第一切换镜组下方的第二切换镜组，所述第二切换镜组可沿光轴的垂直方向移动以进、出该光轴，所述调焦组件内设有第一定焦镜片组，所述第一切换镜组内设有第二定焦镜片组。

进一步的，上述第二切换镜组包括连接底板和设在滑动设在连接底板上的第二切换镜组前反射镜片、第二切换镜组后反射镜片，所述第二切换镜组前反射镜片和第二切换镜组后反射镜片分别固定在支架上，所述支架由电机驱动的螺母丝杆机构驱动移动。

进一步的，上述第二切换镜组后反射镜片套设连接在第一调节板上，所述第一调节板通过另一调节板沿垂直于光轴的方向滑动连接在第二调节板上，所述第二调节板固定在支架上。

进一步的，上述第一切换镜组中位于第二定焦镜片组的光线入射处和光线出射处分别设有第一切换镜组前反射镜片和第一切换镜组后反射镜片。

进一步的，上述切换组件的后侧还依次设有密封组件和摄像机。

进一步的，上述调焦组件包括调焦镜筒及调焦凸轮分别通过与调焦镜座研磨配合后装入调焦镜座内，调焦凸轮按光学系统对调焦量的要求铣上线性斜槽，调焦镜座上铣直槽；用调焦导钉组件将调焦镜筒与调焦凸轮和调焦镜座联接在一起，调焦电机齿轮与调焦凸轮上的齿轮啮合，当调焦电机加电旋转，带动调焦凸轮旋转时，通过调焦镜座上直槽限制，调焦镜组的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的调焦，完成调焦过程，当对远近目标的调焦，调焦电位器齿轮通过与调焦凸轮上的齿轮啮合带动调焦电位器轴旋转，使调焦电位器的阻值发生变化，经过适当的取样电路可以读出调焦电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现聚焦距离值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现聚焦距离值的实时控制。

进一步的，上述光栏片均匀分布并通过铆钉连接一端安置在光栏座上作固定端，另一端安置在光栏动环上作活动端；所述光栏动环通过光栏动环压圈安置在光栏座内，所述光栏座根据计算光栏片活动转角加工圆弧让位直槽，所述光栏电机齿轮通过光栏电机轴套安置在光栏电机上，所述光栏电机齿轮与光栏动环上的齿啮合，当光栏电机加电通过光栏电机齿轮带动光栏动环在光栏座内做圆周运动，所述光栏片活动端通过光栏动环做绕固定端的圆周运动，所述光栏座圆弧让位直槽旁侧设有两个微动开关，当光栏片开口开到最大最小两个极限位置时通过微动开关进行限位及断电保护；所述光栏电位器齿轮安置在光栏电位器上，所述光栏电位器齿轮通过光栏过轮与光栏电机齿轮啮合，当光栏电机加电驱动后带动光栏电位器齿轮转动，光栏电位器跟随光栏电位器齿轮转动从而引起阻值变化，经过适当的取样电路可以读出光栏电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现光栏开口直径的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现光栏开口大小的实时控制。

本发明实现两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的方法，其特征在于：所述两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头由产生两个焦距的第一定焦镜片组和第二定焦镜片组组成，两个镜头共用第一定焦镜片组、可变光栏组件和摄像机组件；在第二定焦镜片组光学中设置有4个90°转像反射镜，其中两个为固定反射镜（第一切换镜组前反射镜片和第一切换镜组后反射镜片），两个为切换反射镜（第二切换镜组前反射镜片和第二切换镜组后反射镜片），通过两个切换反射镜同时切进、切出实现两个定焦镜头的切换变焦。

进一步的，上述第一定焦镜片组所在的前组镜座上外套有调焦凸轮，前组镜座旁侧设置有调焦微动开关以及与调焦凸轮通过齿啮合传动的调焦电机，调节凸轮上具有与调焦微动开关相配合的调焦挡钉；调焦凸轮通过调焦导钉带动前组镜筒前后移动；所述光栏座内设有光栏动环，光栏座旁侧设有限位开关以及与光栏动环齿轮啮合传动的光栏电机，光栏动环上具有与限位开关相配合的光栏挡钉，光栏动环通过光栏电机带动整体光栏开口的大小变化。

