CN106443983A - 高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头及其调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头及其调节方法，所述镜头的光学***中沿光线自前向后入射方向依次设有平凸透镜、双凹透镜和正月牙形透镜；所述镜头的机械结构包括外筒，外筒内套设有前镜筒和后镜筒，平凸透镜安装于前镜筒中，双凹透镜和正月牙形透镜安装于后镜筒中，前镜筒与后镜筒之间夹设有弹性垫片，外筒前端内部旋接有位于前镜筒***的限位压圈，限位压圈和前镜筒在轴向上夹设有可热胀冷缩的伸缩环以通过伸缩环伸缩控制前镜筒轴向移动。本发明镜头具有结构紧凑、高分辨率、低畸变和高锐度等特点；通过热胀冷缩实现前镜筒的移动以补偿像面漂移，能够较大的温度范围内保持良好的成像质量，适应恶劣环境，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头及其调节方法。
背景技术
红外镜头具有抗干扰性能力强、穿透烟尘及雾霾能力强、可全天候全天时工作及良好的抗目标隐形的能力等优点。随着红外成像技术的快速发展，红外镜头在安防监控等领域有了广泛的应用。但是红外镜头使用环境复杂，经常要经历较大的温度变化。而红外镜头所用的红外光学材料相较于可见光波段的光学材料有较大的折射率温度系数，在不同的环境温度下，光学材料和机械材料热胀冷缩使得镜片的曲率半径和厚度、零件空气间隔发生改变，光学材料的折射率也会随温度而发生改变，进而使光学***的最佳像面发生偏离，降低了光学***的成像质量，严重影响了镜头的成像性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种低畸变、高锐度的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头及其调节方法，能够自适应补偿因温度变化引起的像面偏移，能够在较大的温度范围内保持良好的成像质量。
本发明采用以下方案实现：一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，所述镜头的光学***中沿光线自前向后入射方向依次设有平凸透镜、双凹透镜和正月牙形透镜；所述镜头的机械结构包括外筒，外筒内套设有前镜筒和后镜筒，平凸透镜安装于前镜筒中，双凹透镜和正月牙形透镜安装于后镜筒中，前镜筒与后镜筒之间夹设有弹性垫片，外筒前端内部旋接有位于前镜筒***的限位压圈，限位压圈和前镜筒在轴向上夹设有可热胀冷缩的伸缩环以通过伸缩环伸缩控制前镜筒轴向移动。
进一步的，所述伸缩环采用采用POM材质，所述后镜筒与外筒之间通过螺纹连接，外筒中具有顶着后镜筒后端部的孔台，后镜筒后端还旋接有顶着正月牙形透镜后端边沿的后压圈，后镜筒中设置有位于双凹透镜和正月牙形透镜之间的隔圈；前镜筒中旋接有顶着平凸透镜前端边沿的前压圈。
进一步的，所述伸缩环前端顶着限位压圈，伸缩环后端顶着前镜筒后端的凸缘上；限位压圈和前镜筒在径向上夹设有密封圈。
进一步的，所述平凸透镜和双凹透镜之间的空气间隔是1.5mm，双凹透镜和正月牙形透镜之间的空气间隔是11mm。
进一步的，所述平凸透镜的前镜面曲率半径为38mm，双凹透镜前镜面和后镜面的曲率半径分别为80mm和45mm，正月牙形透镜前镜面和后镜面的曲率半径分别为86.2mm和1336mm。
本发明提供的另一技术方案是：一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头的调节方法，采用如上所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，当温度发生变化使像面发生偏离时，伸缩环因热胀冷缩实现伸缩配合弹性垫片使前镜筒发生轴向位移，以补偿温度变化引起的像面偏移。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头具有结构紧凑、高分辨率、低畸变和高锐度等特点；通过热胀冷缩实现前镜筒的移动以补偿像面漂移，能够较大的温度范围内保持良好的成像质量，适应恶劣环境，稳定性好；可以与长波红外非制冷型640×512，17μm探测器适配，执行实况记录和安防监控任务；提高了镜头耐振动、冲击的能力，具有良好的密封性能。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为发明实施例的光学***示意图；
图2为发明实施例的机械机构示意图；
图中标号说明：1-平凸透镜、2-双凹透镜、3-正月牙形透镜、4-外筒、5-前镜筒、6-后镜筒、7-弹性垫片、8-限位压圈、9-伸缩环、10-孔台、11-后压圈、12-隔圈、13-前压圈、14-凸缘、15-密封圈。
具体实施方式
如图1~2所示，一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，所述镜头的光学***中沿光线自前向后入射方向依次设有平凸透镜1、双凹透镜2和正月牙形透镜3；所述镜头的机械结构包括外筒4，外筒4内套设有前镜筒5和后镜筒6，平凸透镜1安装于前镜筒5中，双凹透镜2和正月牙形透镜3安装于后镜筒6中，前镜筒5与后镜筒6之间夹设有弹性垫片7，外筒4前端内部旋接有位于前镜筒5***的限位压圈8，限位压圈8和前镜筒5在轴向上夹设有可热胀冷缩的伸缩环9以通过伸缩环伸缩控制前镜筒轴向移动，实现平凸透镜1移动以补偿像面漂移，实现温度自适应的机械被动式无热化特点。
