CN201993172U - 中波红外两档视场一体化热成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种中波红外两档视场一体化热成像系统，包括镜筒，其特征在于：所述前固定组A设置于前组镜筒内；所述前组镜筒后侧连接有一旋转镜筒，所述旋转镜筒内设置长、短焦距的切换镜组，长焦镜组B-长和短焦镜组B-短对称在安装旋转镜筒内，所述前组镜筒后侧连接有一旋转镜筒，旋转镜筒外部设有用于带动旋转镜筒转动的由电机驱动的电机齿轮，所述旋转镜筒外壁设有用于与电机齿轮啮合的齿，所述旋转镜筒后侧连接有调焦镜筒，所述调焦镜筒内安装有调焦镜组，所述调焦镜筒外侧设有调焦机构，所述调焦镜筒后侧连接有热像仪，所述热像仪的靶面中心与各组镜头的光轴共轴安装，热像仪机架外侧设有与前组镜筒固定连接的一体机箱体。
Description
技术领域
本实用新型属于光电技术领域，涉及中波红外光学摄像装置，特别涉及一种中波红外两档视场一体化热成像系统。
背景技术
红外成像具有夜晚作用距离远；抗干扰性能好；环境适配性优于可见光；穿透烟尘、雾霾能力强；可全天候、全天时工作等优点。近10～15年来，红外热成像技术在军事、准军事和民用领域得到了广泛的应用，与之配用的各种规格的红外摄像镜头也应运而生。但是仅有单一视场，且在全透射式红外摄像镜头中，镜头的焦距短，系统的探测距离短。
发明内容
本实用新型的目的是针对目前与红外摄像系统配用的镜头的规格品种少，大多数为短焦距镜头的现状，研究设计焦距较长，又能方便切换的两档视场镜头。使热成像系统能对远距离目标进行跟踪测量：既可对目标进行大区域、小倍率的概观，也能对目标进行小区域、大倍率的详细观测。
本实用新型的技术方案在于：一种中波红外两档视场一体化热成像系统，包括镜筒，其特征在于：所述前固定组A设置于前组镜筒内，所述前组镜筒后侧连接有一旋转镜筒，所述旋转镜筒内设置长、短焦距的切换镜组，长焦镜组B-长和短焦镜组B-短对称在安装旋转镜筒内，所述旋转镜筒中部设有旋转中轴，旋转镜筒外部设有用于带动旋转镜筒转动的由电机驱动的电机齿轮，所述旋转镜筒外壁设有用于与电机齿轮啮合的齿所述旋转镜筒后侧连接有调焦镜筒，所述调焦镜筒内安装有调焦镜组，所述调焦镜筒外侧设有调焦机构，所述调焦镜筒后侧连接有热像仪，所述热像仪的靶面中心与各组镜头的光轴共轴安装，热像仪机架外侧设有与前组镜筒固定连接的一体机箱体。
本实用新型的优点在于：本红外热成像摄像镜头的波谱覆盖了3um-5um的大气红外透射窗口，为双视场切换摄像镜头。短焦端具有大视场、能够大范围搜索监测目标；长焦端具有焦距长、相对孔径大，使系统极大地提高了探测距离，并能详细观测目标。
本实用新型对系统进行了光机无热化设计，适应对环境温度变化大的场合进行了监测。本实用新型进行了系统一体化设计，使摄像镜头与中波红外探测器互配为一体，中波红外热成像系统的机构紧凑、体积小、重量轻、外形美观。
附图说明
图1为本实用新型的光路结构示意图。
图2为本实用新型的机构示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为本实用新型的视场切换机构的结构示意图。
图5为图4的B-B剖视图。
图6为图5的局部放大视图。
图7为本实用新型的调焦机构的结构示意图。
图8为本实用新型的开盖机构的结构示意图。
具体实施方式
