专利名称：多视场红外光学系统及其旋转式多视场切换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多视场红外光学系统及该光学系统中用于切换不同视场的旋转式多视场切换装置。
背景技术：
现有的多视场红外光学系统中各视场的切换主要采用轴向变倍切换方式，其通过沿光轴移动透镜组改变透镜之间间距进而改变系统焦距实现不同视场的切换，采用这种轴向变倍切换方式参与红外光学成像的透镜数量较多，减少了红外光学系统的透过率，使得透射比下降，从而增加了系统像差，造成每个视场的成像质量均不同程度的受到影响，降低了红外光电探测系统的探测距离和分辨率。中国实用新型专利公开文件CN202421618U公开了一种多视场切换的红外成像系统，该成像系统是在光路中设有用于沿光轴径向移入、移出从而改变视场的相应透镜组，每个透镜组分别连接有驱动其高速移入、移出相应光轴位置的变倍电机，在各变倍电机上均连接有控制装置，并对应每个透镜组分别设有用于检测相应透镜组移入光轴到位的移入到位精度传感器和用于检测相应透镜组移出光轴到位的移出到位精度传感器。这种多视场切换的红外成像系统的缺陷是:用于切换视场的透镜组沿垂直于光轴的径向方向移入或移出，造成该光学成形系统的径向尺寸较大，结构较为复杂，不利于机载小型化的需求，而且其透镜组在移入光轴到位或移出光轴到位时，相应到位精度传感器检测到透镜组到位后立刻通过控制装置控制高速转动的变倍电机迅速停止转动，但变倍电机停止时由于透镜组高速运动会由于惯性力作用而对系统产生较大的冲击，从而造成透镜组偏移光轴位置，导致该红外成像系统容易在进行视场切换时丢失跟踪目标。
实用新型内容本实用新型的一个目的是:提供一种结构简单、成像稳定的多视场红外光学系统。本实用新型多视场红外光学系统的技术方案是:一种多视场红外光学系统，包括在光路上沿系统光轴依次设置的调焦透镜单元和图像接收单元，在调焦透镜单元前方的光路上还设有用于切换不同视场的多视场切换装置，所述的多视场切换装置包括安装架和透镜座，所述安装架具有供系统光路通过的光通道，所述透镜座通过其相对两端同轴固设的半轴转动装配在安装架的光通道中，该透镜座上偏离其转动轴线的间隔安装有第一透镜组和第二透镜组，该第一透镜组与第二透镜组之间同光轴设置且该两透镜组之间的光轴与所述系统光轴共面并同时与所述透镜座的转动轴线垂直相交，在透镜座的其中一个半轴上还传动连接有驱动机构，该驱动机构驱动透镜座绕自身轴线转动使第一透镜组与第二透镜组对应于光学系统的宽、中、窄三种视场具有与所述系统光轴垂直及正向重合和反向重合三个工作位置。所述驱动机构包括固定安装在安装架上的伺服电机，伺服电机输出轴的轴线与所述透镜座转轴的轴线平行，在所述伺服电机的输出轴上固定有主动带轮，在透镜座的转轴上固定有被动带轮，在主动带轮与被动带轮之间连接有传动钢带。在所述安装架上对应透镜座的三个工作位置还分别设有用于检测透镜座转动到位的到位精度传感器，到位精度传感器采用霍尔器件来保证电限位，到位精度传感器的输出端连接有控制伺服电机启停的控制器。在所述安装架与透镜座之间对应透镜座的三个工作位置还设有定位锁紧机构。所述的第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，所述第一透镜的第一个面的半径为-23.5mm,第二个面的半径为-31.99mm,中心厚度为7.2mm,第二透镜的第一个面的半径为1000mm,第二个面的半径为79.5mm,中心厚度为4.9mm ;所述第二透镜组由第三透镜组成，该第三透镜的第一个面的半径为-57.5mm,第二个面的半径为-34.1mm,中心厚度为8mm ;在所述多视场切换装置的前方光路中还设有大物镜。