紅外連續(xù)變焦鏡頭滑動導(dǎo)向機構(gòu)運動分析

路文龍，李 珊，賈鈺超，李洪兵，羅 宏，王彩萍，孫 興，朱 俊

〈系統(tǒng)與設(shè)計〉

紅外連續(xù)變焦鏡頭滑動導(dǎo)向機構(gòu)運動分析

路文龍1，李 珊2，賈鈺超1，李洪兵1，羅 宏1，王彩萍1，孫 興1，朱 俊1

（1. 云南北方馳宏光電有限公司，云南 昆明 650217；2. 昆明理工大學 機電工程學院，云南 昆明 650500）

由于滑動導(dǎo)向機構(gòu)與鏡筒之間為間隙配合，在運動過程中會導(dǎo)致鏡片發(fā)生不同程度偏移與偏轉(zhuǎn)，因此基于柔體運動學分析理論，對不同運動姿態(tài)、不同長徑比的滑動導(dǎo)向機構(gòu)以及導(dǎo)向釘與鏡片在導(dǎo)向機構(gòu)中的排布位置進行運動仿真分析，得出運動姿態(tài)、長徑比以及導(dǎo)向釘與鏡片排布位置對鏡片偏移與偏轉(zhuǎn)的影響；結(jié)合實際變焦光學系統(tǒng)使用要求，設(shè)計嵌套式導(dǎo)向機構(gòu)并進行仿真分析，驗證可行性；根據(jù)以上分析結(jié)果對紅外連續(xù)變焦鏡頭進行設(shè)計加工，鏡頭變焦過程成像清晰，表明此種仿真分析為紅外變焦鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計研究提供一種有效方法。

紅外連續(xù)變焦鏡頭；滑動導(dǎo)向機構(gòu)；運動學仿真

0 引言

紅外連續(xù)變焦鏡頭由于其視場可以連續(xù)變化，且成像實時清晰，被廣泛應(yīng)用于目標偵查、導(dǎo)彈追蹤以及居家安全監(jiān)控設(shè)備。導(dǎo)向機構(gòu)作為紅外連續(xù)變焦鏡頭的核心部件，直接決定鏡頭變焦過程成像質(zhì)量的好壞。隨著紅外連續(xù)變焦鏡頭的不斷發(fā)展，導(dǎo)向機構(gòu)也層出不窮，其中按照摩擦形式的不同可以分為滑動摩擦形式與滾動摩擦形式。

主鏡筒內(nèi)表面為承導(dǎo)面，運動鏡架外圓與主鏡筒配合，進行相對滑動滑動摩擦導(dǎo)向機構(gòu)，以可靠性能好、成本低被廣泛應(yīng)用[1]；其中最為突出的代表形式是采用于兩根導(dǎo)向釘對運動鏡架進行導(dǎo)向的形式，此形式使得運動鏡架受力均勻，不易發(fā)生阻卡，同時凸輪變焦曲線布置較少，凸輪有較高的剛度，可以降低加工過程中所帶來的變形。但是此種導(dǎo)向機構(gòu)精度比滾動摩擦形式低，精度主要是由主鏡筒與運動鏡架配合精度所決定的。在實際變焦過程當中，由于主鏡筒與運動鏡架為間隙配合，運動鏡架在運動過程會造成鏡片發(fā)生不同程度偏移與偏轉(zhuǎn)，使得光學系統(tǒng)光軸發(fā)生偏移，導(dǎo)致最終成像質(zhì)量下降[2]，由此可見保證運動鏡架在運動過程當中的平穩(wěn)與流暢就變得十分重要。如何降低運動鏡架在運動過程中鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)就成為導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計重點。劉鐵軍等提出將導(dǎo)向機構(gòu)與鏡筒為過盈配合來降低導(dǎo)向機構(gòu)運動對鏡片的影響[2]；而文獻中針對導(dǎo)向機構(gòu)運動對鏡片影響的研究，相對較少。本文基于ADAMS多體動力學軟件對導(dǎo)向機構(gòu)運動過程進行分析研究，以提升變焦過程的成像質(zhì)量。

1 柔體運動學理論基礎(chǔ)

