本發(fā)明涉及一種中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭及其控制方法，屬于光學技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

近些年以來，紅外成像技術(shù)的應用領域有了長足的發(fā)展，在前視偵查、觀瞄設備、搜索與跟蹤系統(tǒng)及民用安防系統(tǒng)有著廣闊的應用前景。在許多特殊場合中，傳統(tǒng)的雙視場乃至三視場變焦鏡頭已不能滿足應用需求，越來越多的領域?qū)t外連續(xù)變焦距鏡頭的需求日益增強，同時對鏡頭在變焦過程中像面的穩(wěn)定性、生產(chǎn)加工成本、外形結(jié)構(gòu)尺寸等提出更高的要求。目前現(xiàn)有的中波紅外連續(xù)變焦距鏡頭長度偏長，生產(chǎn)加工難度大且價格昂貴，變焦過程中像面漂移及抖動較為嚴重，影響鏡頭對紅外目標的搜索和探測能力，限制了中波紅外連續(xù)變焦距鏡頭的應用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊的中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭及其控制方法，具有高透過率和高分辨率。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭，所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線入射方向依次設有前固定組鏡片、變倍組鏡片、補償組鏡片和后固定組鏡片；位于后固定組鏡片的后方傾斜放置有用于光路轉(zhuǎn)折的第一反射鏡，位于第一反射鏡的上方設置有第一正透鏡和負透鏡，負透鏡的上方傾斜放置用于光路轉(zhuǎn)折的第二反射鏡，第二反射鏡的前方放置有第二正透鏡。

進一步的，所述前固定組鏡片與變倍組鏡片之間的空氣間隔為13.0~31.72mm；所述變倍組鏡片與補償組鏡片之間的空氣間隔15.6~51.3mm；補償組鏡片與后固定組鏡片之間的空氣間隔為7.0~23.9mm：后固定組鏡片與第一反射鏡之間的空氣間隔為95.4mm；第一反射鏡和第一正透鏡之間的空氣間隔為19.0mm；第一正透鏡和負透鏡之間的空氣間隔為2.0mm；負透鏡和第二反射鏡之間的空氣間隔為39.4mm；第二反射鏡和第二正透鏡之間的空氣間隔為18.0mm。

進一步的，所述第一反射鏡與光線入射方向的夾角為45°，所述第二反射鏡與光線入射方向的夾角為135。

進一步的，所述前固定組鏡片包括鏡片A,所述變倍組鏡片包括鏡片B，所述補償組鏡片包括鏡片C，所述后固定組鏡片包括鏡片D；鏡片A、鏡片B、鏡片C、鏡片D、第一正透鏡、負透鏡和第二正透鏡的材料依次為硅、硅、鍺、硅、鍺、硅和鍺。

進一步的，所述通過后固定組鏡片可前后移動，并且移動量為±1.5mm。

進一步的，所述鏡頭機械結(jié)構(gòu)包括主鏡筒，主鏡筒前端內(nèi)部套設有用以安裝鏡片A的前組鏡座，主鏡筒中部具有用以安裝鏡片B并可前后移動的變倍移動座，主鏡筒后端具有用以安裝鏡片C并可前后移動的補償移動座；主鏡筒后端連接有后鏡筒，后鏡筒內(nèi)套設有可前后移動的聚焦鏡筒，聚焦鏡筒內(nèi)套設用以安裝鏡片D的聚焦鏡座；后鏡筒的后端連接有第一轉(zhuǎn)折鏡座，第一轉(zhuǎn)折鏡座后端傾斜安裝有用以安裝第一反射鏡的第一反射鏡鏡座，第一轉(zhuǎn)折鏡座的后端上部設有用以安裝第一正透鏡和負透鏡的第一后組鏡座；第一轉(zhuǎn)折鏡座后端上方連接有第二轉(zhuǎn)折鏡座，第二轉(zhuǎn)折鏡座后端傾斜安裝有用以安裝第二反射鏡的第二反射鏡鏡座，第二轉(zhuǎn)折鏡座前端具有用以安裝第二正透鏡的第二后組鏡座，第二轉(zhuǎn)折鏡座前側(cè)還設置有紅外探測器，紅外探測器與第二正透鏡之間還隔設有擋板。

