红外系统变倍机构研究与分析.doc

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1、1、红外系统应满足高性能的成像质量、较高的探测灵敏度、足够的视场、高信噪比、一定的抗干扰能力，以及较大的作用距离等性能要求。红外成像系统具有一定的穿透烟、雾、霾、雪等限制以及识别伪装的能力，不会受战场强光、闪光干扰而致盲，可以实现远距离、全天候观察。2、红外系统主要由光学系统、探测器成像组件、光机结构、视场变倍机构、调焦机构、变倍调焦控制电路等组成，其中探测器成像组件包括探测器、制冷器、前放电路、信号处理及控制电路等。3、光学系统按照其变焦过程中光学系统的焦距值是否连续变化可分为两类:一类为非连续变焦系统（切换式变焦系统），即通过切换光学系统中的相关透镜组来改变光学系统的焦距值，即切换式变倍结

2、构形式，通常被使用的主要由两档变倍和三档变倍；另一类为连续变焦，通过透镜组及补偿镜组轴向间隙的连续变化而改变光学系统的焦距值，即连续变焦结构形式。4、切换式变倍机构：切换机构具有切换时间短、装配调整简单、光轴方向尺寸紧凑、透镜组元之间空间尺寸大、透过率高等特点，并且因参与成像的透镜数目减少，大大提高了红外系统的成像质量。5、轴向变倍机构：将变倍透镜组沿光学系统的光路方向进行移动，在原光学视场的基础上形成一个新的光学视场轴向变倍机构的切换时间较长、装配调整较复杂、光轴方向尺寸紧凑。由于参与成像的透镜数冃较多，对红外系统的成像质量透过率有一定的影响。6、切换式变倍机构分类：（1）旋转切换式。旋转切

3、换式变倍机构绕着垂直于系统光轴相交的回转轴旋转，使得变倍镜组切入或切出光学系统，从而实现视场切换（变倍）的变倍运动机构。旋转切换式变倍机构多数用在双视场变倍光学系统中，三视场红外光学系统的切换也有采用这种方式的，这时光学系统的设计难度较大。（2）径向切换式。径向切换式变倍机构是将变倍透镜组沿着垂直系统光轴的方向平移，切入或切出光学系统，实现视场切换（变倍）。径向切换式变倍机构在双视场或三视场变倍光学系统中经常应用。7、切换式变倍机构在结构设计时，应充分考虑以下几个问题：1）当切换式变倍机构进行变倍时，变倍透镜组应能准确切换到位，为了保证光学系统的成像质量和光学性能的稳定性，需要设计一个准确可靠

4、的到位控制装置；2）当变倍镜组切换到位后，为了保证红外成像系统在过载震动冲击等比较恶劣的环境条件下可靠正常地工作，应设计一个可靠到位锁死装置，不能出现硬性接触现象，同时也要克服旋转到位时的惯性力矩的影响；3）为了满足变倍透镜组在光学系统中与系统光轴的同轴度和角偏要求，以保证光学系统的光轴视差等，需要在变倍机构中设置调整环节;4）为了提高稳定精度，变倍机构在运动过程中应进行精确配平。8、轴向变倍机构分类：（1）多视场轴向变倍机构。三视场轴向变倍时，需要变倍组和补偿组同时沿轴向移动，这与连续变焦系统的设计原理和方法相同。（2）连续变焦机构。变焦距光学系统的基本原理是利用光学系统中两个或两个以上光学

5、透镜组的移动来改变系统的组合焦距，同时保持像面位置不动，且在变焦过程中像质始终保持良好。常用的变焦距光学系统一般由前固定组、变倍组、补偿组、后固定组等四个透镜组组成。军用连续变焦成像系统的设计还必须考虑变倍运动的平滑性和变倍过程的快速性。变倍凸轮设计的好坏，直接影响到连续变焦成像系统的性能、成像质量等。凸轮的导程与直径是变倍凸轮的重要参数，因此在设计变倍凸轮时，一定要对凸轮的导程和直径进行优化设计。9、导向机构种类很多，常用的机构有以下几种形式：（1）一根光杠导轨和滚珠丝杠组合机构。这种结构精度较高，由于变倍和补偿同时移动的轨迹不同，需要两套导向驱动机构，占用较大空间，控制系统设计也有难度。（

6、2）两根光杠导轨滑动机构。这种结构变位精度高，承载大，市于是过定位结构，在长距离移动过程中，易产生机构卡死现象。（3）三根光杠导轨滑动机构。这种机构在运动过程中舒适平稳，不易出现卡死现象，可以带动通光口径较大的透镜，这种导向机构运动精度低。10、对轴向变倍机构和切换式变倍机构进行对比分析，结果如下：缺点：轴向变倍机构的轴向尺寸比较大，轴向变倍行程长，结构比较复杂，零件（特别是变倍凸轮）精度要求高且加工难度较大，为了满足光轴在运动过程中的精度要求，光机装调难度很大。优点：轴向变倍机构的径向尺寸占用空间相对较小，变焦过程中运动平稳；多视场轴向变倍系统和切换式变倍系统在视场转换过程中，图像是间断的；

7、而连续变焦机构在视场转换过程中能够保持清晰图像的连续性，视觉效果好，对高速运动目标的搜索和跟踪非常有利，具有强烈的军事需求。