进一步的，上述切换镜筒前后设有一体式的反射镜支架，所述反射镜支架上设有反射镜调整板a、b通过反射镜过板安置在反射镜支架上，所述反射镜安置在反射镜调整板b上；所述切换反射镜座通过两端导杆安置在切换基板上，所述切换基板上设有切换限位开关以及驱动切换反射镜座移动的切换电机，切换限位开关配合切换反射镜座工作，切换反射镜座通过切换电机驱动实现切换；所述反射镜切换机构设有独立的调整板a、b，所述调整板a负责调整平行于底面的水平方位角度微调，所述调整板b负责垂直于底面的水平方位角度微调，而反射镜过板负责调整反射镜整体垂直方向的高低调整。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）光学系统采用两组高清定焦镜头，利用切换反射镜实现两档变焦，使得结构上最大化的缩小；（2）两档切换变焦，同时满足大区域全景搜索与小区域放大观察的需求；（3）切换反射镜实现两档变焦，保证光学系统的最高重复性精度要求。

本镜头采用直线运动式切换系统，与传统圆弧式两档切换系统相比，在切换过程中结构运动更平稳，到位更精确，结构更轻巧。

附图说明：

下面结合附图对本发明专利进一步说明；

图1为该发明实施例的结构总图；

图2a为该发明实施例调焦组件主视图；

图2b为该发明实施例调焦组件左视图；

图2c为该发明实施例中调焦组件立体图；

图3a为该发明实施例中光栏组件主视图；

图3b为该发明实施例中光栏组件的左视图；

图3c为该发明实施例中光栏组件的立体图；

图4a为该发明实施例中切换组件的主视图；

图4b为该发明实施例中切换组件的俯视图；

图4c为该发明实施例中切换组件的立体图；

图4d为该发明实施例中切换组件切换的立体图；

图中：

1-调焦组件； 2-光栏组件；3-切换组件；4-密封组件；5-摄像机组件；

21-调焦凸轮压圈；22-调焦镜座；23-调焦镜筒；24-调焦导钉组件；25-调焦凸轮；26-调焦限位钉；27-调焦电机齿轮；28-调焦电位器齿轮；29-微动开关；210-调焦电机；211-调焦电位器；

31-光栏调整垫片；32-光栏动环压圈；33-光栏动环；34-光栏片；35-光栏座；36-光栏电位器齿轮；37-光栏电机齿轮；38-光栏电机轴套；39-光栏电机架；310-光栏过轮；311-光栏过轮轴；312-光栏限位支架；313-微动开关；314-光栏电机；315-光栏电位器；

41-反射镜b调整板b；42-反射镜b调整板a；43-反射镜b压板；44-反射镜b；45-切换镜筒；46-反射镜c压板；47-反射镜c；48-反射镜a；49-反射镜a调整板b；410-反射镜a调整板a；411-反射镜a过板；412-反射镜支架；413-连接底板；414-导杆；415-微动开关；416-切换限位支架；417-切换电机轴承架；418-切换电机；A1-气密舱体；A2-第一切换镜组；A3-第二切换镜组；A4-光轴；A5-第一定焦镜片组；A6-第二定焦镜片组；A7-第二切换镜组前反射镜片；A8-螺母丝杆机构；A10-第一切换镜组前反射镜片。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构包括气密舱体A1和位于气密舱体A1内从入射光线至出射光线上(即在光轴上)依次设有的调焦组件1、光栏组件2和切换组件3，所述切换组件3包括固定在上方的第一切换镜组A2和设在第一切换镜组下方的第二切换镜组A3，所述第二切换镜组A3可沿光轴的垂直方向移动以进、出该光轴A4，第二切换镜组A3移出，指整个第二切换镜组A3移出，使光线完全不受第二切换镜组的阻挡，光线即经过第一定焦镜片组A5和光栏组件2后即进入后面的摄像机，而第二切换镜组A3进入，光线即经过第一切换镜组A2和第二切换镜组A3上四个反射镜片的反射后进入摄像机，所述调焦组件1内设有第一定焦镜片组A5，该第一定焦镜片组A5可以包括若干片镜片，所述第一切换镜组内设有第二定焦镜片组A6，该第二定焦镜片组A6可以包括若干片镜片，该些若干片镜片可以是一片或几片，本申请的附图提供该第一定焦镜片组A5具有三个镜片，实现f220mm的定焦；而第二定焦镜片组A6具有一个镜片，与第一定焦镜片组A5共用形成f550mm的定焦。