由于紅外連續(xù)變焦鏡頭屬于光學精密儀器，運動鏡架在運動過程中任何一個微小偏移與形變都可能會導(dǎo)致光學系統(tǒng)發(fā)生變化，因此在進行運動仿真過程中，需要將運動鏡架進行柔性化。柔體與剛體不同，在數(shù)值模擬的過程當中，柔體內(nèi)各點的相對位置會隨著時間的變化而變化，無法僅依靠慣性坐標系來表述，通過引入彈性坐標系，將“剛性”運動與彈性變形相結(jié)合建立動坐標系，來表述柔體上各點的運動[3]。柔體上任意一點位置向量可以表述為：

＝0＋(＋) (1)

式中：0為點動坐標系在慣性坐標中的向量；為方向余弦矩陣；為點在動坐標系中的向量；為點相對變形向量。

對于有諸多方法進行離散，通常采用模態(tài)坐標來描述變形即：

＝f(2)

式中：為模態(tài)矩陣；f為變形的廣義坐標。

對柔性體上任意一點位置向量可以對時間求一次導(dǎo)數(shù)得到速度向量，以及兩次導(dǎo)數(shù)得到加速度向量即：

2 單個導(dǎo)向機構(gòu)的運動分析

2.1 模型的建立

多體動力學分析軟件ADAMS建模能力并不是很強，本文基于Pro/E三維建模軟件對模型進行建立，將建立好的模型轉(zhuǎn)換成ACIS文件導(dǎo)入ADAMS當中。

模型主要由鏡筒、凸輪筒、運動鏡架、壓圈、導(dǎo)向釘和鏡片組成，其中鏡片為Ge材料，其它部件均是由Al材料構(gòu)成，因此需要對模型材料的密度和彈性模量進行修改。如表1[4]所示。

表1 材料性能參數(shù)

為了準確地模擬運動鏡架在運動中對鏡片的影響，利用ADAMS/viewflex模塊，將已經(jīng)導(dǎo)入的剛體運動鏡架柔性化。

根據(jù)實際的運動情況對模型加載約束，對鏡筒與大地采用固定連接，運動鏡架與鏡片、壓圈和導(dǎo)向釘采用固定副連接，鏡筒與凸輪施加旋轉(zhuǎn)副；運動鏡架與鏡筒之間添加接觸力，動摩擦系數(shù)為0.03，靜摩擦系數(shù)為0.05；導(dǎo)向釘與鏡筒槽和凸輪施加接觸力，由于導(dǎo)向釘上裝有滾珠軸承，因此靜摩擦系數(shù)設(shè)置為0.005，動摩擦系數(shù)設(shè)置為0.003[5]；最后添加重力場。通過以上設(shè)置，完成模型的建立。

2.2 導(dǎo)向機構(gòu)運動仿真分析

導(dǎo)向機構(gòu)在運動過程中對鏡片的影響因素諸多,但可以總結(jié)為運動鏡架運動姿態(tài)、長度以及鏡片與導(dǎo)向釘在運動鏡架上的位置排布。

2.2.1 運動鏡架長徑比分析

對于運動鏡架的長度分析來說，不能簡單的以具體長度來衡量，對于不同直徑、相同長度的運動鏡架，運動時對鏡片造成的影響也不同，因此選取運動鏡架不同的長度與直徑比進行分析。

如圖1所示為運動鏡架長度與直徑示意圖，運動鏡架的長度與運動鏡架直徑比分別選取0.5:1、0.7:1、0.9:1、1.1:1、1.3:1、1.5:1以及滿足本次仿真透鏡安裝的最短形式長徑比0.16:1。

導(dǎo)向機構(gòu)中兩根導(dǎo)向釘采用對稱排布，將導(dǎo)向機構(gòu)的運動姿態(tài)大致分為橫姿態(tài)、豎姿態(tài)和斜45°姿態(tài)3大類運動姿態(tài)，如圖2所示。可以根據(jù)每種姿態(tài)形式對鏡片的影響進行比較分析。

由圖3可知，隨著運動鏡架的不斷加長，鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)都有很大程度的降低。相比較來說，運動鏡架為橫姿態(tài)時候，變焦時鏡片的影響主要來源鏡片重力造成的軸的偏移，以及繞軸的偏轉(zhuǎn)，而其它方向偏轉(zhuǎn)與偏移的比較來說相對比較小。由于斜45°運動形式的運動鏡架，可以沿45°斜向的滑移，對于鏡片就會有兩個方向的偏移，同時在運動過程中產(chǎn)生繞導(dǎo)向釘兩個方向的偏轉(zhuǎn)，相對于單方向上的影響相對較小。而相對于運動鏡架為豎姿態(tài)來說，鏡片的偏移主要是運動鏡架與鏡筒配合間隙決定，精度越低鏡片的偏移隨之增大。通過對比3種姿態(tài)的運動情況，可以發(fā)現(xiàn)三姿態(tài)中豎姿態(tài)最好，斜45°姿態(tài)其次，橫姿態(tài)對鏡片的影響最大。

