專利名稱：長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，屬于熱成像監(jiān)測領域。
背景技術(shù)：
紅外成像具有夜晚作用距離遠；抗干擾性能好；環(huán)境適配性優(yōu)于可見光；穿透煙 塵、霧霾能力強；能全天候、全天時工作等優(yōu)點。進入二十一世紀后，紅外成像技術(shù)在軍事、 準軍事和民用領域得到了廣泛的應用。與之配用的各種規(guī)格的紅外攝像鏡頭也應運而生。 但在全透射式紅外攝像鏡頭中，大多數(shù)是短焦的定焦鏡頭，鏡頭焦距短，系統(tǒng)的作用距離 近。顯然，針對上述問題是本實用新型的研究目的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，該鏡頭的焦距 較長，使熱成像系統(tǒng)能對遠距離目標進行跟蹤測量，且能方便地轉(zhuǎn)換鏡頭的兩檔視場，使 鏡頭既可對目標進行大區(qū)域、小倍率的概觀，也能對目標進行小區(qū)域、大倍率的詳細觀測。本實用新型的特征在于一種長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，包括主鏡筒，其特 征在于所述主鏡筒內(nèi)沿紅外光線自左向右入射方向設有正月牙形固定透鏡A、切換鏡組B 和由布設在主鏡筒內(nèi)的調(diào)焦機構(gòu)驅(qū)動的正月牙形調(diào)焦透鏡C，所述切換鏡組B分為鏡頭長 焦時用的長焦鏡組B*和鏡頭短焦時用的短焦鏡組Bs，并由布設在主鏡筒內(nèi)的切換旋轉(zhuǎn)機 構(gòu)驅(qū)動長焦鏡組B*或短焦鏡組Bs與正月牙形固定透鏡A和正月牙形調(diào)焦透鏡C在同一光 路上；所述切換鏡組B的長焦鏡組B*依次設有雙凸透鏡Β* —，負月牙形透鏡，負月牙 透鏡，雙凹鏡頭，雙凸透鏡；所述切換鏡組B的短焦鏡組Bs依次設有平凹透 鏡B短，負月牙形透鏡B短_2，負月牙形透鏡B短_3，雙凹透鏡B短_4，雙凸透鏡B短_5。本實用新型的優(yōu)點本實用新型為雙視場切換紅外熱像鏡頭，短焦段具有大視場， 能大范圍搜索、監(jiān)測目標，長焦段具有焦距長、且相對孔徑大，能極大地提高系統(tǒng)的探測距 離，提高了對目標的詳細監(jiān)測。

[0006]圖1為本實用新型實施例光路結(jié)構(gòu)示意圖。[0007]圖2為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)示意圖。[0008]圖3為本實用新型實施例切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖。[0009]圖4為圖3的A-A向剖視圖。[0010]圖5為圖4的M向局部放大視圖。[0011]圖6為本實用新型實施例調(diào)焦機構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖。[0012]圖7為本實用新型實施例開蓋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)剖視圖。[0013]圖8為圖7的側(cè)視圖。
具體實施方式
參考圖1，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，圖7和圖8，一種長波紅外兩檔視場跟蹤測量 鏡頭，包括主鏡筒1，所述主鏡筒1內(nèi)沿紅外光線自左向右入射方向設有正月牙形固定透鏡 A、切換鏡組B和由布設在主鏡筒內(nèi)的調(diào)焦機構(gòu)2驅(qū)動的正月牙形調(diào)焦透鏡C，所述切換鏡 組B分為鏡頭長焦時用的長焦鏡組8*和鏡頭短焦時用的短焦鏡組Bs，并由布設在主鏡筒 內(nèi)的切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3驅(qū)動長焦鏡組B*或短焦鏡組Bs與正月牙形固定透鏡A和正月牙形調(diào) 焦透鏡C在同一光路上；所述切換鏡組B的長焦鏡組B*依次設有雙凸透鏡Β* —，負月牙形 透鏡B長_2，負月牙透鏡B長_3，雙凹鏡頭B長_4，雙凸透鏡；所述切換鏡組B的短焦鏡組B 短依次設有平凹透鏡，負月牙形透鏡Bs_2，負月牙形透鏡Bs_3，雙凹透鏡Bs_4，雙凸透 鏡B短_5。