CN102289055A - 非制冷长波红外摄像镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非制冷长波红外摄像镜头，包括前镜筒和后镜筒，其特征在于：沿光线自左向右入射方向依次设置位于前镜筒内的正月牙型透镜A，位于后镜筒内的负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D，所述正月牙型透镜A的前端设置有光栏E。本发明具有特大的相对孔径，使探测器可以捕捉更多的红外辐射；而且对8μm～12μm大气窗口的辐射有很高的分辨率，极大地提高了非制冷红外系统的探测能力，具有全天候、全天时工作的优点。

Description

非制冷长波红外摄像镜头

技术领域

本发明涉及一种非制冷长波红外摄像镜头，与红外非制冷探测器相适配，可广泛应用于军用或民用领域。

背景技术

自上世纪九十年代起，非制冷凝视型红外热像仪已迅速进入应用市场，与制冷式红外热像仪相比，非制冷式红外热像仪具有可靠性高、成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便灵活等优点，而且非制冷红外焦平面阵列技术已由小规模发展到中、大规模，像素也由50 μm缩小到25 μm，它的分辨率和灵敏度显著提高了，所以这种非制冷红外成像系统在军用或民用领域的应用将越来越广泛。

由于非制冷式探测器的感辐射灵敏度较低，期望具有强的集光能力的镜头与之适配以弥补这一缺憾。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非制冷长波红外摄像镜头，针对红外探测成像技术的发展状况，尤其是非制冷式探测器的特点及其发展前景，需要发明大相对孔径、高透过率的红外摄像镜头以扩大非制冷热成像系统的应用领域，增强它的市场竞争能力。

本发明的特征在于：一种非制冷长波红外摄像镜头，包括前镜筒和后镜筒，其特征在于：沿光线自左向右入射方向依次设置位于前镜筒内的正月牙型透镜A，位于后镜筒内的负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D，所述正月牙型透镜A的前端设置有光栏E。

本发明的优点：

1．光路方案选择柯克型的结构型式，结构简单，镜片少，减少了镜片对辐射能的吸收，提高了红外摄像镜头的透过率；

2．把柯克型结构中的负透镜分裂为负月牙型透镜B和负月牙型透镜C，提高了偏角负担能力，使镜头做到了1/0.8的特大相对孔径，提高了镜头的感辐射灵敏度，提高了8 μm～12 μm长波红外的分辨率；

3．选择锗和硒化锌作为透镜的材料，它们在8 μm～12 μm的长波红外谱段有很高的折射率，且折射率随波长的变化很小，镜头在特大相对孔径、大视场角指标像差和色像差得到了优良的校正，达到了高分辨率；

4．整个镜头进行密封设计，内部结构空间进行了填充惰性气体的密封处理，以增强镜头使用时的环境适应能力；

5． 镜头与红外探测器作为一体化设计，并通过联接底板与外部联接，便于与云台等通用监控设备的应用；

6．设置后调焦机构，以补偿温度变化对成像的影响；

7．设置挡板机构，作为红外探测器的校正板，当挡板关闭时作为黑体，以校正红外图像。

附图说明

图1为本发明实施例光路结构示意图。

图2为本发明实施例整体结构示意图。

图3为本发明实施例后调焦机构结构示意图。

图4为本发明实施例挡板机构结构示意图。

具体实施方式

参考图1，图2，图3和图4，一种非制冷长波红外摄像镜头，包括前镜筒1和后镜筒2，沿光线自左向右入射方向依次设置位于前镜筒1内的正月牙型透镜A，位于后镜筒内的负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D，所述正月牙型透镜A的前端设置有光栏E。

上述正月牙型透镜A与负月牙型透镜B的空气间隔是53.7 mm；所述负月牙型透镜B与负月牙型透镜C的空气间隔是3.34 mm；所述负月牙型透镜C与正月牙型透镜D之间的空气间隔是54.37 mm。

上述正月牙型透镜A、负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D分别选用Ge、Ge、ZnSb和Ge材料构成。

上述后镜筒2的前部内周上固设有负月牙型透镜B和负月牙型透镜C，所述后镜筒2的后部设有用以驱动正月牙型透镜D轴向移动的后调焦机构3，所述后镜筒2的后端部上设置由挡板机构4驱动的扇形挡板4-1。

上述后调焦机构3包括设于后镜筒2后部内周上的用以安设正月牙透镜D的镜座3-1和连接于后镜筒2后部外周上的调焦环3-2，所述镜座3-1上连接有贯穿后镜筒2螺旋槽并安设于调焦环3-2内壁槽道里的导钉3-3，所述调焦环3-2外周上设有齿轮副并由设于后镜筒2外周上的电机3-4输出轴上的主动轮3-5啮合驱动。 

上述挡板机构4包括设于后镜筒2外周上的电机4-2，所述电机4-2输出轴上设有主动轮4-3，所述主动轮4-3经中间过渡齿轮4-4与扇形挡板4-1周部上的齿轮副啮合。