本实用新型还同时提供了一种结构简单、体积小的旋转式多视场切换装置，该旋转式多视场切换装置的技术方案是:一种旋转式多视场切换装置，包括安装架和透镜座，所述安装架具有用于供系统光路通过的光通道，所述透镜座通过其相对两端同轴固设的半轴转动装配在安装架的光通道中，在透镜座上偏离其转动轴线的间隔安装有第一透镜组和第二透镜组，该第一透镜组与第二透镜组之间同光轴设置且该两透镜组之间的光轴与所述系统光轴共面并同时与所述透镜座的转动轴线垂直相交，在透镜座的其中一个半轴上还传动连接有驱动机构，该驱动机构驱动透镜座绕自身轴线转动使第一透镜组与第二透镜组对应于光学系统的宽、中、窄三种视场具有用于与系统光轴垂直及正向重合和反向重合三个工作位置。所述驱动机构包括固定安装在安装架上的伺服电机，伺服电机输出轴的轴线与所述透镜座转轴的轴线平行，在所述伺服电机的输出轴上固定有主动带轮，在透镜座的转轴上固定有被动带轮，在主动带轮与被动带轮之间连接有传动钢带。在所述安装架上对应透镜座的三个工作位置还分别设有用于检测透镜座转动到位的到位精度传感器，到位精度传感器采用霍尔器件来保证电限位，到位精度传感器的输出端连接有控制伺服电机启停的控制器。在所述安装架与透镜座之间对应透镜座的三个工作位置还设有定位锁紧机构。所述的第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，所述第一透镜的第一个面的半径为-23.5mm,第二个面的半径为-31.99mm,中心厚度为7.2mm,第二透镜的第一个面的半径为1000mm,第二个面的半径为79.5mm,中心厚度为4.9mm ;所述第二透镜组由第三透镜组成，该第三透镜的第一个面的半径为-57.5mm,第二个面的半径为-34.1mm,中心厚度为8mm η本实用新型在红外光学系统中采用转动装配的透镜座带动透镜组移入、移出系统光轴实现不同视场的切换，其结构简单、使用方便，在保证视场角度要求的前提下，减少了整个红外光学系统的透镜数量，提高了光学系统的透过率，从而使每个视场图像清晰且稳定，具有好的成像质量及效果，而且，其采用旋转式视场切换装置有效的缩短了系统的径向尺寸，从而相应的减少了机载光电探测系统的尺寸和重量，为机载小型化奠定了基础。
图1为本实用新型中多视场红外光学系统具体实施例的原理图；[0016]图2为本实用新型中旋转式多视场切换装置具体实施例的结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为图2的B-B剖视图。
具体实施方式
本实用新型的多视场红外光学系统的具体实施例如图1、图2、图3、图4所示，其沿光路的光轴9依次设有大物镜1、第一调焦透镜6、第二调焦透镜7及红外探测器8，在大物镜I与第一调焦透镜6之间的光路上设有旋转式多视场切换装置4。该旋转式多视场切换装置4包括安装架10和透镜座14，该安装架10具有供系统光路通过的光通道，透镜座14上、下两端相对同轴固设有上半轴18和下半轴20，该透镜座14通过与上半轴18对应配合的轴承17、与下半轴对应配合的轴承19转动装配在安装架10的光通道中。该透镜座14上偏离其转动轴线的相对间隔安装有第一透镜组和第二透镜组，该第一透镜组与第二透镜组之间同光轴设置且该两透镜组之间的光轴与系统光轴共面并同时与透镜座14的转动轴线垂直相交。