本申请中无论第二切换镜组A3的切进或切出，第二定焦镜片组A6的光轴和第一定焦镜片组A5的光轴始终位于同一平面内，以确保光轴重合和精度。

为了方便第二切换镜组A3进、出顺畅，上述第二切换镜组A3包括连接底板413和设在滑动设在连接底板上的第二切换镜组前反射镜片A7、第二切换镜组后反射镜片(反射镜a48)，所述第二切换镜组前反射镜片A7和第二切换镜组后反射镜片分别固定在支架(反射镜支架412)上，所述反射镜支架412由电机(切换电机418)驱动的螺母丝杆机构A8驱动移动，在需要第二切换镜组A6进入以进行反射时，电机驱动螺母丝杆机构A8，使第二切换镜组A3的光轴与第二定焦镜片组A6的光轴和第一定焦镜片组A5的光轴位于同一平面内。

进一步的，上述第二切换镜组后反射镜片48套设连接在第一调节板(反射镜a调整板b49)上，所述第一调节板通过另一调节板（反射镜a调整板a410）沿垂直于光轴的方向滑动连接在第二调节板(反射镜a过板411)上，所述第二调节板固定在支架上。

进一步的，上述第一切换镜组A2中位于第二定焦镜片组A6的光线入射处和光线出射处分别设有第一切换镜组前反射镜片A10(反射镜b44)和第一切换镜组后反射镜片（反射镜c47）。

如图1～4所示，本发明两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构中，调焦组件1通过螺钉安置在光栏组件2上，所述光栏组件2通过螺钉连接与连接底板413连接；所述切换组件3通过螺钉连接安置在密封组件4上；所述摄像机组件5通过螺钉安置在密封组件4上；以上组成完成的一套光机系统。

如图2a、2b、2c，所述调焦镜筒23及调焦凸轮25分别通过与调焦镜座22研磨配合后装入调焦镜座22内，调焦凸轮25按光学系统对调焦量的要求铣上线性斜槽，调焦镜座22上铣直槽；用调焦导钉组件24将调焦镜筒23与调焦凸轮25和调焦镜座22联接在一起，调焦电机齿轮27与调焦凸轮25上的齿轮啮合；当调焦电机210加电旋转，带动调焦凸轮25旋转时，通过调焦镜座22上直槽限制，调焦镜组23的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的调焦，完成调焦过程；当对远近目标的调焦，调焦电位器齿轮28通过与调焦凸轮25上的齿轮啮合带动调焦电位器211轴旋转，使调焦电位器211的阻值发生变化，经过适当的取样电路可以读出调焦电位器211的变化值，并传给控制中心，从而实现聚焦距离值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现聚焦距离值的实时控制。

