專利名稱：多視場紅外光學系統及其旋轉式多視場切換裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種多視場紅外光學系統及該光學系統中用于切換不同視場的旋轉式多視場切換裝置。
背景技術：
現有的多視場紅外光學系統中各視場的切換主要采用軸向變倍切換方式，其通過沿光軸移動透鏡組改變透鏡之間間距進而改變系統焦距實現不同視場的切換，采用這種軸向變倍切換方式參與紅外光學成像的透鏡數量較多，減少了紅外光學系統的透過率，使得透射比下降，從而增加了系統像差，造成每個視場的成像質量均不同程度的受到影響，降低了紅外光電探測系統的探測距離和分辨率。中國實用新型專利公開文件CN202421618U公開了一種多視場切換的紅外成像系統，該成像系統是在光路中設有用于沿光軸徑向移入、移出從而改變視場的相應透鏡組，每個透鏡組分別連接有驅動其高速移入、移出相應光軸位置的變倍電機，在各變倍電機上均連接有控制裝置，并對應每個透鏡組分別設有用于檢測相應透鏡組移入光軸到位的移入到位精度傳感器和用于檢測相應透鏡組移出光軸到位的移出到位精度傳感器。這種多視場切換的紅外成像系統的缺陷是:用于切換視場的透鏡組沿垂直于光軸的徑向方向移入或移出，造成該光學成形系統的徑向尺寸較大，結構較為復雜，不利于機載小型化的需求，而且其透鏡組在移入光軸到位或移出光軸到位時，相應到位精度傳感器檢測到透鏡組到位后立刻通過控制裝置控制高速轉動的變倍電機迅速停止轉動，但變倍電機停止時由于透鏡組高速運動會由于慣性力作用而對系統產生較大的沖擊，從而造成透鏡組偏移光軸位置，導致該紅外成像系統容易在進行視場切換時丟失跟蹤目標。
實用新型內容本實用新型的一個目的是:提供一種結構簡單、成像穩定的多視場紅外光學系統。本實用新型多視場紅外光學系統的技術方案是:一種多視場紅外光學系統，包括在光路上沿系統光軸依次設置的調焦透鏡單元和圖像接收單元，在調焦透鏡單元前方的光路上還設有用于切換不同視場的多視場切換裝置，所述的多視場切換裝置包括安裝架和透鏡座，所述安裝架具有供系統光路通過的光通道，所述透鏡座通過其相對兩端同軸固設的半軸轉動裝配在安裝架的光通道中，該透鏡座上偏離其轉動軸線的間隔安裝有第一透鏡組和第二透鏡組，該第一透鏡組與第二透鏡組之間同光軸設置且該兩透鏡組之間的光軸與所述系統光軸共面并同時與所述透鏡座的轉動軸線垂直相交，在透鏡座的其中一個半軸上還傳動連接有驅動機構，該驅動機構驅動透鏡座繞自身軸線轉動使第一透鏡組與第二透鏡組對應于光學系統的寬、中、窄三種視場具有與所述系統光軸垂直及正向重合和反向重合三個工作位置。所述驅動機構包括固定安裝在安裝架上的伺服電機，伺服電機輸出軸的軸線與所述透鏡座轉軸的軸線平行，在所述伺服電機的輸出軸上固定有主動帶輪，在透鏡座的轉軸上固定有被動帶輪，在主動帶輪與被動帶輪之間連接有傳動鋼帶。在所述安裝架上對應透鏡座的三個工作位置還分別設有用于檢測透鏡座轉動到位的到位精度傳感器，到位精度傳感器采用霍爾器件來保證電限位，到位精度傳感器的輸出端連接有控制伺服電機啟停的控制器。在所述安裝架與透鏡座之間對應透鏡座的三個工作位置還設有定位鎖緊機構。所述的第一透鏡組由第一透鏡和第二透鏡組成，所述第一透鏡的第一個面的半徑為-23.5mm,第二個面的半徑為-31.99mm,中心厚度為7.2mm,第二透鏡的第一個面的半徑為1000mm,第二個面的半徑為79.5mm,中心厚度為4.9mm ;所述第二透鏡組由第三透鏡組成，該第三透鏡的第一個面的半徑為-57.5mm,第二個面的半徑為-34.1mm,中心厚度為8mm ;在所述多視場切換裝置的前方光路中還設有大物鏡。本實用新型還同時提供了一種結構簡單、體積小的旋轉式多視場切換裝置，該旋轉式多視場切換裝置的技術方案是:一種旋轉式多視場切換裝置，包括安裝架和透鏡座，所述安裝架具有用于供系統光路通過的光通道，所述透鏡座通過其相對兩端同軸固設的半軸轉動裝配在安裝架的光通道中，在透鏡座上偏離其轉動軸線的間隔安裝有第一透鏡組和第二透鏡組，該第一透鏡組與第二透鏡組之間同光軸設置且該兩透鏡組之間的光軸與所述系統光軸共面并同時與所述透鏡座的轉動軸線垂直相交，在透鏡座的其中一個半軸上還傳動連接有驅動機構，該驅動機構驅動透鏡座繞自身軸線轉動使第一透鏡組與第二透鏡組對應于光學系統的寬、中、窄三種視場具有用于與系統光軸垂直及正向重合和反向重合三個工作位置。所述驅動機構包括固定安裝在安裝架上的伺服電機，伺服電機輸出軸的軸線與所述透鏡座轉軸的軸線平行，在所述伺服電機的輸出軸上固定有主動帶輪，在透鏡座的轉軸上固定有被動帶輪，在主動帶輪與被動帶輪之間連接有傳動鋼帶。在所述安裝架上對應透鏡座的三個工作位置還分別設有用于檢測透鏡座轉動到位的到位精度傳感器，到位精度傳感器采用霍爾器件來保證電限位，到位精度傳感器的輸出端連接有控制伺服電機啟停的控制器。在所述安裝架與透鏡座之間對應透鏡座的三個工作位置還設有定位鎖緊機構。所述的第一透鏡組由第一透鏡和第二透鏡組成，所述第一透鏡的第一個面的半徑為-23.5mm,第二個面的半徑為-31.99mm,中心厚度為7.2mm,第二透鏡的第一個面的半徑為1000mm,第二個面的半徑為79.5mm,中心厚度為4.9mm ;所述第二透鏡組由第三透鏡組成，該第三透鏡的第一個面的半徑為-57.5mm,第二個面的半徑為-34.1mm,中心厚度為8mm η本實用新型在紅外光學系統中采用轉動裝配的透鏡座帶動透鏡組移入、移出系統光軸實現不同視場的切換，其結構簡單、使用方便，在保證視場角度要求的前提下，減少了整個紅外光學系統的透鏡數量，提高了光學系統的透過率，從而使每個視場圖像清晰且穩定，具有好的成像質量及效果，而且，其采用旋轉式視場切換裝置有效的縮短了系統的徑向尺寸，從而相應的減少了機載光電探測系統的尺寸和重量，為機載小型化奠定了基礎。
圖1為本實用新型中多視場紅外光學系統具體實施例的原理圖；[0016]圖2為本實用新型中旋轉式多視場切換裝置具體實施例的結構示意圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4為圖2的B-B剖視圖。
具體實施方式
本實用新型的多視場紅外光學系統的具體實施例如圖1、圖2、圖3、圖4所示，其沿光路的光軸9依次設有大物鏡1、第一調焦透鏡6、第二調焦透鏡7及紅外探測器8，在大物鏡I與第一調焦透鏡6之間的光路上設有旋轉式多視場切換裝置4。該旋轉式多視場切換裝置4包括安裝架10和透鏡座14，該安裝架10具有供系統光路通過的光通道，透鏡座14上、下兩端相對同軸固設有上半軸18和下半軸20，該透鏡座14通過與上半軸18對應配合的軸承17、與下半軸對應配合的軸承19轉動裝配在安裝架10的光通道中。該透鏡座14上偏離其轉動軸線的相對間隔安裝有第一透鏡組和第二透鏡組，該第一透鏡組與第二透鏡組之間同光軸設置且該兩透鏡組之間的光軸與系統光軸共面并同時與透鏡座14的轉動軸線垂直相交。