根據(jù)光機系統(tǒng)設(shè)計可知[6]，鏡片的偏移應(yīng)保證在0.1mm以內(nèi)，偏轉(zhuǎn)應(yīng)保證在0°3￠02（0.05rad）以內(nèi)。觀察分析結(jié)果可知若要滿足設(shè)計要求：當運動鏡架為橫姿態(tài)時，長徑比應(yīng)在0.9:1以上；當運動鏡架為豎直姿態(tài)時，在有限的范圍內(nèi)均滿足設(shè)計要求；當運動鏡架為斜45°姿態(tài)時，長徑比應(yīng)在0.5:1以上；但由于鏡頭的實際使用情況不確定，每種姿態(tài)均有可能出現(xiàn)，因此運動鏡架長徑比盡量保證在0.9:1以上。

2.2.2 導(dǎo)向釘與鏡片在運動鏡架截面位置一致

根據(jù)對運動鏡架長徑比分析結(jié)果可知，在運動鏡架的長度為長徑比1.5:1的情況下，運動鏡架運動時對鏡片的影響最小，因此本次分析選取長徑比為1.5:1的運動鏡架，按比例選取鏡架5個點，分別以運動鏡架全長0位置處、1/4處、1/2處、3/4處和1位置處這5個位置進行仿真分析。導(dǎo)向釘與鏡片位置示意圖如圖4所示。

1）橫姿態(tài)分析

由圖5可以看出，當鏡片與導(dǎo)向釘在運動鏡架的最中間的時候，對鏡片的影響是最大，甚至鏡片在軸的偏移量，已經(jīng)超出了光機系統(tǒng)設(shè)計所規(guī)定最大偏差位移0.1mm。而相比較鏡片與導(dǎo)向釘安置在鏡架的兩端的時候，運動鏡架運動時對鏡片的影響相對較小。

圖1 運動鏡架長度與直徑示意圖

圖2 三種不同運動姿態(tài)

圖3 不同運動姿態(tài)與不同長徑比下鏡片偏移與偏轉(zhuǎn)

圖4 導(dǎo)向釘與鏡片位置示意圖

2）豎姿態(tài)分析

由圖6中可以看出鏡片與導(dǎo)向釘位置改變時，無論在任何位置，運動鏡架運動對鏡片的影響主要是重力所帶來的鏡片軸偏移0.05mm，而軸位移也基本為零；無論從軸偏轉(zhuǎn)、軸偏轉(zhuǎn)和軸偏轉(zhuǎn)來看，鏡片的偏轉(zhuǎn)基本小于0.001rad，可以忽略不計，可以根據(jù)實際情況對鏡片與導(dǎo)向釘位置進行布置。

3）斜45°姿態(tài)分析

從圖7中可以看出鏡架與導(dǎo)向釘位置改變時，軸偏移與軸偏移量趨勢曲線成交叉分布，而焦點處就在運動鏡架中部；運動鏡架運行時對鏡片的偏轉(zhuǎn)影響無論是沿軸、軸或是軸，其偏轉(zhuǎn)最小的位置均在鏡架的中部。因此應(yīng)將鏡片與導(dǎo)向釘盡可能布置在運動鏡架中部。

2.2.3 導(dǎo)向釘與鏡片在運動鏡架截面位置不一致

根據(jù)對導(dǎo)向釘與鏡片在運動鏡架同一截面位置時的分析結(jié)果可知，鏡片與導(dǎo)向釘位置改變時，會對鏡片產(chǎn)生不同程度的影響，為了更進一步了解鏡片與導(dǎo)向釘在運動鏡架上布置位置不同對鏡片所帶來的影響，需要對導(dǎo)向釘與鏡片在運動鏡架截面位置不一致時運動鏡架運動對鏡片的影響進行分析。鏡片與導(dǎo)向釘?shù)奈恢藐P(guān)系有多種可能，并不能以鏡片與導(dǎo)向釘?shù)木嚯x尺寸為分析標準，應(yīng)考慮到在不同長度的運動鏡架下，鏡片與導(dǎo)向釘位置分析結(jié)果同樣有效。在分析時，依然按比例選取運動鏡架上5個點，分別為以鏡架全長0位置處、1/4處、1/2處、3/4處和1位置處進行分析。為了增加分析的合理性，同時避免不必要的工作量，選取鏡片與鏡架一致時對鏡片影響最小的位置，做導(dǎo)向釘與鏡片不一致時在3種不同姿態(tài)下進行分析。