上述后镜筒2的外周还设有外罩套筒5，所述外罩套筒5上设有联接底板6。

上述扇形挡板4-1后面的光轴上设置有红外探测器7。

上述前镜筒1与正月牙型透镜A之间设有硅橡胶密封圈8，所述前镜筒1与外罩套5筒之间设有硅橡胶密封圈9。

上述扇形挡板4-1上开设有让红外光线透过的通孔。

本发明实现的性能指标：

1．焦距：f ′=120 mm；

2．相对孔径：D/f ′≥1/0.8； 

3．视场角：2ω≥7.6°（探测器的靶面大小≥φ16 mm）；

4．适用光谱范围：8 μm～12 μm；

5．分辨率：能与像元大小为35 μm，像素288×384的探测器适配;

6．透过率：全波段≥85％，峰值≥90％；

7．畸变：0.7视场≤3％，全视场≤5％。

具体实施步骤：

1．       光路设计方案

参见图1，本发明提供一种非制冷长波红外摄像镜头。其光路方案是沿光线自左向右入射方向依次设置正月牙型透镜A、负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D。其光栏位于透镜A的第一面。

所述各透镜分别用Ge、Ge、ZnSb和Ge材料。

所述透镜A与透镜B的空气间隔是53.7 mm；透镜B与透镜C的空气间隔是3.34 mm；透镜C与透镜D之间的空气间隔是54.37 mm。

2．       光机设计

整体结构见图2。

1） 镜头一体化设计，在透镜A与镜筒的联接处、镜筒与外罩套筒之间的联接处设有耐腐蚀、高密封型的硅橡胶密封圈，镜头的对外电气接口采用带气密性的插座，以保证镜头的密封性能。

2） 红外探测器作为整个系统的一个部件进行整体装校，并通过联接底板与外部联接，联接底板有4个φ8.5通孔，方便与云台等通用设备固定联接。

3） 后调焦机构见图3，电机轴与主动轮刚性联接；透镜D与镜座刚性联接；主动轮与调焦环齿轮副联接；调焦环内壁设有槽道，在槽道内安设有贯穿后镜筒螺旋槽并连接于镜座上的导钉。当电机旋转带动调焦环旋转，调焦环旋转带动导钉，导钉沿后镜筒内的螺旋槽运动，从而带动镜座前后移动（即透镜D前后移动），从而实现了镜头的调焦功能。此机构具有调焦快速、灵活、空回小、结构件少等优点。 

4） 挡板机构见图4，电机轴与主动轮刚性联接；主动轮与过渡轮齿轮副联接；过渡轮与挡板齿轮副联接；挡板为一扇形构件，上开有一通孔。电机的旋转带动过渡轮旋转，过渡轮旋转带动挡板旋转，从而实现挡板机构的关闭与开通的切换功能。此机构具有调焦快速、灵活、空回小、结构件少等优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种非制冷长波红外摄像镜头，包括前镜筒和后镜筒，其特征在于：沿光线自左向右入射方向依次设置位于前镜筒内的正月牙型透镜A，位于后镜筒内的负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D，所述正月牙型透镜A的前端设置有光栏E。

2.根据权利要求1所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述正月牙型透镜A与负月牙型透镜B的空气间隔是53.7 mm；所述负月牙型透镜B与负月牙型透镜C的空气间隔是3.34 mm；所述负月牙型透镜C与正月牙型透镜D之间的空气间隔是54.37 mm。

3.根据权利要求1或2所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述正月牙型透镜A、负月牙型透镜B、负月牙型透镜C和正月牙型透镜D分别选用Ge、Ge、ZnSb和Ge材料构成。

4.根据权利要求1所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述后镜筒的前部内周上固设有负月牙型透镜B和负月牙型透镜C，所述后镜筒的后部设有用以驱动正月牙型透镜D轴向移动的后调焦机构，所述后镜筒的后端部上设置由挡板机构驱动的扇形挡板。

5.根据权利要求1或4所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述后调焦机构包括设于后镜筒后部内周上的用以安设正月牙透镜D的镜座和连接于后镜筒后部外周上的调焦环，所述镜座上连接有贯穿后镜筒螺旋槽并安设于调焦环内壁槽道里的导钉，所述调焦环外周上设有齿轮副并由设于后镜筒外周上的电机输出轴上的主动轮啮合驱动。 

6.根据权利要求1或4所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述挡板机构包括设于后镜筒外周上的电机，所述电机输出轴上设有主动轮，所述主动轮经中间过渡齿轮与扇形挡板周部上的齿轮副啮合。

7.根据权利要求1所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述后镜筒的外周还设有外罩套筒，所述外罩套筒上设有联接底板。

8.根据权利要求4所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述扇形挡板后面的光轴上设置有红外探测器。

9.根据权利要求1或7所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述前镜筒与正月牙型透镜A之间设有硅橡胶密封圈，所述前镜筒与外罩套筒之间设有硅橡胶密封圈。

10.根据权利要求4所述的非制冷长波红外摄像镜头，其特征在于：所述扇形挡板上开设有让红外光线透过的通孔。

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