進一步的，所述主鏡筒內(nèi)設有用以變倍移動座和補償移動座移動導向的導軸，所述變倍移動座和補償移動座分別經(jīng)變倍導套和補償導套與導軸滑動配合；所述主鏡筒上還外套有變倍凸輪，所述變倍凸輪通過變倍導釘和補償導釘分別帶動變倍導套和補償導套沿軸向前后移動；位于主鏡筒旁側(cè)設置有變倍微動開關(guān)以及與變倍凸輪通過齒嚙合傳動的變倍電機和變倍電位器。

進一步的，所述后鏡筒上外套有聚焦凸輪，后鏡筒旁側(cè)設置有聚焦限位釘、聚焦微動開關(guān)以及與聚焦凸輪通過齒嚙合傳動的聚焦電機，聚焦凸輪通過聚焦導釘帶動聚焦鏡筒前后移動，所述聚焦導釘為兩個并且對稱設置，兩聚焦導釘分別穿過聚焦凸輪上的兩線性斜槽及后鏡筒上對稱設置的兩直槽后旋接于聚焦鏡筒上。

進一步的，位于第二轉(zhuǎn)折鏡座后端安裝有擋板座，所述擋板通過擋板軸鉸接于擋板座上，所述擋板座上還設置有擋板微動開關(guān)及與擋板通過齒嚙合傳動的擋板電機。

一種中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭的其控制方法，采用如上所述的中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭，控制變倍電機轉(zhuǎn)動，進而通過變倍導釘和補償導釘將變倍凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為變倍移動座和補償移動座的軸向移動，從而實現(xiàn)鏡頭焦距的連續(xù)變化，完成變焦過程；控制聚焦電機轉(zhuǎn)動，通過聚焦導釘和將聚焦凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為聚焦鏡筒的軸向移動，從而實現(xiàn)鏡頭的聚焦功能；控制擋板電機轉(zhuǎn)動，通過擋板轉(zhuǎn)動切換實現(xiàn)探測器的校正功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）該光學系統(tǒng)通過合理分配光焦度，共采用三個非球面校正像差，系統(tǒng)僅使用七片鏡片，使鏡頭具有高成像質(zhì)量、高透過率、重量輕、變倍補償行程短等優(yōu)點；

（2）采用兩個反射鏡折轉(zhuǎn)光路，實現(xiàn)了小巧、緊湊的外形結(jié)構(gòu)；

（3）在光學設計過程中，通過控制鏡片半徑R值，減小了鏡片生產(chǎn)加工難度與成本；

（4）通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)后固定組鏡片，即可實現(xiàn)高低溫遠近距補償，來保證鏡頭在高低溫環(huán)境和不同物距下的成像質(zhì)量優(yōu)良；

（5）在光學設計過程中，通過優(yōu)化凸輪曲線，有效的控制了變焦過程的像面漂移與抖動，使得在整個焦距段都有優(yōu)良的成像質(zhì)量；

（6）具有電動連續(xù)變焦、電動聚焦、電動探測器校正機構(gòu)以及焦距預置等功能，可實現(xiàn)控制的自動化，在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，采取了一系列措施，提高了鏡頭耐振動、沖擊的能力。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關(guān)附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的光學系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的機械結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本發(fā)明實施例的機械結(jié)構(gòu)立體圖；

