本發(fā)明涉及一種遠射型長波紅外電動變焦鏡頭及其工作方法。

背景技術(shù)：
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隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、非制冷探測器技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，因長波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)有許多優(yōu)良特點，如被動工作式，不會被地方的電子干擾、隱蔽性好；圖像直觀，易于觀察；精度高等，在軍事和民用領(lǐng)域均得到了廣發(fā)應(yīng)用。近年來，隨著紅外光學(xué)技術(shù)的長遠發(fā)展及其應(yīng)用范圍的不斷擴展，對紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)的需求日益增強。紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)能夠連續(xù)改變系統(tǒng)焦距，在改變視場的同時，像面能夠保持穩(wěn)定清晰，不會產(chǎn)生像面飄逸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種遠射型長波紅外電動變焦鏡頭及其工作方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種遠射型長波紅外電動變焦鏡頭，包括鏡框、設(shè)置在鏡框內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿光線射入方向依次設(shè)置的前固組鏡片A、前變倍組鏡片B、補償組鏡片C、后固組鏡片D、后變倍組鏡片E以及調(diào)焦組鏡片F(xiàn)。

進一步的，所述前固組鏡片A為正月牙形透鏡；所述變倍組鏡片B為雙凹面透鏡；所述補償組鏡片C為雙凸面透鏡；所述后固組鏡片D為正月牙形透鏡；所述后變倍組鏡片E為負月牙形透鏡；所述調(diào)焦組鏡片F(xiàn)為雙凸透鏡；所述前固組鏡片A與前變倍組鏡片B之間的空氣間隔是13.28～68.4mm；所述前變倍組鏡片B與補償組鏡片C之間的空氣間隔是85.78～3.99mm；所述補償組鏡片C與后固組鏡片D之間的空氣間隔是3.86～40.48mm；所述后固組鏡片D與后變倍組鏡片E之間的空氣間隔是10.44mm；所述后變倍組鏡片E與調(diào)焦組鏡片F(xiàn)之間的空間間隔是55.03mm。

進一步的，所述鏡框包括依次連接的前鏡座和后鏡座，所述前鏡座的外側(cè)設(shè)有電動變焦機構(gòu)，所述后鏡座的外側(cè)設(shè)有電動調(diào)焦機構(gòu)。

進一步的，所述前鏡座的前部內(nèi)壁經(jīng)由前固組壓圈固聯(lián)有用于安裝前固組鏡片A的前固組鏡座，前固組鏡座內(nèi)套設(shè)有用于壓住前固組鏡片A的第一壓圈；前鏡座的中部內(nèi)壁設(shè)有與其滑動連接的變倍移動座，所述變倍移動座內(nèi)經(jīng)由變倍鎖圈固聯(lián)有用于安裝前變倍組鏡片B的變倍組鏡座，變倍組鏡座內(nèi)套設(shè)有用于壓住前變倍組鏡片B的第二壓圈；前鏡座的后部內(nèi)壁設(shè)有與其滑動連接的補償移動座，所述補償移動座內(nèi)套設(shè)有用于安裝補償組鏡片C的補償組鏡座，補償組鏡座內(nèi)套設(shè)有用于壓住補償組鏡片C的第三壓圈；前鏡座的后端與后鏡座的前端相連接，后鏡座的前端設(shè)有用于壓住后固組鏡片D的第四壓圈，后固組鏡片D與后變倍組鏡片E之間用隔圈定位；所述后鏡座的后部內(nèi)壁設(shè)有與其滑動連接的調(diào)焦組鏡筒，所述調(diào)焦組鏡筒內(nèi)套設(shè)有用于壓住調(diào)焦組鏡片F(xiàn)的第五壓圈。