其中，第一透镜组由第一透镜2和第二透镜3组成，第一透镜2的第一个面的半径为-23.5mm,第二个面的半径为-31.99mm,中心厚度为7.2mm ;第二透镜3的第一个面的半径为1000mm,第二个面的半径为79.5mm,中心厚度为4.9mm ;其第二透镜组由第三透镜4组成，该第三透镜4的第一个面的半径为-57.5mm,第二个面的半径为-34.1mm,中心厚度为8mm ;第一透镜2与第三透镜4均采用单晶锗材料制成，第二透镜3采用单晶硅材料制成，第一透镜2、第二透镜3和第三透镜4均采用定心车技术加工，保证各透镜光轴的同轴度不大于0 0.014mm,提供成像效果在透镜座14的上半轴18上还传动连接有驱动机构，该驱动机构驱动透镜座14绕自身轴线转动使第一透镜组与第二透镜组移出到光轴9相应位置或移出光轴9，从而使旋转式多视场切换装置4对应于光学系统的宽、中、窄三种视场具有与系统光轴垂直及正向重合和反向重合三个工作位置。本实施例中，该驱动机构包括固定安装在安装架10上的伺服电机11，伺服电机11输出轴的轴线与透镜座14转轴的轴线平行，在伺服电机11的输出轴上固定有主动带轮23，在透镜座14的转轴上固定有被动带轮13，在主动带轮23与被动带轮13之间连接有传动钢带12，其中，主动带轮23和被动带轮13均采用不锈钢0Crl7Ni4Cu4Nb (GB/T8732-88)材料制成，传动钢带12采用钢带T8A 0.2材料制成，该传动钢带12通过分设于主动带轮23和被动带轮13上的钢带压板22绕装在主动带轮23和从动带轮13上，形成带式传动机构，通过伺服电机11的回转运动带动透镜座14实现视场切换。在安装架10上对应透镜座14的三个工作位置还分别设有用于检测透镜座14转动到位的到位精度传感器15，到位精度传感器15的输出端连接有控制伺服电机11启停的控制器，同时，在安装架10与透镜座14之间对应透镜座14的三个工作位置还设有定位锁紧机构。本实施例中，到位精度传感器15采用霍尔器件来保证电限位，当透镜座14移动到位时，通过霍尔器件的感应信号对伺服电机11进行控制，实现透镜座14的转动和停止。当透镜座14带动第一透镜组与第二透镜组切换到位时，固定在安装架10上的磁体单元21采用0 8mm的磁体与固定在透镜座14上的机械定位机构16上的相应吸块一起来保证机械到位精度并锁紧定位。[0022]本实用新型的多视场红外光学系统采用旋转式视场切换机构，实现把不参与成像的透镜暂时移出红外光学成像系统光轴外，使其透镜数目相对较少，从而提高了产品的稳定性要求，可以应用到有双视场或三视场要求的光学系统中，减少参与成像的透镜数量，并缩短了径向尺寸空间，提高了光学系统的成像质量。
权利要求1.一种多视场红外光学系统，包括在光路上沿系统光轴依次设置的调焦透镜单元和图像接收单元，在调焦透镜单元前方的光路上还设有用于切换不同视场的多视场切换装置，其特征在于，所述的多视场切换装置包括安装架和透镜座，所述安装架具有供系统光路通过的光通道，所述透镜座通过其相对两端同轴固设的半轴转动装配在安装架的光通道中，该透镜座上偏离其转动轴线的间隔安装有第一透镜组和第二透镜组，该第一透镜组与第二透镜组之间同光轴设置且该两透镜组之间的光轴与所述系统光轴共面并同时与所述透镜座的转动轴线垂直相交，在透镜座的其中一个半轴上还传动连接有驱动机构，该驱动机构驱动透镜座绕自身轴线转动使第一透镜组与第二透镜组对应于光学系统的宽、中、窄三种视场具有与所述系统光轴垂直及正向重合和反向重合三个工作位置。
2.根据权利要求1所述的多视场红外光学系统，其特征在于，所述驱动机构包括固定安装在安装架上的伺服电机，伺服电机输出轴的轴线与所述透镜座转轴的轴线平行，在所述伺服电机的输出轴上固定有主动带轮，在透镜座的转轴上固定有被动带轮，在主动带轮与被动带轮之间连接有传动钢带。
3.根据权利要求2所述的多视场红外光学系统，其特征在于，在所述安装架上对应透镜座的三个工作位 置还分别设有用于检测透镜座转动到位的到位精度传感器，到位精度传感器采用霍尔器件来保证电限位，到位精度传感器的输出端连接有控制伺服电机启停的控制器。