圖4是本發(fā)明實施例中變焦組件剖視圖；

圖5是圖4的右視圖；

圖6是本發(fā)明實施例中聚焦組件剖視圖；

圖7是圖6的右視圖；

圖8是本發(fā)明實施例中擋板切換組件剖視圖；

圖中標號說明： 2-1.變焦組件，2-2.聚焦組件，2-3.擋板切換組件；

4-1.前組鏡座壓圈，4-2.前組壓圈，4-3.前組鏡座，4-4.鏡片A，4-5.鏡片B，4-6.變倍壓圈，4-7.變倍鏡座，4-8.變倍鎖緊圈，4-9.變倍移動座，4-10.導桿壓板，4-11.主鏡筒，4-12.變倍導釘，4-13.變倍磙子，4-14.變倍導環(huán)，4-15.變倍導套，4-16.導軸，4-17.補償導套，4-18.補償移動座，4-19.補償壓圈，4-20.鏡片C，4-21.變倍凸輪，4-22鋼珠.，4-23.凸輪壓圈，4-24.變倍電機架，4-25.變倍電機，4-26.變倍電位器，4-27.變倍電位器架，4-28.變倍電位器齒輪，4-29.變倍電機齒輪，4-30.變倍限位釘，4-31.變倍微動開關(guān)，4-32.變倍微動開關(guān)架；

5-1.聚焦鏡座，5-2.聚焦壓圈，5-3.鏡片D，5-4.聚焦鏡筒，5-5.聚焦導釘，5-6.聚焦磙子，5-7.聚焦導環(huán)，5-8. 聚焦磙子，5-9.后鏡筒，5-10.聚焦凸輪，5-11.聚焦凸輪壓圈，5-12.第一轉(zhuǎn)折鏡座，5-13.第一后組鏡座，5-14.負透鏡，5-15.第一正透鏡，5-16.第一后組壓圈，5-17.后組隔圈，5-18.第一反射鏡，5-19.第一反射鏡壓圈，5-20.第一反射鏡鏡座，5-21.聚焦電機，5-22.聚焦電機架，5-23.聚焦電機齒輪，5-24.聚焦限位釘，5-25.聚焦微動開關(guān)，5-26.聚焦微動開關(guān)架；

6-1.探測器架，6-2.探測器移動板，6-3.紅外探測器，6-4.探測器輔助支架，6-5.擋板微動開關(guān)，6-6.擋板，6-7.擋板軸，6-8.擋板座，6-9.第二后組壓圈，6-10.第二后組鏡座，6-11.第二轉(zhuǎn)折鏡座，6-12.第二正透鏡，6-13.第二反射鏡，6-14.第二反射鏡鏡座，6-15.第二反射鏡壓圈，6-16.擋板過輪軸，6-17.擋板過輪，6-18.擋板電機齒輪，6-19.擋板座蓋，6-20.擋板電機架，6-21.擋板電機。

具體實施方式

如圖1~8所示，一種中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭，所述鏡頭的光學系統(tǒng)中沿光線入射方向依次設有前固定組鏡片、變倍組鏡片、補償組鏡片和后固定組鏡片；位于后固定組鏡片的后方傾斜放置有用于光路轉(zhuǎn)折的第一反射鏡5-18，位于第一反射鏡5-18的上方設置有第一正透鏡5-15和負透鏡5-14，負透鏡5-14.的上方傾斜放置用于光路轉(zhuǎn)折的第二反射鏡6-13，第二反射鏡6-13的前方放置有第二正透鏡6-12。

在本實施例中，所述前固定組鏡片與變倍組鏡片之間的空氣間隔為13.0~31.72mm；所述變倍組鏡片與補償組鏡片之間的空氣間隔15.6~51.3mm；補償組鏡片與后固定組鏡片之間的空氣間隔為7.0~23.9mm：后固定組鏡片與第一反射鏡之間的空氣間隔為95.4mm；第一反射鏡和第一正透鏡之間的空氣間隔為19.0mm；第一正透鏡和負透鏡之間的空氣間隔為2.0mm；負透鏡和第二反射鏡之間的空氣間隔為39.4mm；第二反射鏡和第二正透鏡之間的空氣間隔為18.0mm。