参考图2及图3，所述前固定组A设置于前组镜筒1内，所述前组镜筒后侧连接有一旋转镜筒2，所述旋转镜筒内设置长、短焦距的切换镜组，长焦镜组B-长和短焦镜组B-短对称在安装旋转镜筒内，所述旋转镜筒中部设有旋转中轴3，旋转镜筒外部设有用于带动旋转镜筒转动的由电机4驱动的电机齿轮5，所述旋转镜筒外壁设有用于与电机齿轮啮合的齿，所述旋转镜筒后侧连接有调焦镜筒6，所述调焦镜筒安装有调焦镜组C，所述调焦镜筒外侧设有调焦机构，所述调焦镜筒后侧连接有热像仪7，所述热像仪的靶面中心与各组镜头的光轴共轴安装，热像仪机架37外侧设有与前组镜筒固定连接的一体机箱体。
所述热像仪机架的侧壁上部设有若干径向分布的用于调节热像仪靶面中心左右方向的调节螺钉8，所述热像仪机架的侧壁下部设有若干对用于调节热像仪靶面中心上下方向的调节螺钉9;所述热像仪机架的侧壁前后侧分别设有热像仪安装长槽10，热像仪通过穿过安装长槽的热像仪锁紧螺钉11进行固定，所述一体机机箱由上盖12、侧板13、侧板14及底板15组成，所述机箱的连接部设有密封圈16，用于确保机箱内的气密性，所述机箱与热像仪机架之间设有一体化机控制板17。
本实用新型中热像仪靶面的中心要求与中波红外镜头的光轴共轴，为了实现光轴与电轴的共轴以及结构的一体化，首先利用热像仪安装长槽，调整热像仪的轴上位置，使热像仪靶面与镜头的像面在轴上位置重合，即调焦清晰。预紧热像仪锁紧螺钉，调节用于调节热像仪靶面中心左右方向的调节螺钉，使热像仪靶面的中心左右方向与镜头靶面中心左右方向重合，调节用于调节热像仪靶面中心上下方向的调节螺钉，使热像仪的靶面中心的上下位置与镜头靶面中心完全重合，即镜头光轴与热像仪电轴重合，最后再将锁紧螺钉锁紧，镜头光轴与电轴调整完毕。为了把一体化机设计得更小巧，并且调试方便，所述一体机机箱由上盖、左侧板、右侧板及底板组成，并且把一体化机的控制板侧挂在侧板上；安装时，调整镜头光轴与热像仪电轴共轴后， 把密封的O型圈装上并且盖上四块盖板，一体机装调完毕；本实用新型采用整体气密的形式进行密封，摄像镜头与密封舱体之间用O型密封圈进行密封，密封舱体与各个盖板之间也采用O型密封圈进行密封，以适应不同环境的使用要求。密封舱体采用紧凑型设计，在保证结构强度、密封性、易安装性的情况下，尽量控制密封舱体的外形尺寸，使摄像镜头的外形尺寸小。同时摄像镜头的控制信号全部由舱体最后端的密封插座输出，传输给后端计算机进行控制，提高摄像镜头的智能化控制。
参考图4、图5及图6，所述旋转镜筒周部旁侧设有一长焦镜组微动开关组件18和一短焦镜组微动开关组件19，旋转镜筒周部上安装有长焦镜组微动开关拨钉20及短焦镜组微动开关拨钉21，所述各微动开关拨钉中部设有通孔22，通孔内底部设有钢球23，钢球上侧部设有定位轴24，所述定位轴上套设有弹簧25及弹簧压圈26，所述微动开关拨钉的头部为用于使长、短焦光学组件的精确定位的机械定位架39，所述机械定位架上设有机械定位锁紧螺钉36，所述旋转镜筒上还设有与钢球配合的可转动的定位V槽38。
为了实现改变镜头视场的目的，设计了旋转镜筒，把切换组元的长焦镜组和短焦镜组分别安装在转盘180°对称的位置上，电机通过电机齿轮带动旋转镜筒旋转，使镜头的长焦镜组和短焦镜组分别进入光轴，实现光学系统的不同组合；在旋转镜筒的两边安装有微动开关组件，在旋转镜筒上安装微动开关拨钉，当电机带动旋转镜筒顺时针旋转一定角度时，微动开关拨钉碰到微动开关的弹片，使微动开关从闭合状态到断开状态，采样电路输出由低电平到高电平，CPU收到微动开关信号后，命令电机停止运动，选择适合于长焦镜组B-长的微动开关拨钉及微动开关组件的相对角度，可使长焦镜组准确地停在镜头光轴上，此时要求CPU只能向电机发出反向运动的指令，以使电机不在堵转状态下工作，从而保护电机；同理当CPU发出反向运动指令，选择合适于短焦镜组B-短的微动开关拨钉和微动开关组件的相对角度，就可使短焦镜组停在镜头的光轴上。
