本發(fā)明涉及一種長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭及其變焦方法，涉及光學技術領域。

背景技術：

紅外鏡頭具有抗干擾能力強、可全天候全天時工作、穿透煙塵及霧霾能力強等優(yōu)點。隨著紅外成像技術的快速發(fā)展，安防監(jiān)控等領域對紅外變焦距光學系統(tǒng)有著迫切的應用需求。但是現(xiàn)有的紅外變焦距鏡頭尺寸偏大、攜帶不方便，靶面小、長短焦距選擇不合理，圖像質量不佳，對紅外目標的搜索和識別能力有限，限制了其應用范圍。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對以上不足之處，提供了一種結構簡單的長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭及其變焦方法。

本發(fā)明的技術方案是，一種長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭，所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線從左向右入射方向依次設有前固定組A、變倍組B、后固定組C，所述前固定組A包括第一正彎月透鏡A-1；所述變倍組B包括雙凹負透鏡B-1；所述后固定組C包括從左向右依次設置的雙凸正透鏡C-1、第二正彎月透鏡C-2、第三正彎月透鏡C-3。

進一步的，所述前固定組A與變倍組B之間短焦的空氣間隔為18.01mm，長焦的空氣間隔為43.88mm，所述變倍組B與后固定組C之間短焦的空氣間隔為43.23mm，長焦的空氣間隔為17.36mm。

進一步的，所述雙凸正透鏡C-1和第二正彎月透鏡C-2之間的空氣間隔為22.71mm，所述第二正彎月透鏡C-2和第三正彎月透鏡C-3之間的空氣間隔為42.32mm。

進一步的，所述鏡頭的機械結構包括沿光線的入射方向從左向右依次設置的變倍組件、調(diào)焦組件、光欄組件、校正組件，所述變倍組B設于變倍組件內(nèi)。

進一步的，所述鏡頭的機械結構還包括主鏡筒，所述變倍組件包括位于主鏡筒內(nèi)部的變倍滑架，所述變倍滑架的內(nèi)部固設有變倍鏡筒；所述變倍滑架通過與主鏡筒研磨配合安裝在主鏡筒上，所述主鏡筒的外部中后段設有變倍凸輪，所述變倍凸輪通過鋼珠置于主鏡筒上，用以組成滾動軸承，并經(jīng)凸輪壓圈鎖緊；所述變倍凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的變倍曲線槽，所述變倍凸輪與變倍滑架經(jīng)變倍導釘組件連接在一起；所述主鏡筒的外部設有變倍電機組件，所述變倍電機組件包括變倍電機與微動開關組件、微動開關撥釘，所述變倍電機通過變倍電機支架和變倍電機立柱安裝在主鏡筒上；所述變倍電機的輸出軸上連接有變倍電機齒輪，所述變倍凸輪的后端面上螺接有環(huán)形的變倍凸輪齒輪，所述變倍電機齒輪與變倍凸輪齒輪嚙合，所述主鏡筒上設有用以限制變倍導釘組件的直槽A，所述主鏡筒的內(nèi)部前端螺接有前組鏡筒，所述前固定組A安裝在前組鏡筒內(nèi)，所述第一正彎月透鏡A-1的前端設有前組壓圈，所述變倍組B安裝在變倍鏡筒內(nèi)，所述雙凹負透鏡B-1的前端設有變倍壓圈，所述變倍滑架上開設有兩個排氣孔，所述變倍滑架前端的內(nèi)部空氣經(jīng)排氣孔與后端的內(nèi)部空氣相連通。

進一步的，所述變倍凸輪的前端與主鏡筒的外表面之間設有用于確保焦距定位準確與穩(wěn)定的焦距定位機構，所述焦距定位機構包括定位座，所述定位座上沿著變倍凸輪的旋轉方向開設有直槽口，所述定位座經(jīng)插入直槽口的螺釘螺接在主鏡筒的外表面，所述定位座上開設有末端貫穿定位座的徑向軸孔，所述徑向軸孔的末端嵌設有一個鋼珠，所述鋼珠與徑向軸孔間隙配合，所述鋼珠的頂部設有嵌設于徑向軸孔內(nèi)的壓板，所述壓板經(jīng)壓板頂部的彈簧壓緊于鋼珠的上方，所述變倍凸輪前端的外圓周表面邊緣上開設有若干個定位槽，所述鋼珠嵌設于定位槽或壓緊于外圓周表面上，所述彈簧的中部插設有彈簧定位軸，所述徑向軸孔的頂部設有彈簧壓圈。

