CN208921958U - 一种日盲紫外型连续变倍光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种日盲紫外型连续变倍光学系统，属于光学设备领域。包括系统支架结构件、光学镜组和镜筒，光学镜组设置在镜筒内，还包括变倍组件；变倍组件包括变倍凸、电机和齿轮组，光学镜组设置在镜筒内，前后依次设置为前固定组、变倍组、补偿组、后固定组，变倍凸轮套设在镜筒中段，包覆变倍组和补偿组，在系统支架结构件上的设有电机，电机通过齿轮组与变倍凸轮配合连接；变倍凸轮上设有变倍槽和补偿槽；所述变倍组安装在变倍槽上，与变倍槽滑动连接，补偿组安装在补偿槽上，与补偿槽滑动连接。日盲紫外型连续变倍光学系统变倍凸轮实现焦距调节的补偿，提高成像质量，使像面成像清晰。

Description

一种日盲紫外型连续变倍光学系统

技术领域

本实用新型属于光学设备领域，具体涉及一种日盲紫外型连续变倍光学系统。

背景技术

通常情况下,传统的变焦系统的构成基本上都是由运动光学元件来实现的。对于这种形式,系统在设计与加工完成之后,每个组元的焦距就是固定不变的。因此只能通过改变各组元之间距离的方式来达到焦距变化的目的。一般情况下,变焦过程中组元之间的间隔改变之后,变焦系统的像面也会随之移动，造成成像质量差，图像不清晰，影响目标的判断。因此需要有的组元作抵消像面移动的补偿运动来消除像面的有害移动。现有的连续变倍镜头都是采用直流电机直接带动的方式，好一点的是使用超声电机带动镜组移动的方式，这两种方式均存在无法检测反馈实际焦距位置和调节精度不高的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种日盲紫外型连续变倍光学系统，变焦准确，调节精度更高，能够提高成像质量。

一种日盲紫外型连续变倍光学系统，包括系统支架结构件、光学镜组和镜筒，光学镜组设置在镜筒内，其特征在于所述的日盲紫外型连续变倍光学系统还包括变倍组件；变倍组件包括变倍凸轮、电机和齿轮组，光学镜组设置在镜筒内，前后依次设置为前固定组、变倍组、补偿组、后固定组，变倍凸轮套设在镜筒中段，包覆变倍组和补偿组，在系统支架结构件上的设有电机，电机通过齿轮组与变倍凸轮配合连接；变倍凸轮上设有变倍槽和补偿槽；所述变倍组安装在变倍槽上，与变倍槽滑动连接，补偿组安装在补偿槽上，与补偿槽滑动连接。

进一步的，所述的变倍组件还包括电位器，镜筒上固定设有环形支架，电位器安装在环形支架，并通过齿轮组与变倍凸轮连接。

进一步的，所述的镜筒上设有轴向的滑槽，变倍组和补偿组与滑槽滑动连接。

进一步的，所述的变倍组和补偿组上分别设有固定连接的滑杆，变倍组和补偿组通过滑杆与变倍槽和补偿槽滑动连接，与镜筒上的滑槽滑动连接。

进一步的，所述的变倍槽为线性槽；所述补偿槽为非线性槽。

进一步的，所述的变倍组件还包括设置在系统支架结构件上的两个限位开关，设置在线槽的起点和终点位置，所述限位开关采用光电开关。

进一步的，所述的齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮，第一齿轮与电机连接，第三齿轮固定设置在变倍凸轮上，并通过第二齿轮与第一齿轮连接，电位器通过第四齿轮与第三齿轮连接。

进一步的，所述的变倍组件还包括减速箱，电机和减速箱的轴与齿轮组固定连接，电机为步进电机。

进一步的，所述的第三齿轮与变倍凸轮为一体成型结构。

日盲紫外型连续变倍光学系统变倍凸轮实现焦距的调节及像距变动的补偿，提高成像质量，使像面成像清晰；通过带有减速箱的电机进行调节比通常变倍光学系统调节要精细，精度要高，而使用的电位器可以记录实时的准确位置对应的焦距值跟理论的焦距值进行比较以此来对于光学变倍进行微调构成闭环调节系统，使得整个连续变倍光学系统更加准确，调节精度更高。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型俯视结构示意图；