圖5 橫姿態(tài)鏡片與導(dǎo)向釘不同位置鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)

圖6 豎姿態(tài)鏡片與導(dǎo)向釘不同位置鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)

圖7 斜45°姿態(tài)鏡片與導(dǎo)向釘不同位置鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)

1）橫姿態(tài)分析

導(dǎo)向釘和鏡片在運動鏡架位置一致時，在鏡架0位置對鏡片的影響最小，通過固定鏡片改變導(dǎo)向釘?shù)奈恢眠M行分析，如圖8所示為鏡片與導(dǎo)向釘在運動鏡架布置位置關(guān)系示意圖。

由圖9可知，運動鏡架運動主要影響鏡片軸的偏移與軸的偏轉(zhuǎn)，其中當導(dǎo)向釘移動到鏡架1/2位置處對鏡片影響最大，相較于導(dǎo)向釘布置在0位置與1位置處的影響最小。

圖8 橫姿態(tài)導(dǎo)向釘與鏡片位置不一致示意圖

2）豎姿態(tài)分析

導(dǎo)向釘和鏡片在運動鏡架位置一致時，布置在運動鏡架任何一處，對鏡片的影響都相對較小，因此，采用鏡片在0位置處固定，導(dǎo)向釘移動到其它位置的情況下進行分析。其分析模型示意圖如圖10所示。

由圖11可知，當導(dǎo)向釘與鏡片在運動鏡架位置不一致的情況下，影響鏡片的依然是軸的偏移；其中鏡片的偏轉(zhuǎn)均小于0.0009，可以忽略不計。因此導(dǎo)向釘位置的移動對鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)影響微乎其微。

3）斜45°姿態(tài)分析

導(dǎo)向釘和鏡片在運動鏡架位置一致時，在鏡架1/2位置運動鏡架運動對鏡片的影響最小，通過固定鏡片在1/2位置處，改變導(dǎo)向釘?shù)奈恢?，來進一步分析導(dǎo)向釘與鏡片位置不一致時運動鏡架運動對鏡片的影響。如圖12所示斜45°姿態(tài)導(dǎo)向釘與鏡片位置關(guān)系示意圖。

圖10 豎姿態(tài)導(dǎo)向釘與為鏡片位置不一致示意圖

圖11 豎姿態(tài)不同導(dǎo)向釘位置鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)

圖12 斜45°姿態(tài)導(dǎo)向釘與為鏡片位置不一致示意圖

從圖13中可以看鏡片軸偏移與軸偏移量趨勢曲線成交叉分布，而焦點處就在運動鏡架中部；與此同時，觀察鏡片偏轉(zhuǎn)圖可以發(fā)現(xiàn)，運動鏡架運行時對鏡片的偏轉(zhuǎn)影響無論是沿軸、軸或是軸，其偏轉(zhuǎn)最小的位置均在運動鏡架的中部。因此應(yīng)將鏡片與導(dǎo)向釘盡可能布置在運動鏡架中部。

圖13 斜45°姿態(tài)不同導(dǎo)向釘位置鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)

3 嵌套式導(dǎo)向機構(gòu)運動分析

根據(jù)以上分析結(jié)果，了解了運動鏡架在運動過程中對鏡片的影響，但將以上分析結(jié)果直接應(yīng)用在實際運動鏡架設(shè)計當中，會出現(xiàn)如下問題：

1）在連續(xù)變焦鏡頭當中，各個鏡片之間的距離已經(jīng)被嚴格確定，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了降低運動鏡架運動過程中對鏡片的影響使運動鏡架加長，導(dǎo)致運動鏡架之間發(fā)生干涉現(xiàn)象。