進一步的，所述調(diào)焦組件包括后組鏡筒，所述后組鏡筒螺接于主鏡筒的后端面上，所述后組鏡筒的前端沿主鏡筒的后端伸入主鏡筒內(nèi)部，所述雙凸正透鏡C-1經(jīng)壓圈A安裝在后組鏡筒的前端，所述第二正彎月透鏡C-2經(jīng)壓圈B安裝在后組鏡筒的中部，所述后組鏡筒的內(nèi)后端設有調(diào)焦鏡筒，所述第三正彎月透鏡C-3安裝在調(diào)焦鏡筒上，所述調(diào)焦鏡筒通過與后組鏡筒研磨配合安裝在后組鏡筒上，所述后組鏡筒的外部中后段設有調(diào)焦凸輪，所述調(diào)焦凸輪同軸套設于后組鏡筒上，并經(jīng)調(diào)焦凸輪壓圈鎖緊；所述調(diào)焦凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的調(diào)焦曲線槽，所述調(diào)焦凸輪與調(diào)焦鏡筒經(jīng)調(diào)焦凸輪導釘連接在一起；所述調(diào)焦鏡筒的外部設有調(diào)焦電機組件，所述調(diào)焦電機組件包括調(diào)焦電機與微動開關組件二，所述調(diào)焦電機通過調(diào)焦電機支架和調(diào)焦電機立柱安裝在調(diào)焦鏡筒上；所述調(diào)焦電機的輸出軸上連接有調(diào)焦電機齒輪，所述調(diào)焦凸輪的外周設有環(huán)形的調(diào)焦凸輪齒輪，所述調(diào)焦電機齒輪與調(diào)焦凸輪齒輪嚙合，所述調(diào)焦鏡筒上設有用以限制調(diào)焦凸輪導釘?shù)闹辈跙。

進一步的，所述校正組件包括經(jīng)沉頭螺釘與后組鏡筒的后端面螺接的校正艙，所述校正艙的內(nèi)部鉸接有一校正板，所述校正板的形狀為扇形，所述校正板的圓心處鉸接在校正艙的內(nèi)底部，所述校正組件還包括校正電機，所述校正電機的輸出軸上連接有位于校正艙內(nèi)部的校正電機齒輪，所述校正電機齒輪嚙合有一中間齒輪，所述中間齒輪與校正板的圓弧周部上的輪齒嚙合，驅動校正板繞圓心轉動，所述校正板的中心線的一側開設有通光孔，所述校正電機通過校正電機支架和校正電機立柱安裝在校正艙上，所述校正艙的內(nèi)部還設有限位微動開關組件，所述校正艙經(jīng)校正艙蓋板進行密封，校正艙的內(nèi)底部也設有通光孔。

進一步的，所述校正艙蓋板的后端部設有探測器組件。

一種長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭的變焦方法，包括以下步驟：

（1）變倍電機的轉子做正負旋轉運動，帶動變倍凸輪做相應的轉動；

（2）變倍曲線槽及變倍導釘組件帶動變倍滑架按變倍曲線槽的方式運動，在直槽限制下，變倍滑架的旋轉運動變?yōu)橹本€運動進行變焦。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：（1）該長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭的光學系統(tǒng)結構簡單，鏡頭結構裝配緊湊、長度短、體積小攜帶方便，具有結構緊湊、大靶面、高分辨率等優(yōu)點。（2）該鏡頭焦距為40mm-120mm，可匹配像元數(shù)為640*512、像元大小為17um的大靶面探測器。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明專利進一步說明。