在本實施例中，所述第一反射鏡與光線入射方向的夾角為45°，所述第二反射鏡與光線入射方向的夾角為135。

在本實施例中，所述前固定組鏡片包括鏡片A,所述變倍組鏡片包括鏡片B，所述補償組鏡片包括鏡片C，所述后固定組鏡片包括鏡片D；鏡片A、鏡片B、鏡片C、鏡片D、第一正透鏡、負透鏡和第二正透鏡的材料依次為硅、硅、鍺、硅、鍺、硅和鍺。

在本實施例中，所述通過后固定組鏡片可前后移動以實現(xiàn)高低溫和遠近距的補償，并且移動量為±1.5mm。

由上述鏡片組構(gòu)成的光學系統(tǒng)達到了如下的光學指標：

（1）焦距：20mm~130mm；

（2）視場角：2ω=34.2°～5.4°；

（3）探測器：中波紅外制冷型320×256，30μm；

（4）相對孔徑：1∶2.0；

（5）適用光譜范圍：3.2～4.8um；

（6）折疊后光學體積：209.9mm×67.4mm×125mm（長×寬×高）。

本鏡頭光學系統(tǒng)通過合理分配光焦度，共采用三個非球面校正像差，系統(tǒng)僅使用七片鏡片，使鏡頭具有高成像質(zhì)量、高透過率、重量輕、變倍補償行程短等優(yōu)點；采用兩個反射鏡折轉(zhuǎn)光路，實現(xiàn)了小巧、緊湊的外形結(jié)構(gòu)；在光學設計過程中，通過控制鏡片半徑R值，減小了鏡片生產(chǎn)加工難度與成本；通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)后固定組鏡片，即可實現(xiàn)高低溫遠近距補償，來保證鏡頭在高低溫環(huán)境和不同物距下的成像質(zhì)量優(yōu)良；在光學設計過程中，通過優(yōu)化凸輪曲線，有效的控制了變焦過程的像面漂移與抖動，使得在整個焦距段都有優(yōu)良的成像質(zhì)量。

在本實施例中，所述鏡頭機械結(jié)構(gòu)包括主鏡筒4-11，主鏡筒4-11前端內(nèi)部套設有用以安裝鏡片A的前組鏡座4-3，主鏡筒4-11中部具有用以安裝鏡片B并可前后移動的變倍移動座4-9，主鏡筒后端具有用以安裝鏡片C并可前后移動的補償移動座4-18；主鏡筒4-11后端連接有后鏡筒5-9，后鏡筒5-9內(nèi)套設有可前后移動的聚焦鏡筒5-4，聚焦鏡筒5-4內(nèi)套設用以安裝鏡片D的聚焦鏡座5-1；后鏡筒5-9的后端連接有第一轉(zhuǎn)折鏡座5-12，第一轉(zhuǎn)折鏡座5-12后端傾斜安裝有用以安裝第一反射鏡的第一反射鏡鏡座5-20，第一轉(zhuǎn)折鏡座5-12的后端上部設有用以安裝第一正透鏡和負透鏡的第一后組鏡座5-13，第一后組鏡座5-13與第一轉(zhuǎn)折鏡座5-12之間通過螺紋連接；第一轉(zhuǎn)折鏡座5-12后端上方連接有第二轉(zhuǎn)折鏡座6-11，第二轉(zhuǎn)折鏡座6-11后端傾斜安裝有用以安裝第二反射鏡的第二反射鏡鏡座6-14，第二轉(zhuǎn)折鏡座6-11前端具有用以安裝第二正透鏡的第二后組鏡座6-10，第二后組鏡座6-10與第二轉(zhuǎn)折鏡座6-11之間也是通過螺紋連接；第二轉(zhuǎn)折鏡座6-11前側(cè)還設置有紅外探測器6-3，紅外探測器6-3與第二正透鏡之間還隔設有擋板6-6。

