一种连续变焦镜头制造技术

本发明专利技术涉及一种连续变焦镜头，属于光电技术领域，解决了现有技术中连续变焦过程不够平滑、稳定的问题。一种连续变焦镜头包括透镜、镜筒、凸轮、变焦电机和齿轮；凸轮包括内、外凸轮，外凸轮可转动地套设在内凸轮上，内凸轮套设在变倍、补偿组镜筒上，变倍组、补偿组镜筒上分别固定有变倍、补偿组销钉；外凸轮侧壁带有按照变倍组外凸轮曲线加工的变倍导向槽、按照补偿组外凸轮曲线加工的补偿导向槽，变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线为经粒子群优化算法优化得到的曲线。实现了8倍连续变焦，光学系统结构紧凑、体积重量较小，而且变倍组和补偿组均按照最优曲线方式运动，实现了凸轮曲线最大压力角的抑制，变焦过程平滑、稳定，成像质量良好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种连续变焦镜头


[0001]本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种连续变焦镜头。

技术介绍

[0002]随着现代战争形态逐步向轻量化、无人化方向发展，光学系统既要实现宽视场下的观察搜索，又要实现窄视场下的跟踪瞄准，因此解决视场与视距之间的矛盾，成为光电侦察系统设计的发力点。连续变焦系统采用改变透镜之间的间隔来改变整个镜头的焦距，从而获得不同的视场角与景象范围,在视场切换过程中一直保持图像的连续性与像质的稳定性，该类系统非常适用于高速目标的搜索和跟踪。近些年，连续变焦系统已成为应用趋势，因此有必要设计一种成像质量高、变倍比高、结构紧凑、变焦过程平滑稳定的变焦镜头。
[0003]现有技术中高质量的连续变焦镜头的设计存在较大困难，往往存在变焦过程易卡死或者变焦过程不能保证图像质量全程清晰的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种连续变焦镜头，用以解决现有连续变焦镜头往往存在变焦过程易卡死或者变焦过程不能保证图像质量全程清晰的问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种连续变焦镜头，该连续变焦镜头包括变倍组透镜、补偿组透镜、变倍组镜筒、补偿组镜筒、凸轮、变焦电机和齿轮；
[0006]所述变倍组透镜、补偿组透镜分别安装在变倍组镜筒、补偿组镜筒中；
[0007]所述凸轮包括外凸轮和内凸轮，外凸轮可转动地套设在内凸轮上，内凸轮套设在变倍组镜筒和补偿组镜筒上，变倍组镜筒和补偿组镜筒上分别固定有变倍组销钉和补偿组销钉；外凸轮侧壁带有按照变倍组外凸轮曲线加工的变倍导向槽、按照补偿组外凸轮曲线加工的补偿导向槽，所述变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线为经粒子群优化算法优化得到的曲线；
[0008]变倍组销钉穿过内凸轮的直线导向槽和外凸轮的变倍导向槽，补偿组销钉穿过内凸轮的直线导向槽和外凸轮的补偿导向槽；
[0009]变焦电机通过齿轮带动外凸轮旋转，外凸轮通过带动变倍组销钉、补偿组销钉在外凸轮和内凸轮中的导向槽内运动，从而带动变倍组透镜、补偿组透镜沿光轴做相应运动，完成光学系统连续变焦。
[0010]进一步的，通过如下方式得到变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线:
[0011]构建区间为[a，b]的初始对数函数y＝log
c
x；
[0012]对初始对数函数进行均匀采样，得到N个采样点；
[0013]基于所述采样点坐标以及变倍组、补偿组沿垂直光轴方向的采样点的区间范围得到变倍组、补偿组沿垂直光轴方向的采样点x1
i
、x2
i
；
[0014]其中所述采样点x1
i
、x2
i
以及区间[a，b]满足预设的优化约束条件；
[0015]基于变倍组沿光轴方向的采样点z1
i
、沿垂直光轴方向的采样点x1
i
进行多项式拟
合获取变倍组外凸轮曲线；基于补偿组沿光轴方向采样点z2
i
、沿垂直光轴方向的采样点x2
i
进行多项式拟合获取补偿组外凸轮曲线；
[0016]基于变倍组外凸轮曲线、补偿组外凸轮曲线获取各采样点的压力角以及压力角均值；
[0017]基于变倍组以及补偿组的压力角以及压力角均值构造适应度函数；
[0018]利用粒子群优化算法对参数a、b、c进行优化，找到适应度函数最优时的最优参数，基于最优参数得到的变倍组、补偿组外凸轮曲线即为最终优化后的变倍组、补偿组外凸轮曲线。
[0019]进一步的，所述采样点x1
i
、x2
i
以及区间[a，b]满足预设的优化约束条件，包括：
[0020](1)
[0021]min(x1
i+1
‑
x1
i
)≥δ
ma
，
[0022]min(x2
i+1
‑
x2
i
)≥δ
ma
，
[0023]其中，δ
ma
表示机械加工精度；
[0024](2)变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线优化前后展成平面曲线后沿垂直光轴方向区间范围Δ不变；
[0025](3)每条外凸轮曲线展成的平面曲线相邻采样点在垂直光轴方向间距大于变焦电机的精度：
[0026]min(x1
i+1
‑
x1
i
)≥δ
mo
，
