红外连续变焦镜头的结构设计

　　随着现代光学技术的发展，可见光变焦距镜头已经普及，在军用和民用方面得到了广泛的应用。而红外连续变焦镜头因受到光学材料等方面的限制，其发展相对缓慢。目前国内对红外连续变焦镜头的研究，基本上处于理论设计或试验阶段，对加工装调后的红外变焦镜头及其成像质量还未见相关报导。因此设计一套红外连续变焦镜头的机械结构，用来验证所设计的红外镜头的变倍性能及其成像质量是很有必要的。

　　根据光学设计人员给出的某小型红外连续变焦镜头的光学特点，本文采用不同形式的凸轮机构分别作为光学系统的变倍、调焦机构。同时，为了提高镜头的成像质量，采用多种机械方法抑制杂散辐射措施，使得红外镜头的杂散辐射得到有效的抑制。

　　1 光学结构及其主要机械结构选型

　　1.1 光学结构

　　本文所涉及的镜头为相对孔径 1:4，焦距 25 ～450mm 的中波红外连续变焦镜头，为机械补偿变焦距镜头，其光学结构由前固定组，变倍组，补偿组，后固定组组成。其中变倍组作线性移动，补偿组作相对少量非线性移动，以达到光学系统既变倍而像面位置又稳定的要求。该镜头设计为透射系统，共有 14 片透镜，包括变焦物镜系统和二次成像系统。镜片数目的增加，有利于校正像差，可提高像质;二次成像系统的作用是为了减小物镜的直径同时保证 100%的冷屏效率。

　　1.2 变倍组导向机构选型

　　连续变焦镜头在连续变焦的过程中，光轴随着变倍和补偿镜组的位移始终在跳动，而光轴跳动量的大小直接影响系统的性能指标。所以变倍、补偿镜组的导向机构设计是此红外变焦距镜头结构设计的核心。变焦距镜头导向机构的种类很多，按接触摩擦性质可分成两大类：滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。滑动摩擦机构是导轨与移动镜组之间采用滑动接触方式，滚动机构是导轨与移动镜组之间采用滚动方式[1]。常用的变倍机构有以下几种形式[2]：

　　1.圆柱导轨滑动机构。这种结构变倍精度高，径向结构尺寸小，适用于变倍和补偿组光学通光口径较小的结构。

　　2.两根圆柱导轨滑动机构。由于滑动部件为两根圆柱导轨，这种结构变倍精度高，承载的负荷也比第一种大。但是由于是超定位结构，光学通光口径太大，容易产生机构卡死现象，机构的径向尺寸也较大，一般适用通光口径 30 ～ 80 mm 的结构。

　　3.三根圆柱导轨滑动机构。这种结构的优点是运动舒适、平稳，不容易产生卡死现象，可以带动通光口径较大的光学组件。缺点是运动精度较前两种低，一般适用通光口径 50 ～ 120 mm 的结构 。