CN103364932A - 中波红外制冷型长焦距、大口径镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有前组A和后组B，所述前组A依次设有保护片、正透镜A-1、正透镜A-2和负透镜A-3，所述后组B依次设有正透镜B-1和正透镜B-2。本发明具有高成像质量、高空间分辨率、体积小巧及耐振动和冲击等特点；在光学结构中，合理分配前组A和后组B的光焦度；在后组B中，采用两个非球面，使镜头达到长焦距、大口径、结构简单紧凑的性能指标；在光学设计中，通过正透镜B-1移动实现温度补偿和远近距补偿，来保证镜头在高温和低温环境下的使用要求；可以与中波红外制冷型320×256，30μm探测器适配，进行实况记录和跟踪任务。

Description

中波红外制冷型长焦距、大口径镜头

技术领域

本发明涉及一种用于实况记录和跟踪的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，属于镜头领域。 

背景技术

红外成像具有夜晚作用距离远；抗干扰性能好；隐蔽性好；图像直观，易于观察；环境适配性优于可见光；穿透烟尘、雾霾能力强；可全天候、全天时工作；具有多目标全景观察、追踪和目标识别能力及良好的抗目标隐形能力等优点。因此红外成像技术成为当前设计研制跟踪系统的一个热点。但目前市场上红外摄像镜头，大多数是短焦镜头。镜头焦距短，口径小，系统的作用距离近，无法满足远距离观测的需求。显然，研制大口径、长焦距、作用距离远的红外成像系统，克服上述缺陷是本发明的研究目的。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，即本发明要解决的技术问题是提供一种中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，该镜头具有高成像质量、高空间分辨率、体积小、重量轻及耐振动和冲击的性能。 

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有前组A和后组B，所述前组A依次设有保护片、正透镜A-1、正透镜A-2和负透镜A-3，所述后组B依次设有正透镜B-1和正透镜B-2。 

在进一步的技术方案中，所述前组A和后组B之间的空气间隔是253mm。 

在进一步的技术方案中，所述前组A中的保护片倾斜4°放置。 

在进一步的技术方案中，所述前组A中的保护片和正透镜A-1之间的空气间隔是3mm，所述正透镜A-1和正透镜A-2之间的空气间隔是74mm，所述正透镜A-2和负透镜A-3之间的空气间隔是5mm。 

在进一步的技术方案中，所述后组B中的正透镜B-1和正透镜B-2之间的空气间隔是22mm。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）在光学结构中，合理分配前组A和后组B的光焦度；在后组B中，采用两个非球面，使镜头达到长焦距、大口径、结构简单紧凑的性能指标；（2）在光学设计中，通过正透镜B-1移动实现温度补偿和远近距补偿，来保证镜头在高温和低温环境下的使用要求；（3）在光机设计中，将镜头前端的保护片倾斜4°放置，以保证消除窗口带来的冷反射效应；（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）主镜筒三通采用一体化设计，具有良好的密封性能；在镜头结构设计中可以进行了刚度计算，适当增加壁厚，提高固有频率，提高镜头的抗振能力，保证系统的使用要求；同时，各密封部位采用O型密封圈密封，保证镜头的密封性能。 

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

附图说明

图1为本发明实施例的光学系统示意图。 

图2为本发明实施例的光学镜头结构示意图。 

图3为图2中A-A处的剖视图。 

图4为图2中B-B处的剖视图。 

图5为本发明实施例的调焦结构示意图。 

图6为本发明实施例的整体结构主视图。 

图7为本发明实施例的整体结构右视图。 

图中：1-镜盖，2-扳手钉，3-保护片压圈，4-保护片，5-AB镜筒，6-锥端紧定螺钉，7-O型密封圈，8-正透镜A-1，9-O型密封圈，10-B片压圈，11-前组镜筒，12-正透镜A-2，13-C片压圈，14-负透镜A-3，15-CD镜筒，16-D片压圈，17-O型密封圈，18-内六角圆柱头螺钉，19-主镜筒，20-调焦电机组件，21-调焦组件，22-微动开关组件，23-O型密封圈，24-内六角圆柱头螺钉，25-连接套筒，26-内六角圆柱头螺钉，27-O型密封圈，28-O型密封圈，29-内六角圆柱头螺钉，30-气嘴，31-F片压圈，32- O型密封圈，33-正透镜B-1，34-正透镜B-2，35-内六角圆柱头螺钉，36-插座或插头，37-F片镜筒，38-调焦活动件，39-调焦环压圈，40-锥端紧定螺钉，41-钢球，42-微动开关架，43-微动开关挡钉，44-微动开关，45-调焦导钉，46-调焦环，47-调焦固定件，48-E片镜筒，49-E片压圈，50-平端紧定螺钉，51-镜头，52-左右封板，53-内六角圆柱头螺钉，54-上封板，55-热像仪，56-内六角圆柱头螺钉，57-热像仪调整垫片，58-热像仪固定架，59-热像仪控制盒，60- O型密封圈，61-内六角圆柱头螺钉，62-后封板，63- O型密封圈，64-防水接头，65-内六角圆柱头螺钉，66-控制盒固定套钉，67-光纤接头，68-光纤接头封板，69-光纤转换盒，70-光纤转换盒固定架，71- O型密封圈，72-内六角圆柱头螺钉；A-前组，A-1-正透镜，A-2-正透镜，A-3-负透镜，B-后组，B-1-正透镜，B-2-正透镜。 