進一步的，所述電動變焦機構(gòu)包括經(jīng)由第一電機架固聯(lián)在前鏡座的中部外側(cè)的第一電機，第一電機的輸出端連接有第一電機齒輪，第一電機齒輪與設(shè)置于第一電機旁側(cè)的第一電位器上的第一電位器齒輪相嚙合，所述前鏡座的外側(cè)套設(shè)有凸輪，凸輪的前端設(shè)有用于與第一電機齒輪嚙合的凸輪齒輪，所述凸輪上設(shè)有傾斜方向相反的變焦斜槽與補償斜槽，所述變焦斜槽內(nèi)穿設(shè)有變倍導(dǎo)釘，所述變倍導(dǎo)釘?shù)囊欢舜┻^變焦斜槽與變倍移動座固聯(lián)，所述前鏡座內(nèi)橫設(shè)有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端與變倍移動座滑動配合，變倍移動座與導(dǎo)桿之間設(shè)有以利滑動的變倍導(dǎo)套；所述補償斜槽內(nèi)穿設(shè)有補償導(dǎo)釘，所述補償導(dǎo)釘?shù)囊欢舜┻^補償斜槽與補償移動座固聯(lián)，所述補償移動座與導(dǎo)桿的另一端滑動配合，補償移動座與導(dǎo)桿之間設(shè)有以利滑動的補償導(dǎo)套。

進一步的，所述凸輪經(jīng)由設(shè)于前鏡座與后鏡座之間的凸輪壓圈壓緊，凸輪的兩側(cè)設(shè)有對稱設(shè)有固聯(lián)在前鏡座并用于對凸輪限位的第一微動開關(guān)，所述凸輪的外側(cè)固聯(lián)有用于觸發(fā)第一微動開關(guān)的第一擋片。

進一步的，所述電動調(diào)焦機構(gòu)包括經(jīng)由第二電機架固聯(lián)在后鏡座的中部外側(cè)的第二電機，所述第二電機的輸出端連接有第二電機齒輪，所述第二電機齒輪與設(shè)置于第二電機旁側(cè)的第二電位器上的第二電位器齒輪相嚙合，所述后鏡座外側(cè)套設(shè)有調(diào)焦環(huán)，所述調(diào)焦環(huán)上設(shè)有用于與第二電機齒輪相嚙合的調(diào)焦環(huán)齒輪，所述調(diào)焦環(huán)上設(shè)有調(diào)焦斜槽，所述調(diào)焦斜槽內(nèi)穿設(shè)有調(diào)焦導(dǎo)釘，所述調(diào)焦導(dǎo)釘?shù)囊欢舜┻^調(diào)焦斜槽與調(diào)焦組鏡筒固聯(lián)。

進一步的，所述后鏡座的外側(cè)套設(shè)有用于壓緊調(diào)焦環(huán)的調(diào)焦環(huán)壓圈，調(diào)焦環(huán)的兩側(cè)設(shè)有對稱設(shè)有固聯(lián)在后鏡座并用于對調(diào)焦環(huán)限位的第二微動開關(guān)，所述調(diào)焦環(huán)的外側(cè)固聯(lián)有用于觸發(fā)第二微動開關(guān)的第二擋片。

進一步的，所述前鏡座的前端設(shè)有用以抵住前固組壓圈的前鏡蓋，所述后鏡座的后端罩設(shè)有連接法蘭，所述連接法蘭上設(shè)置有用以與攝像機連接的外螺紋。

本發(fā)明一種遠射型長波紅外電動變焦鏡頭的工作方法，工作時：光線順序進入前固組鏡片A、前變倍組鏡片B、補償組鏡片C、后固組鏡片D、后變倍組鏡片E以及調(diào)焦組鏡片F(xiàn)進行成像，通過兩個電機分別帶動凸輪與調(diào)焦環(huán)轉(zhuǎn)動，使得前變倍組鏡片B與補償組鏡片C相向移動，調(diào)焦組鏡片F(xiàn)前后移動，實現(xiàn)鏡頭的電動變焦。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下效果：（1）合理分配各組的光焦度，對8～12μm的寬光譜范圍進行像差校正和平衡，使鏡頭在寬光譜范圍都具有優(yōu)良的像質(zhì)，實現(xiàn)了寬光譜共焦，這樣鏡頭在中長波范圍都能清晰成像；（2）選用高折射、低色散的光學(xué)玻璃材料(Se60As40、ZnS)，通過設(shè)計和優(yōu)化，校正了光學(xué)鏡頭的各種像差，使鏡頭實現(xiàn)高分辨率、大相對孔徑、低畸變等優(yōu)點；畸變較小，在1%以下，相對于舊的結(jié)構(gòu)畸變有了更好的控制；（3）在結(jié)構(gòu)上，鏡頭耐振動、沖擊能力強，通過凸輪帶動鏡座運動，有效的控制了變焦過程中的光軸漂移，在全焦距段范圍內(nèi)成像質(zhì)量優(yōu)良。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明實施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的主視圖；