[0027]min(x2
i+1
‑
x2
i
)≥δ
mo
[0028]其中，δ
mo
表示变焦电机的精度；
[0029](4)每条外凸轮曲线展成的平面曲线相邻采样点在垂直光轴方向的间距满足：
[0030]max(x1
i+1
‑
x1
i
)≤min(m1δ
ma
,m1δ
mo
),
[0031]max(x2
i+1
‑
x2
i
)≤min(m1δ
ma
,m1δ
mo
)
[0032]其中，m1表示权重系数，m1范围在[1，3]；
[0033](5)
[0034][0035]其中，D为销钉的直径，m2表示权重系数,m2范围在[1，3],f1表示变倍组外凸轮曲线展成的平面曲线关于x1的函数、f2表示补偿组外凸轮曲线展成的平面曲线关于x2的函数；
[0036](6)构建的区间为[a，b]的初始对数函数y＝log
c
x，a、b、c的选择要使y大于0，其中，a、b、c为优化参数。
[0037]进一步的，对初始对数函数进行均匀采样，得到N个采样点；基于所述采样点坐标以及变倍组、补偿组沿垂直光轴方向的采样点的区间范围得到变倍组、补偿组沿垂直光轴方向的采样点x1
i
、x2
i
，包括：
[0038]对构建的区间对数函数的自变量x在[a，b]内均匀采样N个点得到基于对数函数的自变量x和因变量y的采样点坐标(x
i
,y
i
)，其中N等于每条外凸轮曲线在沿光轴方向采样点z1
i
或z2
i
的个数；将对数函数采样点纵坐标y
i
进行归一化处理后映射到区间Δ内，得到：
[0039][0040][0041]其中y
min
＝log
c a,y
max
＝log
c
b。
[0042]进一步的，所述连续变焦镜头还包括前固定组透镜和后固定组透镜；
[0043]所述透镜由物方到像方依次为：前固定组透镜、变倍组透镜、补偿组透镜、后固定组透镜。
[0044]进一步的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续变焦镜头，其特征在于，该连续变焦镜头包括变倍组透镜、补偿组透镜、变倍组镜筒、补偿组镜筒、凸轮、变焦电机和齿轮；所述变倍组透镜、补偿组透镜分别安装在变倍组镜筒、补偿组镜筒中；所述凸轮包括外凸轮和内凸轮，外凸轮可转动地套设在内凸轮上，内凸轮套设在变倍组镜筒和补偿组镜筒上，变倍组镜筒和补偿组镜筒上分别固定有变倍组销钉和补偿组销钉；外凸轮侧壁带有按照变倍组外凸轮曲线加工的变倍导向槽、按照补偿组外凸轮曲线加工的补偿导向槽，所述变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线为经粒子群优化算法优化得到的曲线；变倍组销钉穿过内凸轮的直线导向槽和外凸轮的变倍导向槽，补偿组销钉穿过内凸轮的直线导向槽和外凸轮的补偿导向槽；变焦电机通过齿轮带动外凸轮旋转，外凸轮通过带动变倍组销钉、补偿组销钉在外凸轮和内凸轮中的导向槽内运动，从而带动变倍组透镜、补偿组透镜沿光轴做相应运动，完成光学系统连续变焦。2.根据权利要求1所述的连续变焦镜头，其特征在于，通过如下方式得到变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线:构建区间为[a，b]的初始对数函数y＝log
c
x；对初始对数函数进行均匀采样，得到N个采样点；基于所述采样点坐标以及变倍组、补偿组沿垂直光轴方向的采样点的区间范围得到变倍组、补偿组沿垂直光轴方向的采样点x1
i
、x2
i
；其中所述采样点x1
i
、x2
i
以及区间[a，b]满足预设的优化约束条件；基于变倍组沿光轴方向的采样点z1
i
、沿垂直光轴方向的采样点x1
i
进行多项式拟合获取变倍组外凸轮曲线；基于补偿组沿光轴方向采样点z2
i
、沿垂直光轴方向的采样点x2
i
进行多项式拟合获取补偿组外凸轮曲线；基于变倍组外凸轮曲线、补偿组外凸轮曲线获取各采样点的压力角以及压力角均值；基于变倍组以及补偿组的压力角以及压力角均值构造适应度函数；利用粒子群优化算法对参数a、b、c进行优化，找到适应度函数最优时的最优参数，基于最优参数得到的变倍组、补偿组外凸轮曲线即为最终优化后的变倍组、补偿组外凸轮曲线。3.根据权利要求2所述的连续变焦镜头，其特征在于，所述采样点x1
i
、x2
i
以及区间[a，b]满足预设的优化约束条件，包括：(1)min(x1
i+1
‑
x1
i
)≥δ
ma
，min(x2
i+1
‑
x2
i
)≥δ
ma
，其中，δ
ma
表示机械加工精度；(2)变倍组外凸轮曲线和补偿组外凸轮曲线优化前后展成平面曲线后沿垂直光轴方向区间范围Δ不变；(3)每条外凸轮曲线展成的平面曲线相邻采样点在垂直光轴方向间距大于变焦电机的精度：min(x1
i+1
‑
x1
i
)≥δ
mo
，min(x2
i+1
‑
x2
i
)≥δ
mo
其中，δ
mo
表示变焦电机的精度；(4)每条外凸轮曲线展成的平面曲线相邻采样点在垂直光轴方向的间距满足：max(x1
i+1
‑
x1
i
)≤min(m1δ
ma
,m1δ
mo
),max(x2
i+1
‑
x2
i

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，张雅琼，陈海虹，徐阳，朴燕，张鸿曜，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：