图3为本实用新型光学系统仿真示意图；

图4为变倍凸轮结构示意图；

其中：1-镜筒；2-第一限位开关；3-系统支架结构件；4-第二限位开关；5-电机；6-减速箱；7-第一齿轮；8-第二齿轮；9-补偿槽；10-后固定组；11-环形支架；12-电位器；13-第三齿轮；14-第四齿轮；15-补偿组；16-变倍组；17-变倍槽；18-变倍凸轮；19-前固定组；20-滑槽。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1至图4所示，本实用新型提供了一种日盲紫外型连续变倍光学系统，包括系统支架结构件3、变倍组件、光学镜组和安装在系统支架结构件3上的镜筒1。变倍组件包括变倍凸轮18、电机5、减速箱6、电位器12、齿轮组和限位开关，光学镜组设置在镜筒1内。系统支架结构件3包括底板和支撑架，支撑架安装在底板上，镜筒1安装在支撑架上，电机5与减速箱6连接，均与底板通过支撑架固定连接。镜筒1通过支撑架固定连接在底板上，变倍凸轮18套设在镜筒1中段,其包覆范围内有变倍组16和补偿组15两组镜片组，镜筒1上设有平行于轴线的滑槽20，并保证变倍组16和补偿组15的轴向移动。变倍凸轮18直径为φ80mm，变倍凸轮18上设有线槽，包括变倍槽17和补偿槽9，可以各有两条，分别以变倍凸轮18的中轴线对称，是变倍组16和补偿组15移动更加稳定。变倍槽17和补偿槽9均为曲线槽。

镜筒1后段固定设有环形支架11，环形支架11上安装电位器12，电位器12与变倍凸轮18连接。变倍凸轮18上固定设置的第三齿轮13与第二齿轮8和第四齿轮14相连接。第一齿轮7与减速箱6连接，第三齿轮13与变倍凸轮18固定连接，可以是一体成型结构，并通过第二齿轮8与第一齿轮7连接，第四齿轮14与第三齿轮13和电位器12连接。在电机5转动时，通过减速箱6减速，减速箱6为多级减速箱，电机5为步进电机。减速箱6通过齿轮带动变倍凸轮18转动时，同时带动电位器12的轴转动。减速箱6将电机5输出的较高转速以低速传递至镜筒，以提高调焦机构的调节精度。

紫外光学系统采用焦距由150mm至50mm连续3╳变焦的设计方案，对应视场范围6.6°～19.8°，波长范围为240nm～280nm。在焦距50mm至150mm变化过程中，视场角由20°逐渐缩小至6.5°，最短的观察距离由10m变化至100m。

整个光学系统由九组光学镜组所构成，光学总长为226mm，包括依次设置的前固定组19、变倍组16、补偿组15、后固定组10。前固定组19设置于镜筒1前段，后固定组10设置于镜筒1后段，变倍组16和补偿组15设置镜筒1中段，且位于变倍凸轮18内；变倍组16和补偿组15通过滑杆安装在镜筒1的滑槽20内，同时，变倍组16通过滑杆安装在变倍槽17上，与变倍槽17滑动连接，补偿组15通过滑杆安装在补偿槽9上，与补偿槽9滑动连接，滑杆可以为固定于变倍组16和补偿组15的螺钉。变倍槽17为线性槽；补偿槽9为非线性槽。当变倍凸轮18在电机5的带动下转动时，变倍组16在变倍槽17的带动下移动，沿着镜筒1上的滑槽20做线性移动改变焦距，补偿组15在补偿槽9的带动下，沿着镜筒1上的滑槽20做相对位置点的非线性移动来补偿。

系统支架结构件3上设有两个限位开关，分别为第一限位开关2和第二限位开关4，第一限位开关2和第二限位开关4设置在系统支架结构件3上对应变倍槽17的起点和终点的位置，用于长焦和短焦极限位置的限位作用，所述限位开关采用位置传感器，具体采用光电开关。当变倍组16移动到光电开关位置时，触发光电开关，发送信号给控制板指示到极限位置了，使电机5不能再跟之前一个方向转动，控制变倍的极限位置，控制变焦范围和避免发生碰撞而使系统受损。