圖3是本發(fā)明實施例的右視圖；

圖4是本發(fā)明實施例的立體圖。

圖中：

1-前固組壓圈；2-前固組鏡座；3-第一壓圈；4-變倍鎖圈；5-變倍組鏡座；6-第二壓圈；7-前固組鏡片A；8-前變倍組鏡片B；9-變倍移動座；10-導(dǎo)桿壓板；11-變倍導(dǎo)釘；12-磙子；13-補償導(dǎo)釘；14-前鏡座；15-凸輪；16-導(dǎo)桿；17-變倍導(dǎo)套；18-補償導(dǎo)套；19-補償移動座；20-補償組鏡片C；21-凸輪壓圈；22-補償組鏡座；23-第三壓圈；24-后固組鏡片D；25-第四壓圈；26-隔圈；27-后鏡座；28-后變倍組鏡片E；29-調(diào)焦環(huán)；30-調(diào)焦導(dǎo)釘；31-調(diào)焦環(huán)壓圈；32-調(diào)焦組鏡筒；33-第五壓圈；34-連接法蘭；35-調(diào)焦組鏡片F(xiàn)；36-鋼珠；37-前鏡蓋；38-通用立柱；39-第一電位器；40-第一電位器齒輪；41-第一電機；42-第一電機齒輪；43-第一電機架；44-第二電機架；45-第二電位器齒輪；46-變倍開關(guān)架；47-第一微動開關(guān)；48-第一擋片；49-第二微動開關(guān)；50-第二擋片；51-第二電機；52-第二電機齒輪；53-第二電位器；54-變焦斜槽；55-補償斜槽；56-調(diào)焦斜槽；57-凸輪齒輪；58-調(diào)焦環(huán)齒輪。

具體實施方式:

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

如圖1-4所示，本發(fā)明一種遠射型長波紅外電動變焦鏡頭，包括鏡框、設(shè)置在鏡框內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)包括沿光線射入方向依次設(shè)置的前固組鏡片A、前變倍組鏡片B、補償組鏡片C、后固組鏡片D、后變倍組鏡片E以及調(diào)焦組鏡片F(xiàn)。

本實施例中，所述前固組鏡片A與前變倍組鏡片B之間的空氣間隔是13.28～68.4mm；所述前變倍組鏡片B與補償組鏡片C之間的空氣間隔是85.78～3.99mm；所述補償組鏡片C與后固組鏡片D之間的空氣間隔是3.86～40.48mm；所述后固組鏡片D與后變倍組鏡片E之間的空氣間隔是10.44mm；所述后變倍組鏡片E與調(diào)焦組鏡片F(xiàn)之間的空氣間隔是55.03mm。

本實施例中，所述前固組鏡片A為正月牙形透鏡；所述變倍組鏡片B為雙凹面透鏡；所述補償組鏡片C為雙凸面透鏡；所述后固組鏡片D為正月牙形透鏡；所述后變倍組鏡片E為負月牙形透鏡；所述調(diào)焦組鏡片F(xiàn)為雙凸透鏡。

本實施例中，所述鏡框包括依次連接的前鏡座14和后鏡座27，所述前鏡座14的外側(cè)設(shè)有電動變焦機構(gòu)，所述后鏡座27的外側(cè)設(shè)有電動調(diào)焦機構(gòu)。