當鏡頭長焦時，沿光線入射方向，所述正月牙形固定透鏡A與切換鏡組B的長焦鏡 組8*之間的空氣間隔是119. 44mm，所述切換鏡組B的長焦鏡組B*與正月牙形調(diào)焦透鏡C 之間的空氣間隔是27. 79mm;所述切換鏡組B的長焦鏡組B*中雙凸透鏡Bi^1與負月牙形 透鏡之間的空氣間隔是0.91mm，負月牙形透鏡與負月牙形透鏡Bf3之間的空氣 間隔是5. 77mm,負月牙形透鏡與負月牙形透鏡B^_4之間的空氣間隔是23. 99mm，雙凹 透鏡B長_4與正月牙形透鏡B長_5之間的空氣間隔是4. 47mm。當鏡頭短焦時，所述正月牙形固定透鏡A與切換鏡組B的短焦鏡組Bs之間的空 氣間隔是127. 53mm，切換鏡組B的短焦鏡組Bs與正月牙形調(diào)焦透鏡C之間的空氣間隔是 19. 66mm;所述切換鏡組B的短焦鏡組Bs中平凹透鏡與負月牙形透鏡Bs_2之間的空 氣間隔是0. 93mm,負月牙形透鏡Bfi_2與負月牙形透鏡Bfi_3之間的空氣間隔是34. 25mm,負 月牙形透鏡Bs_3與凹透鏡Bs_4之間的空氣間隔是0. 85mm，凹透鏡&_4與凸透鏡&_5之 間的空氣間隔是4. 87mm。上述正月牙形固定透鏡A，負月牙形透鏡，負月牙形透鏡，正月牙形透鏡 ，平凹透鏡，負月牙形透鏡Bs_2，負月牙形透鏡Bs_3，凹透鏡&_4和正月牙形調(diào)焦
透鏡C采用Ge材料制成，所述雙凸透鏡Bi^1和負月牙形透鏡采用ZnS材料制成，所 述凸透鏡Bfi_5采用材料制成。上所述切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3包括鏡像對稱布設有長焦鏡組B*和短焦鏡組Bs的轉(zhuǎn)盤 3-1，所述轉(zhuǎn)盤3-1外周沿軸向方向上設有用以轉(zhuǎn)盤3-1定位的兩個V形槽3-2，能與電機 A3-3驅(qū)動的主動齒輪3-4嚙合的驅(qū)動齒3-5和一拔釘3_6，所述拔釘3_6觸發(fā)鏡像對稱布 設在轉(zhuǎn)盤3-1外側(cè)位置上的用以實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤3-1定位的微動開關(guān)組件3-7，所述V形槽3-2由 布設在轉(zhuǎn)盤3-1外側(cè)的彈性機構(gòu)3-8驅(qū)動的鋼球3-9共同實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤3-1定位，所述微動開 關(guān)組件3-7和V形槽3-2及布設在轉(zhuǎn)盤3-1外側(cè)的彈性機構(gòu)3-8驅(qū)動的鋼球3_9共同實現(xiàn) 精密定位轉(zhuǎn)盤3-1位置。上述調(diào)焦機構(gòu)2包括用以安裝正月牙形調(diào)焦透鏡C的調(diào)焦座2-1，所述調(diào)焦座2-1 由布設在主鏡筒1外周導槽1-1內(nèi)的導釘2-2驅(qū)動實現(xiàn)軸向運動，所述導釘2-2與安裝在 鏡筒外周的外周具有梯形牙外螺紋的調(diào)焦環(huán)2-3連接，所述調(diào)焦環(huán)2-3與電機B2-4驅(qū)動的 主動齒輪2-5實現(xiàn)嚙合旋轉(zhuǎn)。上述主鏡筒1的前端還設有一鏡頭蓋5，所述鏡頭蓋5由開蓋機構(gòu)驅(qū)動4實現(xiàn)鏡頭 蓋5的開合，所述開蓋機構(gòu)4包括設于主鏡筒1外側(cè)并與其軸線平行的蝸輪軸4-1，所述蝸
5輪軸4-1 一端連接鏡頭蓋5，另一端經(jīng)軸承固定在主鏡筒外側(cè)上，所述蝸輪軸4-1由一渦輪 蝸桿機構(gòu)驅(qū)動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述渦桿4-2與由電機主動齒輪4-3帶動的從動齒輪4-4在同根 轉(zhuǎn)軸上并實現(xiàn)聯(lián)動旋轉(zhuǎn)。由上述鏡頭達到的性能指標如下1.工作波段:7. 5um_10um。2.視場角2ω=12° χ 9° ；2° χ 1. 5°。(焦距f，l=45mm; f，2=270mm)。3.