变焦镜头主要是通过短焦情况下以大视场实现对目标的捕获，然后通过连续变倍到长焦以小视场锁定目标实现精确的跟踪。通过调节镜头内部变倍组16和补偿组15的相对空气间隔，即轴向的相对位置来实现变焦。需要变倍时，电机5转动，从而带动减速箱6转动，减速箱6通过变倍组件带动变倍凸轮18转动，从而使安装在变倍凸轮18上的变倍组16和补偿组15分别沿着变倍槽17和补偿槽9移动，同时变倍组16和补偿组15的滑杆还设置于镜筒1的滑槽20内，因此变倍组16为按照变倍槽17和镜筒1上直线滑槽20的复合移动，补偿组15为按照补偿槽9和镜筒1上直线滑槽20的复合移动，变倍组16和补偿组15之间的相对位置发生了变化，在实现变焦的同时，补偿了由于变焦引起的成像位置的移动。同时变倍组件还带动电位器12转动，通过电位器12能够采集电位器12转动的角度，从而计算变倍凸轮18转动的角度，进一步计算出变焦过程中每个位置的焦距。若焦距调节精度不在误差范围内，可继续控制电机5转动，带动变倍凸轮18调焦。当变倍组16移动到极限位置时，触发限位开关，电机5停止往之前一个方向转动。

在变倍过程中采用机械补偿法和常规的负组补偿形式，补偿曲线符合以下公式：

其中：M-变焦倍率；M_max-最大变焦倍率；α-凸轮的最大转角；θ-凸轮的转角；n-凸轮曲线系数或调节系数。

通过计算机优化设计，将不同的变焦倍率M、最大变焦倍率M_max、凸轮的最大转角α、凸轮曲线系数n带入公式(1)，计算出不同的凸轮转角θ，从而确定补偿槽9的曲线，尽量减小不平衡力矩对平台稳定精度的影响。同时，提高凸轮的加工精度，加大凸轮的转角，合理调整变倍槽17和补偿槽9曲线的升角,保证变倍过程中的像点稳定性，以获得较好的图像质量。变倍控制采取闭环控制的方式，结构简单、工作可靠、易于实现。变倍过程中，两滑架间距合理，尽量增大滑架的刚度以减小光轴晃动。

Claims (9)

1.一种日盲紫外型连续变倍光学系统，包括系统支架结构件（3）、光学镜组和镜筒（1），光学镜组设置在镜筒（1）内，其特征在于所述的日盲紫外型连续变倍光学系统还包括变倍组件；变倍组件包括变倍凸轮（18）、电机（5）和齿轮组，光学镜组设置在镜筒（1）内，前后依次设置为前固定组（19）、变倍组（16）、补偿组（15）、后固定组（10），变倍凸轮（18）套设在镜筒（1）中段，包覆变倍组（16）和补偿组（15），在系统支架结构件（3）上的设有电机（5），电机（5）通过齿轮组与变倍凸轮（18）配合连接；变倍凸轮（18）上设有变倍槽（17）和补偿槽（9）；所述变倍组（16）安装在变倍槽（17）上，与变倍槽（17）滑动连接，补偿组（15）安装在补偿槽（9）上，与补偿槽（9）滑动连接。

2.根据权利要求1所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的变倍组件还包括电位器（12），镜筒（1）上固定设有环形支架（11），电位器（12）安装在环形支架（11），并通过齿轮组与变倍凸轮（18）连接。

3.根据权利要求1所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的镜筒（1）上设有轴向的滑槽（20），变倍组（16）和补偿组（15）与滑槽（20）滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的变倍组（16）和补偿组（15）上分别设有固定连接的滑杆，变倍组（16）和补偿组（15）通过滑杆与变倍槽（17）和补偿槽（9）滑动连接，与镜筒（1）上的滑槽（20）滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的变倍槽（17）为线性槽；所述补偿槽（9）为非线性槽。

6.根据权利要求1所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的变倍组件还包括设置在系统支架结构件（3）上的两个限位开关，设置在线槽的起点和终点位置，所述限位开关采用光电开关。

7.根据权利要求1所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的齿轮组包括第一齿轮（7）、第二齿轮（8）、第三齿轮（13）、第四齿轮（14），第一齿轮（7）与电机（5）连接，第三齿轮（13）固定设置在变倍凸轮（18）上，并通过第二齿轮（8）与第一齿轮（7）连接，电位器（12）通过第四齿轮（14）连接与第三齿轮（13）连接。

8.根据权利要求1所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的变倍组件还包括减速箱（6），电机（5）和减速箱（6）的轴与齿轮组固定连接，电机（5）为步进电机。

9.根据权利要求7所述的一种日盲紫外型连续变倍光学系统，其特征在于所述的第三齿轮（13）与变倍凸轮（18）为一体成型结构。