圖1為該發(fā)明實施例短焦時的光學系統(tǒng)示意圖；

圖2為該發(fā)明實施例長焦時的光學系統(tǒng)示意圖；

圖3為該發(fā)明實施例的機械結構示意圖；

圖4為該發(fā)明實施例的變倍組件的結構示意圖一；

圖5為該發(fā)明實施例的變倍組件的結構示意圖二；

圖6為焦距定位機構的結構示意圖一；

圖7為焦距定位機構的結構示意圖二；

圖8為焦距定位機構的結構示意圖三；

圖9為焦距定位機構的工作狀態(tài)示意圖；

圖10為該發(fā)明實施例的調(diào)焦組件的結構示意圖一；

圖11為該發(fā)明實施例的調(diào)焦組件的結構示意圖二；

圖12為該發(fā)明實施例的校正組件的結構示意圖一；

圖13為該發(fā)明實施例的校正組件的結構示意圖二；

圖14為該發(fā)明實施例的外形結構示意圖一；

圖15為該發(fā)明實施例的外形結構示意圖二；

圖16為該發(fā)明實施例的外形結構示意圖三；

圖17為該發(fā)明實施例的外形結構示意圖四；

圖中：

A-前固定組A；B-變倍組B；C-后固定組C；A-1第一正彎月透鏡A-1；B-1雙凹負透鏡B-1；C-1雙凸正透鏡C-1；C-2第二正彎月透鏡C-2；C-3第三正彎月透鏡C-3； 1-變倍組件；2-調(diào)焦組件；3-光欄組件；4-校正組件；5-主鏡筒；6-變倍滑架；7-變倍鏡筒；8-變倍凸輪；9-鋼珠；10-凸輪壓圈；11-變倍導釘組件；12-變倍電機；13-微動開關組件；14-微動開關撥釘；15-變倍電機支架；16-變倍電機立柱；17-變倍電機齒輪；18-變倍凸輪齒輪；19-直槽A；20-前組鏡筒；21-前組壓圈；22-變倍壓圈；23-排氣孔；24-焦距定位機構；25-定位座；26-直槽口；27-徑向軸孔；28-鋼珠；29-壓板；30-彈簧；31-定位槽；32-彈簧定位軸；33-彈簧壓圈；34-后組鏡筒；35-壓圈A；36-壓圈B；37-調(diào)焦鏡筒；38-調(diào)焦凸輪；39-調(diào)焦凸輪壓圈；40-調(diào)焦凸輪導釘；41-調(diào)焦電機；42-微動開關組件二；43-調(diào)焦電機支架；44-調(diào)焦電機立柱；45-調(diào)焦電機齒輪；46-調(diào)焦凸輪齒輪；47-直槽B；48-校正艙；49-校正板；50-校正電機；51-校正電機齒輪；52-中間齒輪；53-輪齒；54-通光孔；55-校正電機支架；56-校正電機立柱；57-限位微動開關組件；58-校正艙蓋板；59-探測器組件。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

如圖1～17所示，一種長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭，所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線從左向右入射方向依次設有前固定組A、變倍組B、后固定組C，所述前固定組A包括第一正彎月透鏡A-1；所述變倍組B包括雙凹負透鏡B-1；所述后固定組C包括從左向右依次設置的雙凸正透鏡C-1、第二正彎月透鏡C-2、第三正彎月透鏡C-3，第二正彎月透鏡C-2的材料為ZnSe，第一正彎月透鏡A-1、雙凹負透鏡B-1、雙凸正透鏡C-1、第三正彎月透鏡C-3的材料均為鍺。

在本實施例中，所述前固定組A與變倍組B之間短焦（f=40mm）的空氣間隔為18.01mm，長焦（f=120mm）的空氣間隔為43.88mm，所述變倍組B與后固定組C之間短焦的空氣間隔為43.23mm，長焦的空氣間隔為17.36mm。

在本實施例中，所述雙凸正透鏡C-1和第二正彎月透鏡C-2之間的空氣間隔為22.71mm，所述第二正彎月透鏡C-2和第三正彎月透鏡C-3之間的空氣間隔為42.32mm。

在本實施例中，所述鏡頭的機械結構包括沿光線的入射方向從左向右依次設置的變倍組件1、調(diào)焦組件2、光欄組件3、校正組件4，所述變倍組B設于變倍組件內(nèi)。