本實施例中，所述前鏡座14的前部內(nèi)壁經(jīng)由前固組壓圈1固聯(lián)有用于安裝前固組鏡片A的前固組鏡座2，前固組鏡座2內(nèi)套設(shè)有用于壓住前固組鏡片A的第一壓圈3；前鏡座14的中部內(nèi)壁設(shè)有與其滑動連接的變倍移動座9，所述變倍移動座9內(nèi)經(jīng)由變倍鎖圈4固聯(lián)有用于安裝前變倍組鏡片B的變倍組鏡座5，變倍組鏡座5內(nèi)套設(shè)有用于壓住前變倍組鏡片B的第二壓圈6；前鏡座14的后部內(nèi)壁設(shè)有與其滑動連接的補償移動座19，所述補償移動座19內(nèi)套設(shè)有用于安裝補償組鏡片C的補償組鏡座22，補償組鏡座22內(nèi)套設(shè)有用于壓住補償組鏡片C的第三壓圈23；前鏡座14的后端與后鏡座27的前端相連接，后鏡座27的前端設(shè)有用于壓住后固組鏡片D的第四壓圈25，后固組鏡片D與后變倍組鏡片E之間用隔圈26定位；所述后鏡座27的后部內(nèi)壁設(shè)有與其滑動連接的調(diào)焦組鏡筒32，所述調(diào)焦組鏡筒32內(nèi)套設(shè)有用于壓住調(diào)焦組鏡片F(xiàn)的第五壓圈33。

本實施例中，所述電動變焦機構(gòu)包括經(jīng)由第一電機架43固聯(lián)在前鏡座14的中部外側(cè)的第一電機41，第一電機41的輸出端連接有第一電機齒輪42，第一電機齒輪42與設(shè)置于第一電機41旁側(cè)的第一電位器39上的第一電位器齒輪40相嚙合，所述前鏡座14的外側(cè)套設(shè)有凸輪15，凸輪15的前端設(shè)有用于與第一電機齒輪42嚙合的凸輪齒輪57，所述凸輪15上設(shè)有傾斜方向相反的變焦斜槽54與補償斜槽55，所述變焦斜槽54內(nèi)穿設(shè)有變倍導(dǎo)釘11，所述變倍導(dǎo)釘11的一端穿過變焦斜槽54與變倍移動座9固聯(lián)，所述前鏡座14內(nèi)橫設(shè)有導(dǎo)桿16，導(dǎo)桿16的一端與變倍移動座9滑動配合，變倍移動座9與導(dǎo)桿16之間設(shè)有以利滑動的變倍導(dǎo)套17；所述補償斜槽55內(nèi)穿設(shè)有補償導(dǎo)釘13，所述補償導(dǎo)釘13的一端穿過補償斜槽55與補償移動座19固聯(lián)，所述補償移動座19與導(dǎo)桿16的另一端滑動配合，補償移動座19與導(dǎo)桿16之間設(shè)有以利滑動的補償導(dǎo)套18；通過第一電機41帶動凸輪15轉(zhuǎn)動，變倍導(dǎo)釘11與補償導(dǎo)釘13分別帶動變倍移動座9、補償移動座19相向運動，進行變倍。

本實施例中，所述凸輪15經(jīng)由設(shè)于前鏡座14與后鏡座27之間的凸輪壓圈21壓緊，凸輪15的兩側(cè)設(shè)有對稱設(shè)有固聯(lián)在前鏡座14并用于對凸輪15限位的第一微動開關(guān)47，所述凸輪15的外側(cè)固聯(lián)有用于觸發(fā)第一微動開關(guān)47的第一擋片48，當凸輪15旋轉(zhuǎn)至兩端極限位置時，第一擋片48與第一微動開關(guān)47接觸時，第一微動開關(guān)47獲得信號并驅(qū)使第一電機41停止工作，以限制凸輪15的轉(zhuǎn)動。