相對孔徑 D/f，=1/2。4.透過率T=75%。(波段內(nèi)光譜透過率平均度優(yōu)于10 %)。5.分辨率與320χΜ0 (像元大小30um)的熱像儀適配。6.工作溫度-40°C - +60°C。7.物距①-50 米。8.兩檔視場切換的時間彡2s。具體實施過程如下1.切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的實施如圖3，圖4，圖5所示，我們設計序號4的轉(zhuǎn)盤，并把序號5的長焦鏡組鏡頭、序號 6的短焦組鏡頭分別安裝在轉(zhuǎn)盤180°對稱位置上。序號3的電機通過序號2電機齒輪帶 動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。使鏡頭的長焦鏡組和短焦組分別進入光軸，實現(xiàn)光學系統(tǒng)的不同組合，從而達 到變換鏡頭視場的目的。我們在轉(zhuǎn)盤的兩邊安裝微動開關(guān)組件，序號11和序號14，在轉(zhuǎn)盤上安裝序號10的 微動開關(guān)撥釘。當電機帶動轉(zhuǎn)盤順時針旋轉(zhuǎn)一定角度時。轉(zhuǎn)盤撥釘碰到微動開關(guān)的彈片， 使微動開關(guān)從閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)。采樣電路輸出電平由低電平到高電平。CPU收到微動 開關(guān)信號后，命令電機停止運動。選擇適合于長焦鏡組B*、微動開關(guān)撥桿、序號11微動開 關(guān)組件的相對角度?？墒归L焦鏡組準確停在鏡頭光軸上。此時要求CPU只能向電機發(fā)出反 向運動的指令。以使電機不在堵塞狀態(tài)下工作，從而保護電機。同理當CPU發(fā)出反向運動指令，選擇適合于短焦組Bs、微動開關(guān)撥釘、序號14微 動開關(guān)組件的相對角度，就可使短焦鏡頭停在鏡頭的光軸上。由于微動開關(guān)的彈力重復性不夠好，如果僅靠微動開關(guān)不能對長、短焦鏡組進行 精確定位；因此我們設計了兩個彈性機構(gòu)3-8和定位V槽3-2。其定位原理如圖五所示。電 機帶動轉(zhuǎn)盤3-1運動時，定位V槽3-2 —起運動。當V槽靠近序號3-9鋼球時，鋼球在序號 3-8-4彈簧、序號3-8-5定位軸的彈力作用下，落到V槽中間。調(diào)節(jié)序號3-8-3彈簧壓圈， 使鋼球的彈力大于電機減速箱的摩擦力。則鋼球落到V槽中間。松開序號3-8-1機械定位 鎖緊螺釘，調(diào)整序號3-8-2機械定位架，使鋼球落到V槽時，光學組件正好在光軸上。并且 微動開關(guān)在斷開位置。這樣通過兩個彈性機構(gòu)和兩個V槽與兩個微動開關(guān)組件一起聯(lián)合作 用，就可實現(xiàn)長、短焦光學組件的精確定位。上所述切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3包括鏡像對稱布設有長焦鏡組8*和短焦鏡組Bs的轉(zhuǎn)盤 3-1，所述轉(zhuǎn)盤3-1外周沿軸向方向上設有用以轉(zhuǎn)盤3-1定位的兩個V形槽3-2，能與電機 A3-3驅(qū)動的主動齒輪3-4嚙合的驅(qū)動齒3-5和一拔釘3_6，所述拔釘3_6觸發(fā)鏡像對稱布 設在轉(zhuǎn)盤3-1外側(cè)位置上的用以實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤3-1定位的微動開關(guān)組件3-7，所述V形槽3-2由 布設在轉(zhuǎn)盤3-1外側(cè)的彈性機構(gòu)3-8驅(qū)動的鋼球3-9共同實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤3-1定位，所述微動開