其中，第一透鏡組由第一透鏡2和第二透鏡3組成，第一透鏡2的第一個面的半徑為-23.5mm,第二個面的半徑為-31.99mm,中心厚度為7.2mm ;第二透鏡3的第一個面的半徑為1000mm,第二個面的半徑為79.5mm,中心厚度為4.9mm ;其第二透鏡組由第三透鏡4組成，該第三透鏡4的第一個面的半徑為-57.5mm,第二個面的半徑為-34.1mm,中心厚度為8mm ;第一透鏡2與第三透鏡4均采用單晶鍺材料制成，第二透鏡3采用單晶硅材料制成，第一透鏡2、第二透鏡3和第三透鏡4均采用定心車技術加工，保證各透鏡光軸的同軸度不大于0 0.014mm,提供成像效果在透鏡座14的上半軸18上還傳動連接有驅動機構，該驅動機構驅動透鏡座14繞自身軸線轉動使第一透鏡組與第二透鏡組移出到光軸9相應位置或移出光軸9，從而使旋轉式多視場切換裝置4對應于光學系統的寬、中、窄三種視場具有與系統光軸垂直及正向重合和反向重合三個工作位置。本實施例中，該驅動機構包括固定安裝在安裝架10上的伺服電機11，伺服電機11輸出軸的軸線與透鏡座14轉軸的軸線平行，在伺服電機11的輸出軸上固定有主動帶輪23，在透鏡座14的轉軸上固定有被動帶輪13，在主動帶輪23與被動帶輪13之間連接有傳動鋼帶12，其中，主動帶輪23和被動帶輪13均采用不銹鋼0Crl7Ni4Cu4Nb (GB/T8732-88)材料制成，傳動鋼帶12采用鋼帶T8A 0.2材料制成，該傳動鋼帶12通過分設于主動帶輪23和被動帶輪13上的鋼帶壓板22繞裝在主動帶輪23和從動帶輪13上，形成帶式傳動機構，通過伺服電機11的回轉運動帶動透鏡座14實現視場切換。在安裝架10上對應透鏡座14的三個工作位置還分別設有用于檢測透鏡座14轉動到位的到位精度傳感器15，到位精度傳感器15的輸出端連接有控制伺服電機11啟停的控制器，同時，在安裝架10與透鏡座14之間對應透鏡座14的三個工作位置還設有定位鎖緊機構。本實施例中，到位精度傳感器15采用霍爾器件來保證電限位，當透鏡座14移動到位時，通過霍爾器件的感應信號對伺服電機11進行控制，實現透鏡座14的轉動和停止。當透鏡座14帶動第一透鏡組與第二透鏡組切換到位時，固定在安裝架10上的磁體單元21采用0 8mm的磁體與固定在透鏡座14上的機械定位機構16上的相應吸塊一起來保證機械到位精度并鎖緊定位。[0022]本實用新型的多視場紅外光學系統采用旋轉式視場切換機構，實現把不參與成像的透鏡暫時移出紅外光學成像系統光軸外，使其透鏡數目相對較少，從而提高了產品的穩定性要求，可以應用到有雙視場或三視場要求的光學系統中，減少參與成像的透鏡數量，并縮短了徑向尺寸空間，提高了光學系統的成像質量。
權利要求1.一種多視場紅外光學系統，包括在光路上沿系統光軸依次設置的調焦透鏡單元和圖像接收單元，在調焦透鏡單元前方的光路上還設有用于切換不同視場的多視場切換裝置，其特征在于，所述的多視場切換裝置包括安裝架和透鏡座，所述安裝架具有供系統光路通過的光通道，所述透鏡座通過其相對兩端同軸固設的半軸轉動裝配在安裝架的光通道中，該透鏡座上偏離其轉動軸線的間隔安裝有第一透鏡組和第二透鏡組，該第一透鏡組與第二透鏡組之間同光軸設置且該兩透鏡組之間的光軸與所述系統光軸共面并同時與所述透鏡座的轉動軸線垂直相交，在透鏡座的其中一個半軸上還傳動連接有驅動機構，該驅動機構驅動透鏡座繞自身軸線轉動使第一透鏡組與第二透鏡組對應于光學系統的寬、中、窄三種視場具有與所述系統光軸垂直及正向重合和反向重合三個工作位置。
2.根據權利要求1所述的多視場紅外光學系統，其特征在于，所述驅動機構包括固定安裝在安裝架上的伺服電機，伺服電機輸出軸的軸線與所述透鏡座轉軸的軸線平行，在所述伺服電機的輸出軸上固定有主動帶輪，在透鏡座的轉軸上固定有被動帶輪，在主動帶輪與被動帶輪之間連接有傳動鋼帶。
3.根據權利要求2所述的多視場紅外光學系統，其特征在于，在所述安裝架上對應透鏡座的三個工作位 置還分別設有用于檢測透鏡座轉動到位的到位精度傳感器，到位精度傳感器采用霍爾器件來保證電限位，到位精度傳感器的輸出端連接有控制伺服電機啟停的控制器。