本實施例中，所述電動調(diào)焦機構(gòu)包括經(jīng)由第二電機架44固聯(lián)在后鏡座27的中部外側(cè)的第二電機51，所述第二電機51的輸出端連接有第二電機齒輪52，所述第二電機齒輪52與設(shè)置于第二電機51旁側(cè)的第二電位器53上的第二電位器齒輪53相嚙合，所述后鏡座27外側(cè)套設(shè)有調(diào)焦環(huán)29，所述調(diào)焦環(huán)29上設(shè)有用于與第二電機齒輪52相嚙合的調(diào)焦環(huán)齒輪58，所述調(diào)焦環(huán)29上設(shè)有調(diào)焦斜槽56，所述調(diào)焦斜槽56內(nèi)穿設(shè)有調(diào)焦導(dǎo)釘30，所述調(diào)焦導(dǎo)釘30的一端穿過調(diào)焦斜槽56與調(diào)焦組鏡筒32固聯(lián)。通過第二電機51帶動調(diào)焦環(huán)29轉(zhuǎn)動，調(diào)焦導(dǎo)釘30帶動調(diào)焦組鏡筒32前后運動，進行調(diào)焦。

本實施例中，所述后鏡座27的外側(cè)套設(shè)有用于壓緊調(diào)焦環(huán)29的調(diào)焦環(huán)壓圈31，調(diào)焦環(huán)29的兩側(cè)設(shè)有對稱設(shè)有固聯(lián)在后鏡座27并用于對調(diào)焦環(huán)29限位的第二微動開關(guān)49，所述調(diào)焦環(huán)29的外側(cè)固聯(lián)有用于觸發(fā)第二微動開關(guān)49的第二擋片50，當調(diào)焦環(huán)29旋轉(zhuǎn)至兩端極限位置時，第二擋片50與第二微動開關(guān)49接觸時，第二微動開關(guān)49獲得信號并驅(qū)使第二電機51停止工作，以限制調(diào)焦環(huán)29的轉(zhuǎn)動。

本實施例中，所述前鏡座14的前端設(shè)有用以抵住前固組壓圈1的前鏡蓋37，所述后鏡座27的后端罩設(shè)有連接法蘭34，所述連接法蘭34上設(shè)置有用以與攝像機連接的外螺紋。

本實施例中，所述導(dǎo)桿16的端部套設(shè)導(dǎo)桿壓板10，所述導(dǎo)桿壓板10經(jīng)螺釘與前鏡座14固聯(lián)。

本實施例中，由上述鏡片組構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)達到了如下的光學(xué)指標：

（1）焦距f′:30mm-150mm；

（2）相對孔徑F：1.0~1.2；

（3）視場角：20.6°x16.5~4.2°X3.3°；

（4）分辨率：可與640*512 17μm探測器攝像機適配；

（5）光路總長∑≤230.1mm，光學(xué)后截距l(xiāng)′≥31.86mm；

（6）適用譜線范圍：8μm~12μm。

（7）以下給出各鏡片參數(shù)

表一：

在表一中曲率半徑是指鏡片每個表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離，舉例說明：S1、S2分別是前固組鏡片A遠離與鄰近前變倍組鏡片B的表面，S1的間距是指S1與S2表面之間的中心間距，其它依此類推。

表二：

在表二中列出了第二透鏡的表面S4和第四透鏡的表面S5的非球面系數(shù)和近軸曲率半徑。

非球面具體面型方程如下：

Z=cr^2/(1+√[1-(1+k)c^2r^2)]+A0r^2+A1r^4+A2r^6+A3r^8

其中：C=R/1。

本發(fā)明一種遠射型長波紅外電動變焦鏡頭的工作方法，光線順序進入前固組鏡片A、前變倍組鏡片B、補償組鏡片C、后固組鏡片D、后變倍組鏡片E以及調(diào)焦組鏡片F(xiàn)進行成像，第一電機帶動凸輪轉(zhuǎn)動，變倍導(dǎo)釘和補償導(dǎo)釘分別帶動變倍移動座、補償移動座相向運動，進而使得前變倍組鏡片B與補償組鏡片C相向移動，調(diào)整前變倍組鏡片B與補償組鏡片C的間距，實現(xiàn)變倍；第二電機帶動調(diào)焦環(huán)轉(zhuǎn)動，調(diào)焦導(dǎo)釘帶動調(diào)焦組鏡筒座前后運動，進行調(diào)焦，兩者相結(jié)合，實現(xiàn)鏡頭的電動變焦。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。