在本實施例中，所述鏡頭的機械結構還包括主鏡筒5，所述變倍組件包括位于主鏡筒內(nèi)部的變倍滑架6，所述變倍滑架的內(nèi)部固設有變倍鏡筒7；所述變倍滑架通過與主鏡筒研磨配合安裝在主鏡筒上，所述主鏡筒的外部中后段設有變倍凸輪8，所述變倍凸輪通過鋼珠9置于主鏡筒上，用以組成滾動軸承，并經(jīng)凸輪壓圈10鎖緊；所述變倍凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的變倍曲線槽，所述變倍凸輪與變倍滑架經(jīng)變倍導釘組件11連接在一起；所述主鏡筒的外部設有變倍電機組件，所述變倍電機組件包括變倍電機12與微動開關組件13、微動開關撥釘14，所述變倍電機通過變倍電機支架15和變倍電機立柱16安裝在主鏡筒上；所述變倍電機的輸出軸上連接有變倍電機齒輪17，所述變倍凸輪的后端面上螺接有環(huán)形的變倍凸輪齒輪18，所述變倍電機齒輪與變倍凸輪齒輪嚙合，所述主鏡筒上設有用以限制變倍導釘組件的直槽A19，所述主鏡筒的內(nèi)部前端螺接有前組鏡筒20，所述前固定組A安裝在前組鏡筒內(nèi)，所述第一正彎月透鏡A-1的前端設有前組壓圈21，所述變倍組B安裝在變倍鏡筒內(nèi)，所述雙凹負透鏡B-1的前端設有變倍壓圈22，所述變倍滑架上開設有兩個排氣孔23，所述變倍滑架前端的內(nèi)部空氣經(jīng)排氣孔與后端的內(nèi)部空氣相連通，避免變倍滑架前后移動時內(nèi)部空氣擠壓導致無法帶動變倍組移動，變倍導釘組件采用上下兩個滾子分別與主鏡筒的直槽A和變倍曲線槽配合，提高配合精度，從而提高焦距切換精度和光軸穩(wěn)定性。

在本實施例中，變倍凸輪齒輪通過沉頭螺釘與變倍凸輪螺接，即變倍凸輪齒輪與變倍凸輪分體加工，可把變倍凸輪齒輪直徑盡量做小，提高變倍電機齒輪與變倍凸輪齒輪的傳動比，提高變倍凸輪傳動速度，實現(xiàn)雙視場快速切換。

在本實施例中，所述前組鏡筒材質選用合金鋼，避免選用鋁材膨脹系數(shù)與光學材料膨脹系數(shù)差別過大導致無法滿足低溫-40℃-+55℃工作溫度要求。

在本實施例中，所述主鏡筒上一體化設計有用于鏡頭連接的方形法蘭。

在本實施例中，所述變倍凸輪的前端與主鏡筒的外表面之間設有用于確保焦距定位準確與穩(wěn)定的焦距定位機構24，實現(xiàn)雙視場準確重復定位，所述焦距定位機構包括定位座25，所述定位座上沿著變倍凸輪的旋轉方向開設有直槽口26，所述定位座經(jīng)插入直槽口的螺釘螺接在主鏡筒的外表面，所述定位座上開設有末端貫穿定位座的徑向軸孔27，所述徑向軸孔的末端嵌設有一個鋼珠28，所述鋼珠與徑向軸孔間隙配合，所述鋼珠的頂部設有嵌設于徑向軸孔內(nèi)的壓板29，所述壓板經(jīng)壓板頂部的彈簧30壓緊于鋼珠的上方，所述變倍凸輪前端的外圓周表面邊緣上開設有若干個定位槽31，所述鋼珠嵌設于定位槽或壓緊于外圓周表面上，所述彈簧的中部插設有彈簧定位軸32，所述徑向軸孔的頂部設有彈簧壓圈33，通過松緊彈簧壓圈可調(diào)節(jié)鋼珠與變倍凸輪的定位槽的松緊，左右調(diào)節(jié)定位座可使鋼珠落入定位槽時焦距正好滿足要求，這樣可以確保焦距定位的準確性和穩(wěn)定性。