如图3a、3b、3c，所述光栏片34均匀分布并通过铆钉连接一端安置在光栏座35上作固定端，另一端安置在光栏动环33上作活动端；所述光栏动环33通过光栏动环压圈32安置在光栏座35内，所述光栏座35根据计算光栏片34活动转角加工圆弧让位直槽，所述光栏电机齿轮37通过光栏电机轴套38安置在光栏电机314上，所述光栏电机齿轮38与光栏动环33上的齿啮合，当光栏电机314加电通过光栏电机齿轮37带动光栏动环33在光栏座35内做圆周运动，所述光栏片34活动端通过光栏动环33做绕固定端的圆周运动，所述光栏座35圆弧让位直槽旁侧设有两个微动开关313，当光栏片33开口开到最大最小两个极限位置时通过微动开关313进行限位及断电保护；所述光栏电位器齿轮36安置在光栏电位器315上，所述光栏电位器齿轮36通过光栏过轮310与光栏电机齿轮37啮合，当光栏电机314加电驱动后带动光栏电位器齿轮36转动，光栏电位器315跟随光栏电位器齿轮36转动从而引起阻值变化，经过适当的取样电路可以读出光栏电位器315的变化值，并传给控制中心，从而实现光栏开口直径的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现光栏开口大小的实时控制。

如图4a、4b、4c，所述长焦后固定组与短焦后固定组依据光学系统位置安置在切换镜筒45内并通过压圈压紧；所述反射镜a48通过反射镜a调整板b49安置在反射镜a调整板a410上，所述反射镜a调整板a410通过反射镜a过板411安置在反射镜支架412上，所述反射镜支架412通过导杆414与导套研磨后安置在切换基板上；所述反射镜b44通过反射镜b调整板b41安置在反射镜b调整板a42上，所述反射镜b调整板a42通过反射镜b压板安置在光栏座35上，所述反射镜c47通过反射镜c压板46安置在切换镜筒45上；所述各反射镜调整板均支持各反射镜在装调过程中局部方位角度调整以达到满足光学系统要求；所述反射镜支架412中心位置穿有切换电机418两者通过电机螺母连接，所述电机螺母一端固定在反射镜支架412中心位置；所述切换电机418通过螺钉安置在切换基板上同时电机转轴穿过电机螺母通过切换电机轴承安置在切换电机轴承架417上，所述切换电机支撑块固定在切换基板上；当切换电机418加电转动时，电机转轴通过电机螺母带动反射镜支架412座垂直转轴的直线运动，从而带动反射镜a的直线往返运动，实现长、短焦的切换；所述切换基板在反射镜支架412运动轨迹旁侧设有两个微动开关415，当反射镜支架412到达和远离长焦视场范围时通过微动开关415进行限位和断电保护。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：包括气密舱体和位于气密舱体内从入射光线至出射光线上依次设有的调焦组件、光阑和切换组件，所述切换组件包括固定在上方的第一切换镜组和设在第一切换镜组下方的第二切换镜组，所述第二切换镜组可沿光轴的垂直方向移动以使切换组件进、出该光轴，所述调焦组件内设有第一定焦镜片组，所述第一切换镜组内设有第二定焦镜片组。

2.根据权利要求1所述的两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：所述第二切换镜组包括连接底板和设在滑动设在连接底板上的第二切换镜组前反射镜片、第二切换镜组后反射镜片，所述第二切换镜组前反射镜片和第二切换镜组后反射镜片分别固定在支架上，所述支架由电机驱动的螺母丝杆机构驱动移动。

3.根据权利要求2所述的两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：所述第二切换镜组后反射镜片套设连接在第一调节板上，所述第一调节板通过另一调节板沿垂直于光轴的方向滑动连接在第二调节板上，所述第二调节板固定在支架上。

4.根据权利要求2所述的两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：所述第一切换镜组中位于第二定焦镜片组的光线入射处和光线出射处分别设有第一切换镜组前反射镜片和第一切换镜组后反射镜片。

5.根据权利要求1所述的两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：所述切换组件的后侧还依次设有密封组件和摄像机。