具体实施方式

如图1所示，一种中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有前组A和后组B，所述前组A依次设有保护片4、正透镜A-1、正透镜A-2和负透镜A-3，所述后组B依次设有正透镜B-1和正透镜B-2。 

在本实施例中，沿光线入射方向，所述前组A中的保护片4倾斜4°放置；所述前组A和后组B之间的空气间隔是253mm；所述前组A中的保护片4和正透镜A-1之间的空气间隔是3mm，所述正透镜A-1和正透镜A-2之间的空气间隔是74mm，所述正透镜A-2和负透镜A-3之间的空气间隔是5mm；所述后组B中的正透镜B-1和正透镜B-2之间的空气间隔是22mm。 

在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：（1）工作波段：3.7μm-4.8μm；（2）焦距：f′=400mm；（3）探测器：中波红外制冷型320×256，30μm；（4）视场角：1.37°×1.1°；（5）相对孔径D/ f′：1/2；（6）光学长度∑L：≤455mm。 

在本实施例中，在光路设计中，选用硅和锗两种红外材料，选用中间有一次像面的光学结构，通过计算机光学辅助软件优化设计，实现成像质量良好。在光学设计时，选取二次成像结构，在保证实现100%冷光阑效率的同时，减小系统的径向尺寸。对合理的初始结构进行优化设计，光学系统的前组A由保护片4、正透镜A-1、正透镜A-2和负透镜A-3组成，在设计中，将保护片4倾斜4°放置，以保证消除窗口带来的冷反射效应；尽量使正透镜A-2、负透镜A-3远离正透镜A-1，使其口径尽量小，减小光学重量；后组B由正透镜B-1、正透镜B-2组成，设计中在正透镜B-1、正透镜B-2分别采用偶次非球面，使得光学系统的结构更简化，成像质量良好。为了满足高低温和远近距要求，系统通过移动正透镜B-1来实现高低温补偿（在-40℃到+60℃温度）及远近距补偿。 

如图2~4所示，所述镜头的结构包括用于连接镜头和经纬仪的主镜筒19，所述主镜筒19采用一体化设计，所述主镜筒19的三通处内孔未与主镜筒19相通，具有良好的密封性能与强度，所述主镜筒19的三通处设有用于连接经纬仪的法兰，保证加工、装调方便性。在结构设计中可以进行了刚度计算，适当增加壁厚，提高固有频率，从而提高抗振性能。 

如图2~4所示，所述主镜筒19的前端通过法兰与前组镜筒11相连接，保证加工、装调的方便性，且用O型密封圈密封，保证密封性能。保护片4、正透镜A-1按图示顺序装入AB镜筒5内，并分别用保护片4压圈、B片压圈10固紧。正透镜A-2、负透镜A-3按图示顺序装入CD镜筒15内，并分别用C片压圈13、D片压圈16固紧。AB镜筒5从前组镜筒11前端装入，CD镜筒15从前组镜筒11后端装入，有利于降低装配难度，提高装配效率，便于镜头的调试。AB镜筒5和CD镜筒15采用螺纹与前组镜筒11配合，能够有效保证同心度需求。在保护片4与AB镜筒5、AB镜筒5与前组镜筒11的配合处均安装有O型密封圈，保证镜头的密封性能。所有螺纹配合处均点注虫胶，此方法有助于提高光学镜头部分的耐振动和耐冲击性能，提高整体镜头的抗震性能。 