在本實施例中，所述調(diào)焦組件包括后組鏡筒34，所述后組鏡筒螺接于主鏡筒的后端面上，所述后組鏡筒的前端沿主鏡筒的后端伸入主鏡筒內(nèi)部，所述雙凸正透鏡C-1經(jīng)壓圈A35安裝在后組鏡筒的前端，所述第二正彎月透鏡C-2經(jīng)壓圈B36安裝在后組鏡筒的中部，所述后組鏡筒的內(nèi)后端設有調(diào)焦鏡筒37，所述第三正彎月透鏡C-3安裝在調(diào)焦鏡筒上，所述調(diào)焦鏡筒通過與后組鏡筒研磨配合安裝在后組鏡筒上，所述后組鏡筒的外部中后段設有調(diào)焦凸輪38，所述調(diào)焦凸輪同軸套設于后組鏡筒上，并經(jīng)調(diào)焦凸輪壓圈39鎖緊；所述調(diào)焦凸輪上開設有按光學變焦運動方程的要求加工的調(diào)焦曲線槽，所述調(diào)焦凸輪與調(diào)焦鏡筒經(jīng)調(diào)焦凸輪導釘40連接在一起；所述調(diào)焦鏡筒的外部設有調(diào)焦電機組件，所述調(diào)焦電機組件包括調(diào)焦電機41與微動開關組件二42，所述調(diào)焦電機通過調(diào)焦電機支架43和調(diào)焦電機立柱44安裝在調(diào)焦鏡筒上；所述調(diào)焦電機的輸出軸上連接有調(diào)焦電機齒輪45，所述調(diào)焦凸輪的外周設有環(huán)形的調(diào)焦凸輪齒輪46，所述調(diào)焦電機齒輪與調(diào)焦凸輪齒輪嚙合，所述調(diào)焦鏡筒上設有用以限制調(diào)焦凸輪導釘?shù)闹辈跙47。

在本實施例中，所述校正組件包括經(jīng)沉頭螺釘與后組鏡筒的后端面螺接的校正艙48，所述校正艙的內(nèi)部鉸接有一校正板49，所述校正板的形狀為扇形，所述校正板的圓心處鉸接在校正艙的內(nèi)底部，所述校正組件還包括校正電機50，所述校正電機的輸出軸上連接有位于校正艙內(nèi)部的校正電機齒輪51，所述校正電機齒輪嚙合有一中間齒輪52，所述中間齒輪與校正板的圓弧周部上的輪齒53嚙合，驅動校正板繞圓心轉動，所述校正板的中心線的一側開設有通光孔54，另一側不打孔，所述校正電機通過校正電機支架55和校正電機立柱56安裝在校正艙上，所述校正艙的內(nèi)部還設有限位微動開關組件57，所述校正艙經(jīng)校正艙蓋板58進行密封，校正艙的內(nèi)底部也設有通光孔，當鏡頭工作時校正板轉到開孔位置，當紅外探測器需要校正時校正板切換至不開孔位置，鏡頭不通光，實現(xiàn)探測器校正功能，限位微動開關組件當校正板全開、閉合時對校正板進行限位，保證定位準確，同時保護校正電機不堵轉。

在本實施例中，所述校正艙蓋板的后端部設有探測器組件59，減少結構件，有效提高鏡頭可靠性。

在本實施例中，通過第三正彎月透鏡C-3的移動來實現(xiàn)高低溫（-40℃~60℃）和遠近距補償，移動量為-1.2mm（低溫）/+1.5mm（高溫），靠近探測器組件為負，遠離探測器組件為正，即該長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭可同時實現(xiàn)變焦、調(diào)焦和溫度補償三種功能，適用于安防監(jiān)控等領域，用以解決現(xiàn)有紅外變焦系統(tǒng)尺寸偏大、分辨率低、長短焦選擇不合理等問題，保證光學系統(tǒng)在不同的環(huán)境溫度和長短焦切換的條件下，對遠近目標都具有優(yōu)良的成像質量。

一種長波紅外大靶面雙視場變焦距鏡頭的變焦方法，包括以下步驟：

（1）變倍電機的轉子做正負旋轉運動，帶動變倍凸輪做相應的轉動；

（2）變倍曲線槽及變倍導釘組件帶動變倍滑架按變倍曲線槽的方式運動，在直槽限制下，變倍滑架的旋轉運動變?yōu)橹本€運動進行變焦。

在本實施例中，由上述鏡片組構成的光學系統(tǒng)達到了如下的光學指標：

（1）焦距：40mm~120mm；

（2）視場角：2ω=19.9°～6.7°；

（3）相對孔徑：1：1.0；

（4）適用光譜范圍：8um～12um；

（5）工作溫度：-40℃～+60℃。

上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。