在本實施例中，所述主鏡筒4-11內(nèi)設有用以變倍移動座4-9和補償移動座4-18移動導向的導軸4-16，所述變倍移動座和補償移動座分別經(jīng)變倍導套4-15和補償導套4-17與導軸滑4-16動配合；所述主鏡筒4-11上還外套有變倍凸輪4-21，所述變倍凸輪4-21通過變倍導釘4-12和補償導釘分別帶動變倍導套和補償導套沿軸向前后移動；位于主鏡筒4-11旁側(cè)設置有變倍微動開關(guān)4-31以及與變倍凸輪4-21通過齒嚙合傳動的變倍電機4-25和變倍電位器4-26；當變倍電機4-25的工作時，通過變倍電機齒輪4-29帶動變倍凸輪4-21轉(zhuǎn)動，再通過導釘將變倍凸輪4-21的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為變倍移動座和補償移動座的軸向移動，從而實現(xiàn)鏡頭焦距的連續(xù)變化，完成變焦過程；同時，所述變倍電機齒輪4-29帶動變倍電位器齒輪4-28轉(zhuǎn)動，從而使變倍電位器4-26的阻值發(fā)生改變，由此，焦距和變倍電位器4-26阻值之間形成一對一的關(guān)系，通過這種傳感器方式可以實現(xiàn)焦距的預置功能。

在本實施例中，所述變倍凸輪4-21通過鋼珠4-22安置在主鏡筒4-11外圍并用凸輪壓圈4-23壓緊，形成滾動軸承結(jié)構(gòu)，把變倍凸輪4-21旋轉(zhuǎn)時的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，以減少變倍凸輪4-21運動時的摩擦力；所述變倍凸輪4-21按光學變焦運動規(guī)律的要求加工兩條分別與變倍導釘和補償導釘配合的變倍曲線槽和補償曲線槽。

在本實施例中，所述后鏡筒5-9上外套有聚焦凸輪5-10，后鏡筒5-9旁側(cè)設置有聚焦限位釘5-24、聚焦微動開關(guān)5-25以及與聚焦凸輪5-10通過齒嚙合傳動的聚焦電機5-21，聚焦凸輪5-10通過聚焦導釘5-10帶動聚焦鏡筒前后移動，所述聚焦導釘為兩個并且對稱設置，兩聚焦導釘5-10分別穿過聚焦凸輪上的兩線性斜槽及后鏡筒上對稱設置的兩直槽后旋接于聚焦鏡筒上；當聚焦電機5-21工作時，聚焦電機齒輪5-23帶動聚焦凸輪5-10旋轉(zhuǎn)，通過聚焦導釘將聚焦凸輪5-10的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為聚焦組件的軸向移動，從而實現(xiàn)鏡頭的聚焦功能。

在本實施例中，位于第二轉(zhuǎn)折鏡座6-11后端安裝有擋板座6-8，所述擋板6-6通過擋板軸6-8鉸接于擋板座6-8上，所述擋板座6-8上還設置有擋板微動開關(guān)6-5及與擋板通過齒嚙合傳動的擋板電機6-21；當擋板電機6-21工作時，擋板電機齒輪6-18帶動擋板6-6旋轉(zhuǎn)，從而起到擋板切換作用，實現(xiàn)探測器的校正功能。

本鏡頭具有電動連續(xù)變焦、電動聚焦、電動探測器校正機構(gòu)以及焦距預置等功能，可實現(xiàn)控制的自動化，在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，采取了一系列措施，提高了鏡頭耐振動、沖擊的能力。

一種中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭的其控制方法，采用如上所述的中波紅外轉(zhuǎn)臺光學鏡頭，控制變倍電機轉(zhuǎn)動，進而通過變倍導釘和補償導釘將變倍凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為變倍移動座和補償移動座的軸向移動，從而實現(xiàn)鏡頭焦距的連續(xù)變化，完成變焦過程；控制聚焦電機轉(zhuǎn)動，通過聚焦導釘和將聚焦凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為聚焦鏡筒的軸向移動，從而實現(xiàn)鏡頭的聚焦功能；控制擋板電機轉(zhuǎn)動，通過擋板轉(zhuǎn)動切換實現(xiàn)探測器的校正功能。

上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)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)。