一种带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头的制作方法

本发明涉及红外变焦镜头，具体为一种带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头。

背景技术：

1、红外连续变焦镜头可在不改变物像距离的前提下连续调整焦距，兼顾大视场搜索观测与小视场细节辨识，广泛应用于安防监控、车载夜视、工业测温及国防光电探测等领域；

2、随着应用场景不断拓展，红外镜头常需在-40℃至60℃的宽温域环境下工作，温度变化对光学系统的成像性能与机械运动精度均会产生显著影响；

3、如授权公告号为cn109116530b的中国专利中公开了一种短波红外光学无热化连续变焦镜头，所述镜头的光学系统包括光焦度为正的前固定组a、光焦度为负的变倍组b、光焦度为正的补偿组c、光阑d、光焦度为正的后固定组e，所述前固定组a包括正弯月透镜a-1、负弯月透镜a-2与正弯月透镜a-3密接的第一胶合组；所述变倍组b包括双凹透镜b-1、正弯月透镜b-2与双凹透镜b-3密接的第二胶合组；所述补偿组c包括双凸透镜c-1、负弯月透镜c-2与正弯月透镜c-3密接的第三胶合组；所述后固定组e包括正弯月透镜e-1、负弯月透镜e-2和双凸透镜e-3。本发明镜头实现最速变焦，使得导程小、光学总长短，系统体积小巧，具有较宽的工作温度范围，不需要经常重复聚焦。

4、结合红外变焦镜头的实际使用，发现其在应用时仍存在一定的弊端，如：

5、1.红外光学材料存在热折射率效应，叠加光学元件、镜筒结构的热胀冷缩特性，温度变化会引发焦距漂移、像面偏移与光轴偏心，导致成像清晰度下降，难以维持稳定的光学性能；

6、2.连续变焦镜头依赖凸轮导钉机构驱动透镜组运动，导钉与凸轮槽、导向衬套与镜筒内壁均存在配合间隙，且高温下构件膨胀易导致间隙增大、传动空回、定位精度下降，低温下构件收缩易出现配合过紧、运动卡滞甚至机构卡死，严重影响变焦平稳性；

7、3.现有主动温控方案通过内置加热、制冷组件维持镜头恒温，虽补偿效果稳定，但会显著增加系统体积、功耗与制造成本，无法适配小型化、低功耗的便携及车载等应用场景。

8、因此，我们提出一种带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，以便于解决上述中提出的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，以解决上述背景技术提出的目前现有红外变焦镜头宽温工作时，热胀冷缩会引发成像偏移、凸轮传动与导向副间隙异变，主动温控成本功耗高，普通被动补偿仅能局部补偿，无法同步消除高低温下变焦空回、卡滞、光轴偏心缺陷的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，包括同轴连接的物镜端固定件、变倍组件装配固定件、目镜端固定件，所述变倍组件装配固定件的内腔设有变倍机构与补偿机构，外侧设有调节驱动件，所述变倍机构包括变倍滑座、径向导向衬套与凸轮导钉件，所述变倍滑座滑动设置于径向导向衬套内部，所述径向导向衬套的侧壁开设有导向竖槽，所述变倍组件装配固定件的侧壁上开设有变倍曲线槽；

3、所述凸轮导钉件包含导钉主轴、锥形衬套、弹性件及热膨胀材料块，所述导钉主轴内端装入变倍滑座边侧开设的导钉安装盲孔内，所述弹性件连接于导钉安装盲孔与导钉主轴之间，所述导钉主轴外侧套设有锥形衬套，所述热膨胀材料块安装在导钉安装盲孔底部。

4、更进一步地：所述导钉主轴的中部一体设置有中部挡环，外端一体设置有末端凸环，所述锥形衬套同轴套设于导钉主轴外侧，其内端抵靠于中部挡环，所述锥形衬套的外侧面呈外窄内宽的锥形倾斜结构。

5、更进一步地：所述弹性件同轴套设于导钉主轴的外侧，所述弹性件两端分别抵接于末端凸环的内侧端面与导钉安装盲孔的端口侧壁之间。

6、更进一步地：所述变倍滑座的外侧上下两端均固定有贴合垫圈，所述贴合垫圈的外圆面与径向导向衬套的内壁滑动贴合。

7、更进一步地：所述径向导向衬套的外侧设置有自适应贴合件，所述自适应贴合件的外侧面与变倍组件装配固定件的内壁相贴合。

8、更进一步地：所述自适应贴合件包括固定圆环、第一贴合缓冲垫与第二贴合缓冲垫，所述固定圆环同轴固定于径向导向衬套的外壁，所述第一贴合缓冲垫与第二贴合缓冲垫层叠设置于固定圆环内侧，且二者采用不同热膨胀系数的材料制备。

9、更进一步地：所述补偿机构包括补偿滑座、补偿组导向衬套与补偿曲线槽，所述补偿滑座滑动设置于补偿组导向衬套内部，所述补偿曲线槽开设于变倍组件装配固定件的上部侧壁。