6關(guān)組件3-7和V形槽3-2及布設在轉(zhuǎn)盤3-1外側(cè)的彈性機構(gòu)3-8驅(qū)動的鋼球3_9共同實現(xiàn) 精密定位轉(zhuǎn)盤3-1位置。2.調(diào)焦機構(gòu)的實施如圖6所示，當電機2-4運轉(zhuǎn)時，帶動電機主動齒輪2-5運動。電機主動齒輪2_5 與調(diào)焦環(huán)2-3嚙合傳動，使調(diào)焦環(huán)2-3轉(zhuǎn)動。調(diào)焦環(huán)2-3通過梯形牙與主鏡筒1聯(lián)接。調(diào) 焦座2-1用左旋螺紋聯(lián)接。導釘2-2用來改變調(diào)焦座2-1的運動方向，使其從圓周運動變 為直線運動。這樣電機2-4的圓周運動帶動調(diào)焦座2-1做直線運動。電機的正反轉(zhuǎn)運動即 可帶動調(diào)焦組前后運動。從而實現(xiàn)調(diào)焦目的。3.開蓋機構(gòu)的實施如圖7，圖8所示，電機運轉(zhuǎn)時，帶動序號4-3電機主動齒輪旋轉(zhuǎn)。電機主動齒輪 4-3通過齒輪嚙合帶動序號4-4開蓋從動輪運動。開蓋從動輪4-4與蝸桿4-2聯(lián)接在一起， 蝸桿4-2帶動蝸輪軸4-1運動。蝸輪軸的運動方向改變90°，蝸輪軸旋轉(zhuǎn)帶動與之相連接 的鏡頭蓋5旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)蓋體的開合。因此當電機正、反方向運動時，通過開蓋機構(gòu)4帶 動鏡頭蓋5開合。并且鏡蓋后端面噴砂氧黑。當鏡蓋關(guān)閉時可以當做熱像儀的基準板，作 為基準校正熱像儀的圖像用。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均 等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。
權(quán)利要求1.一種長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，包括主鏡筒，其特征在于所述主鏡筒內(nèi)沿 紅外光線自左向右入射方向設有正月牙形固定透鏡A、切換鏡組B和由布設在主鏡筒內(nèi)的 調(diào)焦機構(gòu)驅(qū)動的正月牙形調(diào)焦透鏡C，所述切換鏡組B分為鏡頭長焦時用的長焦鏡組8* 和鏡頭短焦時用的短焦鏡組Bs，并由布設在主鏡筒內(nèi)的切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動長焦鏡組8*或 短焦鏡組Bs與正月牙形固定透鏡A和正月牙形調(diào)焦透鏡C在同一光路上；所述切換鏡組B 的長焦鏡組B*依次設有雙凸透鏡Bi^1，負月牙形透鏡，負月牙透鏡，雙凹鏡頭B，雙凸透鏡；所述切換鏡組B的短焦鏡組Bs依次設有平凹透鏡，負月牙形透鏡 B短-2，負月牙形透鏡B短_3，雙凹透鏡Bs_4，雙凸透鏡B短_5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，其特征在于鏡頭長焦 時，沿光線入射方向，所述正月牙形固定透鏡A與切換鏡組B的長焦鏡組B*之間的空氣間 隔是119. 44mm，所述切換鏡組B的長焦鏡組B*與正月牙形調(diào)焦透鏡C之間的空氣間隔是 27. 79mm;所述切換鏡組B的長焦鏡組B長中雙凸透鏡B長_丨與負月牙形透鏡B長_2之間的空 氣間隔是0. 91mm，負月牙形透鏡B長_2與負月牙形透鏡Bf3之間的空氣間隔是5. 77mm，負 月牙形透鏡Bf3與負月牙形透鏡Bf4之間的空氣間隔是23. 99mm，雙凹透鏡Bf4與正月 牙形透鏡Bf5之間的空氣間隔是4. 47mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，其特征在于鏡頭短焦時， 所述正月牙形固定透鏡A與切換鏡組B的短焦鏡組Bs之間的空氣間隔是127. 53mm，切換 鏡組B的短焦鏡組Bs與正月牙形調(diào)焦透鏡C之間的空氣間隔是19. 66mm ；所述切換鏡組B 的短焦鏡組Bs中平凹透鏡與負月牙形透鏡Bs_2之間的空氣間隔是0. 93mm，負月牙形 透鏡Bs_2與負月牙形透鏡Bs_3之間的空氣間隔是34. 25mm,負月牙形透鏡Bs_3與凹透鏡 Bfi_4之間的空氣間隔是0. 85mm,凹透鏡Bs_4與凸透鏡Bs_5之間的空氣間隔是4. 87mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，其特征在于所 述正月牙形固定透鏡A，負月牙形透鏡，負月牙形透鏡，正月牙形透鏡，平凹 透鏡BfiH，負月牙形透鏡Bfi_2，負月牙形透鏡Bfi_3，凹透鏡Bs_4和正月牙形調(diào)焦透鏡C采 用Ge材料制成，所述雙凸透鏡Bi^1和負月牙形透鏡采用ZnS材料制成，所述凸透鏡 Bs_5采用S^e材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，其特征在于所述切換旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)包括鏡像對稱布設有長焦鏡組8*和短焦鏡組Bs的轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤外周沿軸向方向 上設 有用以轉(zhuǎn)盤定位的兩個V形槽，能與電機A驅(qū)動的主動齒輪嚙合的驅(qū)動齒和一拔釘，所 述拔釘觸發(fā)鏡像對稱布設在轉(zhuǎn)盤外側(cè)位置上的用以實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤定位的微動開關(guān)組件，所述V 形槽由布設在轉(zhuǎn)盤外側(cè)的彈性機構(gòu)驅(qū)動的鋼球共同實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤定位，所述微動開關(guān)組件和V 形槽及布設在轉(zhuǎn)盤外側(cè)的彈性機構(gòu)驅(qū)動的鋼球共同實現(xiàn)精密定位轉(zhuǎn)盤位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，其特征在于所述調(diào)焦機 構(gòu)包括用以安裝正月牙形調(diào)焦透鏡C的調(diào)焦座，所述調(diào)焦座由布設在主鏡筒外周導槽內(nèi)的 導釘驅(qū)動實現(xiàn)軸向運動，所述導釘與安裝在鏡筒外周的具有梯形牙外螺紋的調(diào)焦環(huán)連接， 所述調(diào)焦環(huán)與電機B驅(qū)動的主動齒輪實現(xiàn)嚙合旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，其特征在于所述主鏡筒 的前端還設有一鏡頭蓋，所述鏡頭蓋由開蓋機構(gòu)驅(qū)動實現(xiàn)鏡頭蓋的開合，所述開蓋機構(gòu)包 括設于主鏡筒外側(cè)并與其軸線平行的蝸輪軸，所述蝸輪軸一端連接鏡頭蓋，另一端經(jīng)軸承固定在主鏡筒外側(cè)上，所述蝸輪軸由一渦輪蝸桿機構(gòu)驅(qū)動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，所述渦桿與由電機主 動齒輪帶動的從動齒輪在同根轉(zhuǎn)軸上并實現(xiàn)聯(lián)動旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實用新型涉及一種長波紅外兩檔視場跟蹤測量鏡頭，包括主鏡筒，其特征在于所述主鏡筒內(nèi)沿紅外光線自左向右入射方向設有正月牙形固定透鏡A、切換鏡組B和由布設在主鏡筒內(nèi)的調(diào)焦機構(gòu)驅(qū)動的正月牙形調(diào)焦透鏡C，所述切換鏡組B分為鏡頭長焦時用的長焦鏡組B長和鏡頭短焦時用的短焦鏡組B短，并由布設在主鏡筒內(nèi)的切換旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動長焦鏡組B長或短焦鏡組B短與正月牙形固定透鏡A和正月牙形調(diào)焦透鏡C在同一光路上本實用新型鏡頭設計焦距較長，能方便切換的兩檔視場鏡頭，并且使熱成像系統(tǒng)能對遠距離目標進行跟蹤測量，既可對目標進行大區(qū)域、小倍率的概觀，也能對目標進行小區(qū)域、大倍率的詳細觀測。
文檔編號G02B13/14GK201859015SQ20102055775
公開日2011年6月8日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者倪政雄, 李宇航, 黃統(tǒng)樑, 黃霞霞 申請人:福建福光數(shù)碼科技有限公司