由于微动开关的弹力重复性不够好。因此仅靠微动开关不能对长、短焦镜组进行精确定位，因此还设计了V槽定位结构。电机带动转盘运动时，定位V槽一起运动，当V槽靠近钢球时，钢球在弹簧、定位轴的弹力作用下，落到V槽中间，调节弹簧压圈，使钢球的弹力大于电机减速箱的摩擦力，则钢球落到V槽中间，松开机械定位锁紧螺钉，调整机械定位架，使钢球落到V槽时，光学组件正好在光轴上，并且微动开关在断开位置，这样通过两个机械定位组件和两个V槽与两个微动开关组件一起联合作用，就可实现长、短焦光学组件的精确定位。
参考图7，所述调焦机构包括与调焦镜组C同轴固定安装的调焦座27，所述调焦座通过导钉28与调焦镜筒相连，调焦环29通过梯形牙螺纹与调焦镜筒联接，调焦环通过左旋螺纹与调焦座联接，所述调焦环周部设有与电机齿轮30拟合的齿，可由电机35带动实现转动。
当电机运转时，带动电机齿轮运动，电机齿轮与调焦环啮合传动，使调焦环转动，调焦环通过梯形牙与主镜筒联接，与调焦座用左旋螺纹联接，导钉用来改变调焦座的运动方向，使其从圆周运动变为直线运动，这样电机的圆周运动带动调焦座做直线运动，电机的正反转运动即可带动调焦组前后运动，从而实现调焦目的。
参考图8及图9，所述镜头具有电动开盖系统，所述电动开盖系统由电机、与电机相连的齿轮传动系统、与齿轮出动系统相连的蜗轮蜗杆机构以及与蜗轮蜗杆结构相连的机械臂组成，所述机械臂与镜头盖相连。
所述镜头盖后端面喷砂氧黑，当镜盖关闭时可以当做热像仪的基准板，作为基准校正热像仪的图像用。
电机运转时，带动电机主动轮旋转，电机主动轮31通过齿轮啮合带动开盖从动轮运动32，开盖从动轮与蜗杆33联接在一起，蜗杆带动蜗轮34运动。蜗轮的运动方向改变90°，蜗轮通过机械臂带动盖子开合，因此当电机正、反方向运动时，通过蜗轮蜗杆开盖机构带动镜盖开合。
参考图1，一种中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：其光路结构中沿光线自左向右入射方向设有固定镜组A、切换镜组B和调焦镜组C，所述固定镜组A依次设有正月牙形透镜A-1和负月牙形透镜A-2，所述切换镜组B设有可互相替换的长焦镜组B-长和短焦镜组B-短，所述长焦镜组B-长依次设有正月牙形透镜B-长-1、负月牙形透镜B-长-2、负月牙形透镜B-长-3、平凹透镜B-长-4和正月牙形透镜B-长-5，所述短焦镜组B-短依次设有负月牙形透镜B-短-1、正月牙形透镜B-短-2、负月牙形透镜B-短-3、平凹透镜B-短-4和正月牙形透镜B-短-5，所述调焦镜组C由正月牙形透镜构成。
当切换镜组B为长焦镜组B-长时，前固定镜组A与切换镜组B-长之间的间隔是110.55mm，切换镜组B与调焦组C之间的空气隙间隔是26.12mm;固定组A中：正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜A-2之间的空气间隔为4.37mm，长焦镜组B-长中：正月牙形透镜B-长-1与负月牙形透镜B-长-2之间的空气间隔是0.91mm，负月牙形透镜B-长-2与负月牙形透镜B-长-3之间的空气隙间隔是9.09mm，负月牙形透镜B-长-3与平凹透镜B-长-4之间的空气隙间隔是25.58mm，平凹透镜B-长-4与正月牙形透镜B-长-5之间的空气隙间隔是3.58mm。