在本实施例中，所述伸缩环9采用采用POM材质，热特性敏感的材料POM感应温度变化进行伸缩以补偿温度对透镜折射率的影响，保证成像质量；所述后镜筒6与外筒4之间通过螺纹连接，外筒4中具有顶着后镜筒6后端部的孔台10，后镜筒6后端还旋接有顶着正月牙形透镜3后端边沿的后压圈11，后镜筒6中设置有位于双凹透镜和正月牙形透镜之间的隔圈12；前镜筒5中旋接有顶着平凸透镜1前端边沿的前压圈13。
本实施例中，所述伸缩环9前端顶着限位压圈8，伸缩环9后端顶着前镜筒后端的凸缘14上；限位压圈8和前镜筒5在径向上夹设有密封圈15，使镜头防水、防气。
在本实施例中，外筒后端设置有M34X0.75-6g的螺纹牙，可以与长波红外非制冷型640×512，17μm探测器适配，执行实况记录和安防监控任务。
在本实施例中，所述平凸透镜和双凹透镜之间的空气间隔是1.5mm，双凹透镜和正月牙形透镜之间的空气间隔是11mm。
在本实施例中，所有镜片的光线材料均为锗，平凸透镜1、双凹透镜2和正月牙形透镜3的折射率均为4.004；所述平凸透镜的前镜面曲率半径为38mm，双凹透镜前镜面和后镜面的曲率半径分别为80mm和45mm，正月牙形透镜前镜面和后镜面的曲率半径分别为86.2mm和1336mm。
在本实施例中，平凸透镜1的厚度为2.8mm，双凹透镜2的厚度为1.9mm，正月牙形透镜3的厚度为3.5mm，正月牙形透镜3后镜面与像面之间的间距为8.3mm。
在光学设计中合理分配光焦度，使得平凸透镜移动较小的距离实现高低温补偿；在结构设计中通过不同热膨胀系数的多层镜筒结构相互配合，带动平凸透镜移动，实现高低温自适应无热化技术。根据光学设计计算，平凸透镜A移动量为-0.05mm/+0.03mm，平凸透镜远离探测器为负，靠近探测器为正。
由上述镜片组构成的光学***达到了如下的技术指标：
（1）工作波段：8μm-12μm；
（2）焦距：f′=19mm；
（3）探测器：长波红外非制冷型640×512，17μm；
（4）视场角：31.6°×25.3°；
（5）相对孔径D/ f′：1/1.0。
本发明高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头：（1）在光学设计中，合理选取光学结构，使得***结构变得更为紧凑，降低了加工成本并且使得***的装配变得简单；（2）在光学设计中，通过合理分配光焦度，使得平凸透镜A移动较小的距离实现高低温补偿；（3）在光学设计中，通过合理分配光焦度，保证光学***具有高的成像分辨率；（4）在保证结构紧凑的前提下，采取一系列措施，提高了镜头耐振动、冲击的能力；（5）主镜筒具有良好的密封性能；在镜头结构设计中进行了刚度计算，适当增加壁厚，提高固有频率，提高镜头的抗振能力，保证***的使用要求；同时，各密封部位采用密封圈密封，保证镜头的密封性能。
一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头的调节方法，采用如上所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，当温度发生变化使像面发生偏离时，伸缩环因热胀冷缩实现伸缩配合弹性垫片使前镜筒发生轴向位移，以补偿温度变化引起的像面偏移。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学***中沿光线自前向后入射方向依次设有平凸透镜、双凹透镜和正月牙形透镜；所述镜头的机械结构包括外筒，外筒内套设有前镜筒和后镜筒，平凸透镜安装于前镜筒中，双凹透镜和正月牙形透镜安装于后镜筒中，前镜筒与后镜筒之间夹设有弹性垫片，外筒前端内部旋接有位于前镜筒***的限位压圈，限位压圈和前镜筒在轴向上夹设有可热胀冷缩的伸缩环以通过伸缩环伸缩控制前镜筒轴向移动。
2.根据权利要求1所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，其特征在于：所述伸缩环采用采用POM材质，所述后镜筒与外筒之间通过螺纹连接，外筒中具有顶着后镜筒后端部的孔台，后镜筒后端还旋接有顶着正月牙形透镜后端边沿的后压圈，后镜筒中设置有位于双凹透镜和正月牙形透镜之间的隔圈；前镜筒中旋接有顶着平凸透镜前端边沿的前压圈。
3.根据权利要求2所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，其特征在于：所述伸缩环前端顶着限位压圈，伸缩环后端顶着前镜筒后端的凸缘上；限位压圈和前镜筒在径向上夹设有密封圈。
4.根据权利要求1所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，其特征在于：所述平凸透镜和双凹透镜之间的空气间隔是1.5mm，双凹透镜和正月牙形透镜之间的空气间隔是11mm。
5.一种高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头的调节方法，采用如权利要求2所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，其特征在于：当温度发生变化使像面发生偏离时，伸缩环因热胀冷缩实现伸缩配合弹性垫片使前镜筒发生轴向位移，以补偿温度变化引起的像面偏移。
6.根据权利要求1所述的高锐度低畸变长波红外被动式无热化镜头，其特征在于：所述平凸透镜的前镜面曲率半径为38mm，双凹透镜前镜面和后镜面的曲率半径分别为80mm和45mm，正月牙形透镜前镜面和后镜面的曲率半径分别为86.2mm和1336mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |