一種雙視場自動切換的光學鏡頭及其雙視場自動切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙視場自動切換的光學鏡頭，包括以下部分：一直線傳動機構；一固定筒：包括一沿母線開槽，前鏡筒和限位環(huán)分別連接在固定筒兩端；一前固定組：包括一前鏡筒，該前鏡筒與固定筒的前端固聯(lián)，前鏡筒與支撐架組件的前端固聯(lián)；一調(diào)焦機構；一變倍組：一后固定組：包括一后固定筒，后固定筒位于限位環(huán)內(nèi)，后固定筒上安裝的限位釘沿外調(diào)焦環(huán)的內(nèi)螺紋滑動，將外調(diào)焦環(huán)的旋轉運動轉換為后固定筒在限位環(huán)內(nèi)沿光軸方向的前后運動；一透鏡組；一系統(tǒng)控制器。該鏡頭采用機械補償式的演變形式，通過系統(tǒng)控制器驅(qū)動第二電機帶動變倍組前后移動實現(xiàn)兩檔自動變焦，能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外雙視場切換，起到遠距離探測的目的。
【專利說明】一種雙視場自動切換的光學鏡頭及其雙視場自動切換方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械及光學領域，具體涉及一種雙視場自動切換的光學鏡頭及其雙視場自動切換方法。該光學鏡頭采用雙視場切換的形式達到寬視場捕獲和窄視場跟蹤的目的，應用于發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標。
【背景技術】
[0002]在用于對空中近程目標(作用距離45Km)探測、捕獲、跟蹤和測量的光電自動跟蹤系統(tǒng)中需要使用變焦光學鏡頭，該光學鏡頭由于應用需要，既要滿足遠距離目標大視場范圍的探測，又要滿足對探測目標小視場細節(jié)分辨的能力，因此對其長焦焦距和成像質(zhì)量均有較高的要求，從而使得其光學系統(tǒng)設計難度較大。現(xiàn)有變焦鏡頭的機械結構復雜，變焦時間長，加工裝配比較難，使得生產(chǎn)成本高，變焦后焦距精度難于控制，不易于達到精確測量的目的，而且其復雜的結構也使得產(chǎn)品易在使用時受到損壞，且維護也比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種雙視場自動切換的光學鏡頭，該鏡頭采用機械補償式的演變形式，通過電機驅(qū)動變倍組前后移動實現(xiàn)兩檔自動變焦，能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外雙視場切換，起到遠距離探測的目的。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以解決:
[0005]一種雙視場自動切換的光學鏡頭，包括以下部分:
[0006]一直線傳動機構:包括一支撐架組件、一滾珠絲杠、一聯(lián)軸器、第二電機；所述滾珠絲杠設置在支撐架組件上，第二電機通過聯(lián)軸器連接滾珠絲杠，滾珠絲杠與變倍組連接，為變倍組提供驅(qū)動力；
[0007]—固定筒:包括一沿母線開槽，前鏡筒和限位環(huán)分別連接在固定筒兩端；
[0008]一前固定組:包括一前鏡筒，該前鏡筒與固定筒的前端固聯(lián)，前鏡筒與支撐架組件的前端固聯(lián)；
[0009]—調(diào)焦機構:包括一限位環(huán)、一外調(diào)焦環(huán)、一帶減速箱的直流第一電機和一齒輪組，該限位環(huán)前端與固定筒固聯(lián)，且限位環(huán)與支撐架組件后端固聯(lián)；該限位環(huán)后端與后固定組限位環(huán)連接；第一電機通過齒輪組連接外調(diào)焦環(huán)；外調(diào)焦環(huán)安裝在限位環(huán)的外圓柱面上，所述限位環(huán)(設有一沿圓柱母線的開槽；該第一電機通過齒輪組與外調(diào)焦環(huán)相連，第一電機驅(qū)動齒輪組旋轉從而帶動外調(diào)焦環(huán)旋轉；
[0010]一變倍組:包括一變倍鏡筒，該變倍鏡筒位于固定筒內(nèi)，該變倍鏡筒通過連接軸與直線傳動機構連接，變倍鏡筒通過第二電機和滾珠絲杠的驅(qū)動，從而沿固定筒母線開槽做軸向運動；
[0011]一后固定組:包括一后固定筒，后固定筒位于限位環(huán)內(nèi)，后固定筒上安裝的限位釘沿外調(diào)焦環(huán)的內(nèi)螺紋滑動，將外調(diào)焦環(huán)的旋轉運動轉換為后固定筒在限位環(huán)內(nèi)沿光軸方向的前后運動；[0012]一透鏡組:前鏡筒、變倍鏡筒和后固定筒內(nèi)分別安裝有同心設置的透鏡組。
[0013]進一步的，所述鏡頭還包括一系統(tǒng)控制器，所述直線傳動機構還包括擋板、兩光電開關、兩光電開關座、兩微動開關和兩限位塊；所述擋板與微動開關擋板分別安裝在變倍組下支架的兩側；兩個光電開關通過光電開關座安裝在支撐架組件的一側且位于支撐架組件長度方向的兩端；兩個微動開關通過限位塊安裝在支撐架組件的另一側且位于支撐架組件長度方向的兩端；系統(tǒng)控制器與兩光電開關、兩微動開關、第一電機和第二電機分別連接。
[0014]進一步的，所述支撐架組件上還設置有兩條平行于滾珠絲杠的直線圓柱導軌，兩個軸承架分別通過一直線軸承安裝在一直線圓柱導軌上；兩個軸承架的上端分別固定在變倍組下支架的兩端用于支撐變倍組下支架。
[0015]進一步的，所述直線軸承的外圓柱面與軸承架內(nèi)圓柱面配合，再通過螺釘將軸承架與一軸承止動板固聯(lián)，將直線軸承固定在軸承架內(nèi)。
[0016]進一步的，所述前鏡筒內(nèi)的透鏡組為由前向后依次同心的安裝一正透鏡、一負透鏡、一雙膠合透鏡和一負透鏡。
[0017]進一步的，所述變倍鏡筒內(nèi)的透鏡組為由前向后依次同心安裝的一正透鏡、一雙膠合透鏡和一正透鏡。
[0018]進一步的，所述雙膠合透鏡由兩個同心粘接在一起的一正透鏡和一負透鏡組成。
[0019]進一步的，所述后固定筒內(nèi)的透鏡組為由前向后依次同心安裝的一負透鏡、一正透鏡、一負透鏡和一正透鏡。
[0020]上述的雙視場自動切換的光學鏡頭的雙視場自動切換方法，包括如下步驟:
[0021]需要調(diào)焦時，啟動系統(tǒng)控制器驅(qū)動和控制第一電機帶動后固定組沿光軸方向前后移動；
[0022]需要視場切換時，啟動系統(tǒng)控制器控制第二電機帶動變倍組在固定筒內(nèi)沿光軸方向加速運動，當安裝在變倍組下支架一側的擋板觸發(fā)第一個光電開關，該光電開關向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號，系統(tǒng)控制器控制第二電機帶動變倍組勻速運動，當擋板觸發(fā)第二個光電開關，該光電開關向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號，系統(tǒng)控制器控制第二電機帶動變倍組減速運動；當微動開關擋板觸發(fā)任一微動開關，該微動開關向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號，系統(tǒng)控制器控制第二電機停止轉動。
[0023]本發(fā)明的光學鏡頭采用機械補償?shù)男问?，通過電機驅(qū)動變倍組前后移動實現(xiàn)兩檔自動變焦，能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外雙視場切換，起到遠距離探測的目的；同時，采用了雙膠合透鏡的同心粘接在一起的正透鏡和負透鏡配對形式，使得正光焦度和負光焦度結合有效校正高級球差和彗差；采用雙膠合透鏡與一單透鏡組合的形式彌補了校正高級像差的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的雙視場自動切換的光學鏡頭的原理框圖。
[0025]圖2是本發(fā)明的雙視場自動切換的光學鏡頭處于短焦狀態(tài)時的光學系統(tǒng)圖。
[0026]圖3是本發(fā)明的雙視場自動切換的光學鏡頭處于長焦狀態(tài)時的光學系統(tǒng)圖。
[0027]圖4是CXD靶面尺寸和探測到目標的空域范圍關系圖。
[0028]圖5是長焦位置球差曲線。
[0029]圖6是短焦位置球差曲線。[0030]圖7是短焦位置傳遞函數(shù)圖。
[0031]圖8是長焦位置傳遞函數(shù)圖。
[0032]圖9是本發(fā)明的雙視場自動切換的光學鏡頭的剖視圖。
[0033]圖10是本發(fā)明的雙視場自動切換的光學鏡頭的三維爆炸圖。
[0034]圖11是本發(fā)明的雙視場自動切換的光學鏡頭的俯視圖。
[0035]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步解釋說明。
【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明的主要思路是對變焦鏡頭的焦距進行確定，使變焦鏡頭在有霧的環(huán)境下既滿足遠距離目標大視場范圍的探測，又滿足對探測目標小視場細節(jié)分辨的能力。為了滿足透霧功能，本發(fā)明的鏡頭的波段選擇為790nm-910nm。焦距是光學設計的重要參數(shù)，以下根據(jù)表1所示的Johnson準則，將翼展Sm飛機作為目標，對要滿足上述要求的光學鏡頭的焦距進行確定。
[0037]表1 Johnson 準則
[0038]
【權利要求】
1.一種雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，包括以下部分:一直線傳動機構(6):包括一支撐架組件(33)、一滾珠絲杠(44)、一聯(lián)軸器(32)、第二電機(31);所述滾珠絲杠(44)設置在支撐架組件(33)上，第二電機(31)通過聯(lián)軸器(32)連接滾珠絲杠(44)，滾珠絲杠(44)與變倍組(2)連接，為變倍組(2)提供驅(qū)動力；一固定筒(11):包括一沿母線開槽，前鏡筒(8)和限位環(huán)(18)分別連接在固定筒(11)兩端；一前固定組(1):包括一前鏡筒(8)，該前鏡筒(8)與固定筒(11)的前端固聯(lián)，前鏡筒(8)與支撐架組件(33)的前端固聯(lián)；一調(diào)焦機構(3):包括一限位環(huán)(18)、一外調(diào)焦環(huán)(21)、一帶減速箱的直流第一電機(19)和一齒輪組(20)，該限位環(huán)(18)前端與固定筒(11)固聯(lián)，且限位環(huán)(18)與支撐架組件(33)后端固聯(lián)；該限位環(huán)(18)后端與后固定組限位環(huán)(22)連接；第一電機(19)通過齒輪組(20)連接外調(diào)焦環(huán)(21);外調(diào)焦環(huán)(21)安裝在限位環(huán)(18)的外圓柱面上，所述限位環(huán)(18)設有一沿圓柱母線的開槽；該第一電機(19)通過齒輪組(20)與外調(diào)焦環(huán)(21)相連，第一電機(19)驅(qū)動齒輪組(20)旋轉從而帶動外調(diào)焦環(huán)(21)旋轉；一變倍組(2):包括一`變倍鏡筒(17)，該變倍鏡筒(17)位于固定筒(11)內(nèi)，該變倍鏡筒(17)通過連接軸(13)與直線傳動機構(6)連接，變倍鏡筒(17)通過第二電機(31)和滾珠絲杠(44)的驅(qū)動，從而沿固定筒(11)母線開槽做軸向運動；一后固定組(4):包括一后固定筒(30),后固定筒(30)位于限位環(huán)(18)內(nèi)，后固定筒(30)上安裝的限位釘沿外調(diào)焦環(huán)(21)的內(nèi)螺紋滑動，將外調(diào)焦環(huán)(21)的旋轉運動轉換為后固定筒(30)在限位環(huán)(18)內(nèi)沿光軸方向的如后運動；一透鏡組:前鏡筒(8)、變倍鏡筒(17)和后固定筒(30)內(nèi)分別安裝有同心設置的透鏡組。
2.如權利要求1所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述鏡頭還包括一系統(tǒng)控制器(7)，所述直線傳動機構(6)還包括擋板(15)、兩光電開關(14)、兩光電開關座(12)、兩微動開關(41)和兩限位塊(35);所述擋板(15)與微動開關擋板(38)分別安裝在變倍組下支架(37)的兩側；兩個光電開關(14)通過光電開關座(12)安裝在支撐架組件(33)的一側且位于支撐架組件(33)長度方向的兩端；兩個微動開關(41)通過限位塊(35)安裝在支撐架組件(33)的另一側且位于支撐架組件(33)長度方向的兩端；系統(tǒng)控制器(7)與兩光電開關、兩微動開關、第一電機(19)和第二電機(1)分別連接。
3.如權利要求1所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述支撐架組件(33)上還設置有兩條平行于滾珠絲杠(44)的直線圓柱導軌(43)，兩個軸承架(40)分別通過一直線軸承(10)安裝在一直線圓柱導軌(43)上；兩個軸承架(40)的上端分別固定在變倍組下支架(37)的兩端用于支撐變倍組下支架(37)。
4.如權利要求3所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述直線軸承(10)的外圓柱面與軸承架(40 )內(nèi)圓柱面配合，再通過螺釘將軸承架(40 )與一軸承止動板(42 )固聯(lián)，將直線軸承(10)固定在軸承架(40)內(nèi)。
5.如權利要求1所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述前鏡筒(8)內(nèi)的透鏡組為由前向后依次同心安裝的一正透鏡、一負透鏡、一雙膠合透鏡和一負透鏡。
6.如權利要求1所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述變倍鏡筒(16)內(nèi)的透鏡組為由前向后依次同心安裝的一正透鏡、一雙膠合透鏡和一正透鏡。
7.如權利要求5或6所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述雙膠合透鏡由兩個同心粘接在一起的一正透鏡和一負透鏡組成。
8.如權利要求1所述的雙視場自動切換的光學鏡頭，其特征在于，所述后固定筒(30)內(nèi)的透鏡組為由前向后依次同心安裝的一負透鏡、一正透鏡、一負透鏡和一正透鏡。
9.權利要求2所述的雙視場自動切換的光學鏡頭的雙視場自動切換方法，其特征在于，包括如下步驟: 需要調(diào)焦時，啟動系統(tǒng)控制器(7)控制第一電機(19)帶動后固定組(4)沿光軸方向前后移動； 需要視場切換時，啟動系統(tǒng)控制器(7)控制第二電機(31)帶動變倍組(2)在固定筒(11)內(nèi)沿光軸方向加速運動，當安裝在變倍組下支架(37)—側的擋板(15)觸發(fā)第一個光電開關(14),該光電開關(14)向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號,系統(tǒng)控制器(7)控制第二電機(31)帶動變倍組(2)勻速運動，當擋板(15)觸發(fā)第二個光電開關(14)，該光電開關(14)向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號，系統(tǒng)控制器(7)控制第二電機(31)帶動變倍組(2)減速運動；當微動開關擋板(38)觸發(fā)任一微動開關(41),該微動開關(41)向系統(tǒng)控制器發(fā)出信號,系統(tǒng)控制器(7)控制第二電機(31)停止轉動。
【文檔編號】G02B7/28GK103676083SQ201310693120
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權日:2013年12月16日
【發(fā)明者】于春玲, 楊淑娟 申請人:西安天和防務技術股份有限公司