如图2~5所示，所述主镜筒19的后端通过法兰与连接套筒25相连接，保证加工、装调方便性，且设有O型圈，保证镜头的密封性。安装有正透镜B-2的F片镜筒37与连接套筒25的后端采用法兰连接，保证加工、装调方便性。正透镜B-2采用F片压圈31紧固。在F片镜筒37与连接套筒25、正透镜B-2与F片镜筒37的配合处均安装有O型密封圈，保证密封性能。所述连接套筒25的前端内壁上设有用于安装调焦电机组件20、过轮组件和电位器组件的电机架，所述连接套筒25的内部法兰上设有用于调焦的调焦组件21，所述调焦组件21设有用于安装正透镜B-1的E片镜筒48。 

如图5所示，调焦组件21包括调焦固定件47、调焦活动件38、调焦环46和调焦环齿轮等。调焦固定件47通过法兰与连接套筒25连接，保证加工、装调方便性。调焦环46通过前后精密钢球41安装在调焦固定件47上，并用调焦环压圈39压紧，把调焦环46的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减小调焦运动时的摩擦力。过轮组件的过轮分别与调焦电机组件20的电机齿轮、电位器组件的精密电位器齿轮以及调焦组件21的调焦环齿轮相啮合，当电机转子作正负旋转运动时，电机齿轮通过过轮带动精密电位器齿轮和调焦环齿轮啮合转动，使得精密电位器与调焦环46同步旋转。通过适当的取样电路取出电位器的变化值，从而控制调焦环46的旋转角度，实现调焦量的控制。调焦环46上配钻有一根微动开关挡钉43，通过调焦环46的旋转使得微动开关挡钉43松、压两个分布一定角度的微动开关44，从而实现调焦的机械限位，使得调焦系统具有电限位装置和机械限位装置。过轮通过啮合带动调焦环46作正反向运动，调焦环46通过与调焦活动件38相连接的梯形螺纹带动调焦活动件38，并在三个均布导钉的作用下作正反向的直线运动，从而带动E片镜筒48作正反向直线运动，实现系统调焦的目的。 

如图6~7所示，所述连接套筒的后端还设有用于安装热像仪55、光纤转换盒69和热像仪控制盒59的热像仪固定架58，热像仪55、热像仪控制盒59、防水接头64、光纤转换盒69、光纤转换盒固定架70、光纤接头67、光纤接头封板68、上封板54、左右封板52以及后封板62通过热像仪固定架58与镜头51联接成一个整体。在镜头51、上封板54、左右封板52、后封板62、防水接头64、光纤接头封板68与热像仪固定架58的连接处均设有密封圈，保证镜头整体的水密性能。为方便加工，热像仪控制盒59的固定螺纹孔做成控制盒固定套钉66，控制盒固定套钉66螺纹处涂螺纹胶，保证连接牢固和密封要求。同时各机械零件之间的连接螺钉均配有标准弹簧垫圈止退，连接螺钉处均点注虫胶，保证零件直接联接的牢靠性，提高镜头整体的耐振动和冲击性能。 

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 (9)

1.一种中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有前组A和后组B，所述前组A依次设有保护片、正透镜A-1、正透镜A-2和负透镜A-3，所述后组B依次设有正透镜B-1和正透镜B-2。

2.根据权利要求1所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述前组A和后组B之间的空气间隔是253mm。

3.根据权利要求1或2所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述前组A中的保护片倾斜4°放置。

4.根据权利要求1或2所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述前组A中的保护片和正透镜A-1之间的空气间隔是3mm，所述正透镜A-1和正透镜A-2之间的空气间隔是74mm，所述正透镜A-2和负透镜A-3之间的空气间隔是5mm。

5.根据权利要求1或2所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述后组B中的正透镜B-1和正透镜B-2之间的空气间隔是22mm。

6.根据权利要求1所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述镜头的结构包括用于连接镜头和经纬仪的主镜筒，所述主镜筒的三通处设有用于连接经纬仪的法兰。

7.根据权利要求6所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述主镜筒的前端设有前组镜筒，所述前组镜筒的前部内壁上设有用于安装正透镜A-1的AB镜筒，所述前组镜筒的后部内壁上设有用于安装正透镜A-2和负透镜A-3的CD镜筒。

8.根据权利要求6所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述主镜筒的后端设有连接套筒，所述连接套筒的前端内壁上设有用于安装调焦电机组件、过轮组件和电位器组件的电机架，所述连接套筒的内部法兰上设有用于调焦的调焦组件，所述连接套筒的后端设有用于安装正透镜B-2的F片镜筒，所述连接套筒的后端还设有用于安装热像仪、光纤转换盒和热像仪控制盒的热像仪固定架。

9.根据权利要求8所述的中波红外制冷型长焦距、大口径镜头，其特征在于：所述调焦组件设有用于安装正透镜B-1的E片镜筒。

Images