4.根据权利要求3所述的多视场红外光学系统，其特征在于，在所述安装架与透镜座之间对应透镜座的三个工作位置还设有定位锁紧机构。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的多视场红外光学系统，其特征在于，所述的第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，所述第一透镜的第一个面的半径为-23.5_，第二个面的半径为-31.99mm,中心厚度为7.2mm,第二透镜的第一个面的半径为IOOOmm,第二个面的半径为79.5mm,中心厚度为4.9mm ;所述第二透镜组由第三透镜组成，该第三透镜的第一个面的半径为-57.5mm,第二个面的半径为-34.1mm,中心厚度为8mm ;在所述多视场切换装置的前方光路中还设有大物镜。
6.一种旋转式多视场切换装置，其特征在于，包括安装架和透镜座，所述安装架具有用于供系统光路通过的光通道，所述透镜座通过其相对两端同轴固设的半轴转动装配在安装架的光通道中，在透镜座上偏离其转动轴线的间隔安装有第一透镜组和第二透镜组，该第一透镜组与第二透镜组之间同光轴设置且该两透镜组之间的光轴与所述系统光轴共面并同时与所述透镜座的转动轴线垂直相交，在透镜座的其中一个半轴上还传动连接有驱动机构，该驱动机构驱动透镜座绕自身轴线转动使第一透镜组与第二透镜组对应于光学系统的宽、中、窄三种视场具有用于与系统光轴垂直及正向重合和反向重合三个工作位置。
7.根据权利要求6所述的旋转式多视场切换装置，其特征在于，所述驱动机构包括固定安装在安装架上的伺服电机，伺服电机输出轴的轴线与所述透镜座转轴的轴线平行，在所述伺服电机的输出轴上固定有主动带轮，在透镜座的转轴上固定有被动带轮，在主动带轮与被动带轮之间连接有传动钢带。
8.根据权利要求7所述的旋转式多视场切换装置，其特征在于，在所述安装架上对应透镜座的三个工作位置还分别设有用于检测透镜座转动到位的到位精度传感器，到位精度传感器采用霍尔器件来保证电限位，到位精度传感器的输出端连接有控制伺服电机启停的控制器。
9.根据权利要求8所述的旋转式多视场切换装置，其特征在于，在所述安装架与透镜座之间对应透镜座的三个工作位置还设有定位锁紧机构。
10.根据权利要求6至9任意一项所述的旋转式多视场切换装置，其特征在于，所述的第一透镜组由第一透镜和第二透镜组成，所述第一透镜的第一个面的半径为-23.5_，第二个面的半径为-31.99mm,中心厚度为7.2mm,第二透镜的第一个面的半径为1000mm,第二个面的半径为79.5mm,中心厚度为4.9mm ;所述第二透镜组由第三透镜组成，该第三透镜的第一个面的半径为-57.5mm,第二个 面的半径为-34.1mm,中心厚度为8mm。
专利摘要本实用新型公开了一种多视场红外光学系统及其旋转式多视场切换装置，该视场切换装置包括具有光通道的安装架和转动装配在光通道中的透镜座，透镜座上偏离其转动轴线的间隔安装有同光轴设置的第一透镜组和第二透镜组，两透镜组之间的光轴与系统光轴共面并同时与透镜座的转动轴线垂直相交，在透镜座上还传动连接有驱动其绕自身轴线转动的驱动机构。本实用新型在使用时把不参与成像的透镜暂时移出红外光学成像系统光轴外，使其透镜数目相对较少，从而提高了产品的稳定性要求，并缩短了径向尺寸空间，提高了光学系统的成像质量。
文档编号G02B7/04GK202939359SQ20122063104
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者张久锋, 李运动 申请人:中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所