4.根據權利要求3所述的多視場紅外光學系統，其特征在于，在所述安裝架與透鏡座之間對應透鏡座的三個工作位置還設有定位鎖緊機構。
5.根據權利要求1至4任意一項所述的多視場紅外光學系統，其特征在于，所述的第一透鏡組由第一透鏡和第二透鏡組成，所述第一透鏡的第一個面的半徑為-23.5_，第二個面的半徑為-31.99mm,中心厚度為7.2mm,第二透鏡的第一個面的半徑為IOOOmm,第二個面的半徑為79.5mm,中心厚度為4.9mm ;所述第二透鏡組由第三透鏡組成，該第三透鏡的第一個面的半徑為-57.5mm,第二個面的半徑為-34.1mm,中心厚度為8mm ;在所述多視場切換裝置的前方光路中還設有大物鏡。
6.一種旋轉式多視場切換裝置，其特征在于，包括安裝架和透鏡座，所述安裝架具有用于供系統光路通過的光通道，所述透鏡座通過其相對兩端同軸固設的半軸轉動裝配在安裝架的光通道中，在透鏡座上偏離其轉動軸線的間隔安裝有第一透鏡組和第二透鏡組，該第一透鏡組與第二透鏡組之間同光軸設置且該兩透鏡組之間的光軸與所述系統光軸共面并同時與所述透鏡座的轉動軸線垂直相交，在透鏡座的其中一個半軸上還傳動連接有驅動機構，該驅動機構驅動透鏡座繞自身軸線轉動使第一透鏡組與第二透鏡組對應于光學系統的寬、中、窄三種視場具有用于與系統光軸垂直及正向重合和反向重合三個工作位置。
7.根據權利要求6所述的旋轉式多視場切換裝置，其特征在于，所述驅動機構包括固定安裝在安裝架上的伺服電機，伺服電機輸出軸的軸線與所述透鏡座轉軸的軸線平行，在所述伺服電機的輸出軸上固定有主動帶輪，在透鏡座的轉軸上固定有被動帶輪，在主動帶輪與被動帶輪之間連接有傳動鋼帶。
8.根據權利要求7所述的旋轉式多視場切換裝置，其特征在于，在所述安裝架上對應透鏡座的三個工作位置還分別設有用于檢測透鏡座轉動到位的到位精度傳感器，到位精度傳感器采用霍爾器件來保證電限位，到位精度傳感器的輸出端連接有控制伺服電機啟停的控制器。
9.根據權利要求8所述的旋轉式多視場切換裝置，其特征在于，在所述安裝架與透鏡座之間對應透鏡座的三個工作位置還設有定位鎖緊機構。
10.根據權利要求6至9任意一項所述的旋轉式多視場切換裝置，其特征在于，所述的第一透鏡組由第一透鏡和第二透鏡組成，所述第一透鏡的第一個面的半徑為-23.5_，第二個面的半徑為-31.99mm,中心厚度為7.2mm,第二透鏡的第一個面的半徑為1000mm,第二個面的半徑為79.5mm,中心厚度為4.9mm ;所述第二透鏡組由第三透鏡組成，該第三透鏡的第一個面的半徑為-57.5mm,第二個 面的半徑為-34.1mm,中心厚度為8mm。
專利摘要本實用新型公開了一種多視場紅外光學系統及其旋轉式多視場切換裝置，該視場切換裝置包括具有光通道的安裝架和轉動裝配在光通道中的透鏡座，透鏡座上偏離其轉動軸線的間隔安裝有同光軸設置的第一透鏡組和第二透鏡組，兩透鏡組之間的光軸與系統光軸共面并同時與透鏡座的轉動軸線垂直相交，在透鏡座上還傳動連接有驅動其繞自身軸線轉動的驅動機構。本實用新型在使用時把不參與成像的透鏡暫時移出紅外光學成像系統光軸外，使其透鏡數目相對較少，從而提高了產品的穩定性要求，并縮短了徑向尺寸空間，提高了光學系統的成像質量。
文檔編號G02B7/04GK202939359SQ20122063104
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者張久鋒, 李運動 申請人:中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所