2）雖然運動鏡架加長可以使鏡片在運動過程更加平穩(wěn)，但是隨著長度的增加鏡架重量增加，啟動所需要的轉(zhuǎn)矩也隨之增大。

3）由于鏡架的加長不當，也會導(dǎo)致鏡頭在變焦過程當中，鏡架發(fā)生遮光現(xiàn)象，鏡頭無法正常使用。

針對以上問題，采用相互嵌套形式的變焦運動鏡架，如圖14所示。

對于嵌套形式運動鏡架設(shè)計是否合理，仍然需要以運動鏡架運動對鏡片造成的影響來判斷。通過對改進后的鏡架與改進前的進行比較分析，來判斷運動鏡架改進是否成功。

為了充分說明改進運動鏡架的優(yōu)劣，選取每種姿態(tài)下的最優(yōu)形式進行對比分析。其分析數(shù)據(jù)如表2～4所示。

通過對改進前后運動鏡架在不同姿態(tài)運動對鏡片的影響對比分析可以發(fā)現(xiàn)，相比較橫姿態(tài)與豎姿態(tài)，對于運動鏡架的改進后，對鏡片的影響基本上不變；但在改進后的鏡架以斜45°姿態(tài)運動時，其對鏡片的偏移與偏轉(zhuǎn)都有不同程度增大，但也均在光機系統(tǒng)設(shè)計所規(guī)定的公差內(nèi)。因此可以判斷，改進后的運動鏡架滿足使用需求。

圖14 嵌套結(jié)構(gòu)示意圖

表2 橫姿態(tài)運動鏡架改進對比

表3 豎姿態(tài)運動鏡架改進對比

表4 斜45°姿態(tài)運動鏡架改進對比

而對于鏡架加長所帶來的另為一個問題就是運動鏡架啟動所需的轉(zhuǎn)矩增大，以橫姿態(tài)啟動轉(zhuǎn)矩為例，如圖15所示為改進前后的運動鏡架所需要啟動轉(zhuǎn)矩，可以發(fā)現(xiàn)運動鏡架在改進后，運動鏡架啟動時所需要的轉(zhuǎn)矩大幅降低，從225N×mm降低到了140N×mm。因此也可以說明運動鏡架在改進后，滿足預(yù)期設(shè)想要求。

圖15 運動鏡架改進前后啟動轉(zhuǎn)矩對比

通過以上對導(dǎo)向機構(gòu)的分析可以發(fā)現(xiàn)，嵌套式運動鏡架可以滿足設(shè)計要求，在運動鏡架設(shè)計時可以采用嵌套形式，以避免運動鏡架加長所帶來的相關(guān)問題。

4 紅外連續(xù)變焦鏡頭變焦分析

根據(jù)光學系統(tǒng)要求，并依照上述分析結(jié)果對紅外連續(xù)變焦鏡頭進行相關(guān)設(shè)計。將鏡頭變倍組運動鏡架設(shè)計為豎姿態(tài)運動，補償組運動鏡架設(shè)計為斜45°姿態(tài)運動，調(diào)焦組設(shè)計為運動鏡架豎姿態(tài)運動，導(dǎo)向釘與鏡片按分析結(jié)論布置。連續(xù)變焦鏡頭的整體裝配以及三維剖視圖如圖16～17所示。

將變焦鏡頭模型導(dǎo)入多體動力學軟件ADAMS，對所設(shè)計的鏡頭進行運動學仿真分析，并記錄鏡頭在運動過程當中，變倍組鏡片、補償組鏡片以及調(diào)焦組鏡片在運動過程當中的偏移量與偏轉(zhuǎn)量，以驗真是否滿足使用要求。經(jīng)過仿真得出如下結(jié)果，如表5所示。

圖16 連續(xù)變焦鏡頭的整體裝配圖

圖17 紅外連續(xù)變焦鏡頭整體結(jié)構(gòu)剖視圖

由表5可知，變倍組、補償組和調(diào)焦組在變焦過程中偏移量均在0.1mm以內(nèi)，偏轉(zhuǎn)量均在0.05以內(nèi)，導(dǎo)向機構(gòu)滿足設(shè)計要求。

光學系統(tǒng)的好壞可以通過MTF來衡量，若調(diào)制傳遞接近60%即滿足光學系統(tǒng)基本使用要求。因此將紅外連續(xù)變焦鏡頭在變焦過程當中鏡片的偏移量與偏轉(zhuǎn)量導(dǎo)入CODE V光學設(shè)計軟件，生成MTF來判斷鏡頭的設(shè)計成功與否。如圖18所示，為鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計后在30mm、80mm和150mm焦距下的MTF圖與成像圖。