当切换镜组B为短焦镜组B-短时，固定镜组A与切换镜组B-短之间的空气间隔是130.21mm;切换镜组B与调焦镜组C之间的空气间隔是18.3mm;固定组A中：正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜A-2之间的空气间隔为4.37mm;短焦镜组B-短中，负月牙形透镜B-短-1与正月牙形透镜B-短-2之间的空气间隔是0.63mm，正月牙形透镜B-短-2与负月牙形透镜B-短-3之间的空气隙间隔是7.77mm，负月牙形透镜B-短-3与平凹透镜B-短-4之间的空气隙间隔是5.24mm，平凹透镜B-短-4与正月牙形透镜B-短-5之间的空气间隔是3.72mm。
本实用新型进行了系统一体化设计，使摄像镜头与中波红外探测器互配为一体，中波红外热成像系统的机构紧凑、体积小、重量轻、外形美观。
中波红外两档视场一体化热成像系统达到的性能指标：
1、 工作波段：3um～5um；
2、 视场角：2ω=12°x 9°；2°x 1.5°；（焦距：f’1=45mm;f’2=270mm）
3、 相对孔径D/f’=1/2；
4、 透过率T≥75%；
5、 分辨率：与320x240（像元大小30um）的热像仪适配；
6、 工作温度： -40℃ ～ +60℃；
7、 物距：∞～50m；
两档视场切换的时间≤2s。
Claims (9)
1.一种中波红外两档视场一体化热成像系统，包括镜筒，其特征在于：所述前固定组A设置于前组镜筒内，所述旋转镜筒内设置长、短焦距的切换镜组，长焦镜组B-长和短焦镜组B-短对称在安装旋转镜筒内，所述前组镜筒后侧连接有一旋转镜筒，所述旋转镜筒中部设有旋转中轴，旋转镜筒外部设有用于带动旋转镜筒转动的由电机驱动的电机齿轮，所述旋转镜筒外壁设有用于与电机齿轮啮合的齿，所述旋转镜筒后侧连接有调焦镜筒，所述调焦镜筒内安装有调焦镜组，所述调焦镜筒外侧设有调焦机构，所述调焦镜筒后侧连接有热像仪，所述热像仪的靶面中心与各组镜头的光轴共轴安装，热像仪机架外侧设有与前组镜筒固定连接的一体机箱体。
2.根据权利要求1所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：所述热像仪机架的侧壁上部设有若干径向分布的用于调节热像仪靶面中心左右方向的调节螺钉，所述热像仪机架的侧壁下部设有若干对用于调节热像仪靶面中心上下的调节螺钉，所述热像仪机架的侧壁前后侧分别设有热像仪安装长槽，通过穿过安装长槽的热像仪锁紧螺钉对热像仪进行固定，所述一体机机箱由上盖、左侧板、右侧板及底板组成，所述机箱的连接部设有密封圈，用于确保机箱内的气密性，所述机箱与热像仪机架之间设有一体化机控制板。
3.根据权利要求1所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：所述旋转镜筒外部旁侧设有一长焦镜组微动开关组件和一短焦镜组微动开关组件，旋转镜筒周部上安装有长焦镜组微动开关拨钉及短焦镜组微动开关拨钉，所述两个微动开关拨钉中部设有通孔，通孔内底部设有钢球，钢球上侧部设有定位轴，所述定位轴上套设有弹簧及弹簧压圈，所述微动开关拨钉的头部为用于使长、短焦光学组件的精确定位的机械定位架，所述机械定位架上设有机械定位锁紧螺钉，所述旋转镜筒上还设有与钢球配合的可转动的定位V槽。
4.根据权利要求1所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：所述调焦机构包括与调焦镜组C同轴固定安装的调焦座，所述调焦座通过导钉与调焦镜筒相连，调焦环通过梯形牙螺纹与调焦镜筒联接，调焦环通过左旋螺纹与调焦座联接，所述调焦环周部设有与电机齿轮啮合的齿，可由电机带动实现转动。