6.根据权利要求1所述的两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：所述调焦组件包括调焦镜筒及调焦凸轮分别通过与调焦镜座研磨配合后装入调焦镜座内，调焦凸轮按光学系统对调焦量的要求铣上线性斜槽，调焦镜座上铣直槽；用调焦导钉组件将调焦镜筒与调焦凸轮和调焦镜座联接在一起，调焦电机齿轮与调焦凸轮上的齿轮啮合，当调焦电机加电旋转，带动调焦凸轮旋转时，通过调焦镜座上直槽限制，调焦镜组的旋转运动转换为直线运动，从而实现对远近目标的调焦，完成调焦过程，当对远近目标的调焦，调焦电位器齿轮通过与调焦凸轮上的齿轮啮合带动调焦电位器轴旋转，使调焦电位器的阻值发生变化，经过适当的取样电路可以读出调焦电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现聚焦距离值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现聚焦距离值的实时控制。

7.根据权利要求1所述的两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的结构，其特征在于：所述光阑均匀分布并通过铆钉连接一端安置在光阑座上作固定端，另一端安置在光阑动环上作活动端；所述光阑动环通过光阑动环压圈安置在光阑座内，所述光阑座根据计算光阑片活动转角加工圆弧让位直槽，光阑电机齿轮通过光阑电机轴套安置在光阑电机上，所述光阑电机齿轮与光阑动环上的齿啮合，当光阑电机加电通过光阑电机齿轮带动光阑动环在光阑座内做圆周运动，所述光阑片活动端通过光阑动环做绕固定端的圆周运动，所述光阑座圆弧让位直槽旁侧设有两个微动开关，当光阑片开口开到最大最小两个极限位置时通过微动开关进行限位及断电保护；所述光阑电位器齿轮安置在光阑电位器上，所述光阑电位器齿轮通过光阑过轮与光阑电机齿轮啮合，当光阑电机加电驱动后带动光阑电位器齿轮转动，光阑电位器跟随光阑电位器齿轮转动从而引起阻值变化，经过适当的取样电路可以读出光阑电位器的变化值，并传给控制中心，从而实现光阑开口直径的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现光阑开口大小的实时控制。

8.一种实现两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的方法，其特征在于：所述两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头由产生两个焦距的第一定焦镜片组和第二定焦镜片组组成，两个镜头共用第一定焦镜片组、可变光阑组件和摄像机组件；在第二定焦镜片组光学中设置有4个90°转像反射镜，其中两个为固定反射镜，两个为切换反射镜，所述固定反射镜包括第一切换镜组前反射镜片和第一切换镜组后反射镜片，所述切换反射镜包括第二切换镜组前反射镜片和第二切换镜组后反射镜片，通过两个切换反射镜同时切进、切出实现两个定焦镜头的切换变焦。

9.根据权利要求8所述实现两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的方法，其特征在于：所述第一定焦镜片组所在的前组镜座上外套有调焦凸轮，前组镜座旁侧设置有调焦微动开关以及与调焦凸轮通过齿啮合传动的调焦电机，调节凸轮上具有与调焦微动开关相配合的调焦挡钉；调焦凸轮通过调焦导钉带动前组镜筒前后移动；光阑座内设有光阑动环，光阑座旁侧设有限位开关以及与光阑动环齿轮啮合传动的光阑电机，光阑动环上具有与限位开关相配合的光阑挡钉，光阑动环通过光阑电机带动整体光阑开口的大小变化。

10.根据权利要求9所述实现两档定焦、反射镜切换变焦、高清镜头的方法，其特征在于：所述切换镜筒前后设有一体式的反射镜支架，所述反射镜支架上设有反射镜调整板a、b通过反射镜过板安置在反射镜支架上，所述反射镜安置在反射镜调整板b上；所述切换反射镜座通过两端导杆安置在切换基板上，所述切换基板上设有切换限位开关以及驱动切换反射镜座移动的切换电机，切换限位开关配合切换反射镜座工作，切换反射镜座通过切换电机驱动实现切换；所述反射镜切换机构设有独立的调整板a、b，所述调整板a负责调整平行于底面的水平方位角度微调，所述调整板b负责垂直于底面的水平方位角度微调；而反射镜过板负责调整反射镜整体垂直方向的高低调整。

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