通過對所生成MTF觀察可知，均在60%左右，同時在相同焦距下成像保持清晰，最終可以認為本次對紅外連續(xù)變焦鏡頭導(dǎo)向設(shè)計滿足使用要求。

5 總結(jié)

本文基于ADAMS多體動力學分析軟件對紅外連續(xù)變焦鏡頭滑動導(dǎo)向機構(gòu)的運動姿態(tài)、長徑比、鏡片與導(dǎo)向釘位置以及嵌套結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)向機構(gòu)進行運動仿真分析，得出以下結(jié)論：

1）對運動鏡架在橫姿態(tài)、豎姿態(tài)和斜45°姿態(tài)長徑比運動分析，發(fā)現(xiàn)豎姿態(tài)相比較其它兩種姿態(tài)來說對鏡片的影響相對較小，斜45°姿態(tài)其次；同時運動鏡架的長徑比應(yīng)盡量滿足0.9:1以上，才能基本滿足成像要求，由此為設(shè)計導(dǎo)向機構(gòu)提供相關(guān)依據(jù)。

表5 紅外連續(xù)變焦鏡頭運動過程鏡片偏移與偏轉(zhuǎn)

圖18 不同焦距下調(diào)制傳遞函數(shù)與成像圖

2）在加長的運動鏡框分析基礎(chǔ)上，對鏡片與導(dǎo)向釘在運動鏡框上不同位置時，運動鏡框運動對鏡片的影響進行分析發(fā)現(xiàn)：當橫姿態(tài)時，鏡片與導(dǎo)向釘布置在運動鏡框的兩端對成像的影響較?。划斬Q姿態(tài)時，鏡片與導(dǎo)向釘?shù)牟贾梦恢脼殓R片的影響較??；當斜45°姿態(tài)時導(dǎo)向釘與鏡片應(yīng)盡量保證同時布置在運動鏡框的中部，以提高成像質(zhì)量。因此可以根據(jù)以上分析結(jié)果對鏡片與導(dǎo)向釘?shù)奈恢眠M行布置。

3）通過對嵌套結(jié)構(gòu)形式與普通形式導(dǎo)向機構(gòu)進行對比，發(fā)現(xiàn)嵌套形式導(dǎo)向機構(gòu)，滿足運動過程對鏡片的影響小而且不會發(fā)生遮光現(xiàn)象，同時降低了運動鏡框在啟動時所需轉(zhuǎn)矩；并通過對采用嵌套結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)向機構(gòu)連續(xù)變焦鏡頭MTF進行證明了嵌套結(jié)構(gòu)的可行性，因此嵌套結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)向機構(gòu)具有一定的推廣應(yīng)用價值。

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Kinematic Analysis of Sliding Guide Mechanism of Infrared Continuous Zoom Lens

LU Wenlong1，LI Shan2，JIA Yuchao1，LI Hongbing1，LUO Hong1，WANG Caiping1，SUN Xing1，ZHU Jun1

(1. Yunnan KIRO-CH Photonics Co. Ltd, Kunming 650217, China; 2. Faculty of Mechanical and Electrical, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

The movement of the sliding guide mechanism causes an offset and deflection of the lens due to the clearance fit between the sliding guide mechanism and drawtube. Based on the theory of flexible body kinematics, the motion simulation of the sliding guide mechanism at different motion postures, length-diameter ratios and arrangement positions of the guide pin and lens, was analyzed, which influenced the lens offset and deflection. The nested steering mechanism was simulated and analyzed to verify the feasibility and meet the practical requirements of the zoom optical system. Accordingly, the infrared continuous zoom lens sliding guide mechanism was designed and fabricated. Subsequently, the zoom process of the lens was imaged. It was demonstrated that this simulation analysis provides an effective method to enable the structural design and research of infrared zoom lens.

infrared continuous zoom lens，the sliding guide mechanism，kinematics simulation

TH216

A

1001-8891(2020)05-0447-08

2018-09-01；

2019-05-10.

路文龍（1991-），男，助理工程師，碩士，主要從事紅外光電系統(tǒng)總體設(shè)計方面的研究，E-mail：luwlchn@163.com。