5.根据权利要求1所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：所述镜头具有电动开盖系统，所述电动开盖系统由电机、与电机相连的齿轮传动系统、与齿轮出动系统相连的蜗轮蜗杆机构以及与蜗轮蜗杆结构相连的机械臂组成，所述机械臂与镜头盖相连。
6.根据权利要求5所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：所述镜头盖后端面喷砂氧黑。
7.根据权利要求1所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：该系统的光路结构中沿光线自左向右入射方向设有固定镜组A、切换镜组B和调焦镜组C，所述固定镜组A依次设有正月牙形透镜A-1和负月牙形透镜A-2，所述切换镜组B设有可互相替换的长焦镜组B-长和短焦镜组B-短，所述长焦镜组B-长依次设有正月牙形透镜B-长-1、负月牙形透镜B-长-2、负月牙形透镜B-长-3、平凹透镜B-长-4和正月牙形透镜B-长-5，所述短焦镜组B-短依次设有负月牙形透镜B-短-1、正月牙形透镜B-短-2、负月牙形透镜B-短-3、平凹透镜B-短-4和正月牙形透镜B-短-5，所述调焦镜组C由正月牙形透镜构成。
8.根据权利要求7所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：当切换镜组B为长焦镜组B-长时，前固定镜组A与切换镜组B-长之间的间隔是110.55mm，切换镜组B与调焦组C之间的空气隙间隔是26.12mm，固定组A中：正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜A-2之间的空气间隔为4.37mm，长焦镜组B-长中：正月牙形透镜B-长-1与负月牙形透镜B-长-2之间的空气间隔是0.91mm，负月牙形透镜B-长-2与负月牙形透镜B-长-3之间的空气隙间隔是9.09mm，负月牙形透镜B-长-3与平凹透镜B-长-4之间的空气隙间隔是25.58mm，平凹透镜B-长-4与正月牙形透镜B-长-5之间的空气隙间隔是3.58mm。
9.根据权利要求7所述的中波红外两档视场一体化热成像系统，其特征在于：当切换镜组B为短焦镜组B-短时，固定镜组A与切换镜组B-短之间的空气间隔是130.21mm，切换镜组B与调焦镜组C之间的空气间隔是18.3mm，固定组A中：正月牙形透镜A-1与负月牙形透镜A-2之间的空气间隔为4.37mm，短焦镜组B-短中，负月牙形透镜B-短-1与正月牙形透镜B-短-2之间的空气间隔是0.63mm，正月牙形透镜B-短-2与负月牙形透镜B-短-3之间的空气隙间隔是7.77mm，负月牙形透镜B-短-3与平凹透镜B-短-4之间的空气隙间隔是5.24mm，平凹透镜B-短-4与正月牙形透镜B-短-5之间的空气间隔是3.72mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20110928 Effective date of abandoning: 20120627 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20110928 Effective date of abandoning: 20120627 |