10、更进一步地：所述补偿组导向衬套的侧壁开设有导向竖槽，所述凸轮导钉件穿设于补偿曲线槽与导向竖槽中，其内端连接于补偿滑座的侧壁。

11、更进一步地：所述补偿组导向衬套的外侧设置有自适应贴合件，所述补偿滑座与补偿组导向衬套之间设置有贴合垫圈。

12、与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：该带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，依靠弹性件与热膨胀材料实现凸轮传动间隙自适应补偿，搭配双膨胀系数缓冲垫消除导向径向间隙，无需主动温控，结构低功耗小型化，且变倍补偿机构同步适配，宽温域无空回、不卡滞，抑制光轴偏移，全焦段成像稳定，提升镜头可靠性与适用范围；

13、1.本发明通过在凸轮导钉件中设置弹性件与热膨胀材料块的组合结构，常温下依靠弹性件预紧力推动导钉主轴使锥形衬套紧密贴合槽壁，消除加工装配间隙；高温环境下热膨胀材料块受热膨胀，进一步推动导钉外伸以抵消金属构件膨胀带来的间隙增量，全程维持凸轮传动副的无间隙配合，解决了传统结构高低温下间隙动态变化导致的变焦空回、定位精度下降问题，显著提升变焦运动的平稳性与位置控制精度；

14、2.本发明在导向衬套外侧设置由两种不同热膨胀系数缓冲垫层叠构成的自适应贴合件，高温环境下高热膨胀系数缓冲垫补充径向间隙，低温环境下低热膨胀系数缓冲垫维持有效支撑，通过差异化热膨胀特性互补，全程保证导向衬套与镜筒内壁的紧密贴合与同轴定位，避免温度波动导致的衬套径向偏摆与光轴偏移，大幅提升光学系统的温度稳定性；

15、3.本发明的补偿机构采用与变倍机构完全一致的导向结构与温度自适应结构，二者具备相同的运动精度与温度响应特性，变焦过程中变倍透镜与补偿透镜的位移同步性高、配合精度好，可精准补偿变焦引发的像面偏移；同时配合双维度的机械间隙温度补偿，有效抑制温度导致的像面漂移，确保镜头在宽温域、全焦段范围内均能维持清晰稳定的成像效果；

16、4.本发明完全依靠弹性件预紧与材料热膨胀特性实现温度自适应补偿，无需内置加热、制冷等主动温控组件，无需额外供电与控制电路，在大幅提升环境适应性的同时，有效控制系统体积、重量与功耗，适配车载夜视、便携探测、安防监控等多种小型化、低功耗的应用场景，克服了主动温控方案成本高、体积大、功耗高的缺陷。

1.一种带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，包括同轴连接的物镜端固定件（1）、变倍组件装配固定件（2）、目镜端固定件（3），所述变倍组件装配固定件（2）的内腔设有变倍机构与补偿机构，外侧设有调节驱动件（12），其特征在于：

2.根据权利要求1所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述导钉主轴（901）的中部一体设置有中部挡环（904），外端一体设置有末端凸环（903），所述锥形衬套（902）同轴套设于导钉主轴（901）外侧，其内端抵靠于中部挡环（904），所述锥形衬套（902）的外侧面呈外窄内宽的锥形倾斜结构。

3.根据权利要求2所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述弹性件（905）同轴套设于导钉主轴（901）的外侧，所述弹性件（905）两端分别抵接于末端凸环（903）的内侧端面与导钉安装盲孔（41）的端口侧壁之间。

4.根据权利要求1所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述变倍滑座（4）的外侧上下两端均固定有贴合垫圈（8），所述贴合垫圈（8）的外圆面与径向导向衬套（6）的内壁滑动贴合。

5.根据权利要求1所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述径向导向衬套（6）的外侧设置有自适应贴合件（7），所述自适应贴合件（7）的外侧面与变倍组件装配固定件（2）的内壁相贴合。

6.根据权利要求5所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述自适应贴合件（7）包括固定圆环（701）、第一贴合缓冲垫（702）与第二贴合缓冲垫（703），所述固定圆环（701）同轴固定于径向导向衬套（6）的外壁，所述第一贴合缓冲垫（702）与第二贴合缓冲垫（703）层叠设置于固定圆环（701）内侧，且二者采用不同热膨胀系数的材料制备。

7.根据权利要求1所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述补偿机构包括补偿滑座（5）、补偿组导向衬套（13）与补偿曲线槽（14），所述补偿滑座（5）滑动设置于补偿组导向衬套（13）内部，所述补偿曲线槽（14）开设于变倍组件装配固定件（2）的上部侧壁。

8.根据权利要求7所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述补偿组导向衬套（13）的侧壁开设有导向竖槽（10），所述凸轮导钉件（9）穿设于补偿曲线槽（14）与导向竖槽（10）中，其内端连接于补偿滑座（5）的侧壁。

9.根据权利要求7所述的带有温度自适应结构的红外连续变焦镜头，其特征在于：所述补偿组导向衬套（13）的外侧设置有自适应贴合件（7），所述补偿滑座（5）与补偿组导向衬套（13）之间设置有贴合垫圈（8）。