CN105487193A - f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及补偿调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及补偿调节方法，包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有正透镜A、负透镜B和正透镜C，所述镜头的机械结构包括主镜筒前组和主镜筒后组，所述主镜筒前组和主镜筒后组之间设置有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。本发明结构紧凑，可实现机械被动式无热化和高透过率；在光学设计中，合理分配光焦度，依靠不同膨胀系数的镜筒材料组合，通过伸缩机构组的热胀冷缩以推动正透镜A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，可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。
Description
技术领域
本发明涉及f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及补偿调节方法。
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，进而使光学系统的最佳像面发生偏离，降低了光学系统的成像质量，严重影响了镜头的成像性能。因此，为了适应不同环境的应用场合，红外光学系统需要进行无热化设计，使其具有一定的温度自适应能力，而目前市场上此类镜头种类较少，不能满足市场的需求。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，能实现温度自适应的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及补偿调节方法。
为了实现上述目的，本发明的一技术方案是：f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有正透镜A、负透镜B和正透镜C，所述镜头的机械结构包括主镜筒前组和主镜筒后组，所述主镜筒前组和主镜筒后组之间设置有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。
进一步的，所述正透镜A和负透镜B之间的空气间隔是0.5mm。
进一步的，所述负透镜B和正透镜C之间的空气间隔是12mm。
进一步的，所述主镜筒前组内容置有正透镜A，所述主镜筒后组内容置有负透镜B和正透镜C，所述负透镜B与正透镜C之间设置有用于保证负透镜B与正透镜C之间的空气间距的BC隔圈。
进一步的，所述主镜筒前组上位于正透镜A的旁侧设置有用于安装固定正透镜A的前压圈，所述主镜筒后组上位于正透镜C的旁侧设置有用于安装固定正透镜C的后压圈。
进一步的，所述主镜筒前组的外周侧和主镜筒后组的外周侧均套设有套筒，所述套筒上套设有外罩，所述主镜筒前组和主镜筒后组之间设置有用于补偿位移量的补偿弹片。
进一步的，所述套筒与主镜筒前组之间设置有用于密封的O型密封圈II，所述套筒与外罩之间设置有用于密封的O型密封圈I。
进一步的，所述套筒的内表面上开设有用于安装伸缩机构组的台阶，所述主镜筒前组上延伸有与套筒配合的用于安装固定伸缩机构组的凸缘。
进一步的，所述套筒上设置有锁紧钉，所述伸缩机构组包括由特殊材料制成的伸缩环。
大相对孔径机械被动式无热化镜头的补偿调节方法，包括以下步骤：
（1）伸缩机构组通过热胀冷缩的原理进行伸缩，主镜筒前组发生位移，主镜筒后组的位置相对固定；
（2）主镜筒前组发生位移后，补偿弹片补偿主镜筒前组产生的位移量。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）在光学设计中，合理选取光学结构，使得系统结构变得更为紧凑，降低了加工成本并且使得系统的装配变得简单；（2）在光学设计中，通过合理分配光焦度，使得正透镜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，保证光学系统具有高的成像分辨率；（4）在保证结构紧凑的前提下，设置多种部件来提高镜头耐振动、冲击的能力；（5）该镜头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图；
图2为本发明实施例的构造示意图。
图1中标记：A—正透镜A，B—负透镜B，C—正透镜C，D—像面；
图2中标记：1-外罩，2-O型密封圈I，3-套筒，4-伸缩环，5-主镜筒前组，6-补偿弹片，7-主镜筒后组，8-后压圈，9-正透镜C，10-BC隔圈，11-负透镜B，12-正透镜A，13-锁紧钉，14-O型圈II，15-前压圈。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~2所示，f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有正透镜A、负透镜B和正透镜C，所述镜头的机械结构包括主镜筒前组5和主镜筒后组7，所述主镜筒前组5和主镜筒后组7之间设置有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。
在本实施例中，所述正透镜A和负透镜B之间的空气间隔是0.5mm。
在本实施例中，所述负透镜B和正透镜C之间的空气间隔是12mm。
在本实施例中，所述主镜筒前组5内容置有正透镜A，所述主镜筒后组7内容置有负透镜B和正透镜C，所述负透镜B与正透镜C之间设置有用于保证负透镜B与正透镜C之间的空气间距的BC隔圈10。
在本实施例中，所述主镜筒前组5上位于正透镜A的旁侧设置有用于安装固定正透镜A的前压圈15，所述主镜筒后组7上位于正透镜C的旁侧设置有用于安装固定正透镜C的后压圈8。
在本实施例中，所述主镜筒前组5的外周侧和主镜筒后组7的外周侧均套设有套筒3，所述套筒3上套设有外罩1，所述外罩1上设置有M34X0.75-6g的螺纹牙接头和摄像机配合，所述主镜筒前组5和主镜筒后组7之间设置有用于补偿位移量的补偿弹片6。
在本实施例中，所述套筒3与主镜筒前组5之间设置有用于密封的O型密封圈II14，所述套筒3与外罩1之间设置有用于密封的O型密封圈I2。
在本实施例中，所述套筒3的内表面上开设有用于安装伸缩机构组的台阶，所述主镜筒前组5上延伸有与套筒3配合的用于安装固定伸缩机构组的凸缘。
在本实施例中，所述套筒3上设置有锁紧钉13，所述伸缩机构组包括由特殊材料制成的伸缩环4。
大相对孔径机械被动式无热化镜头的补偿调节方法，包括以下步骤：
（1）伸缩机构组通过热胀冷缩的原理进行伸缩，主镜筒前组5发生位移，主镜筒后组7的位置相对固定；
（2）主镜筒前组5发生位移后，补偿弹片6补偿主镜筒前组5产生的位移量。
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；（6）光学体积：29.9mm×23.4mm×23.4mm（长×宽×高）。
本实施例中，在光学设计中合理的分配光焦度，使得正透镜A移动较小的距离能实现高低温补偿；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，带动正透镜A移动，实现高低温自适应无热化技术，根据光学设计计算，该f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，正透镜A移动量为-0.05mm/+0.03mm，正透镜A远离探测器为负，靠近探测器为正。
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.f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有正透镜A、负透镜B和正透镜C，所述镜头的机械结构包括主镜筒前组和主镜筒后组，所述主镜筒前组和主镜筒后组之间设置有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。
2.根据权利要求1所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述正透镜A和负透镜B之间的空气间隔是0.5mm。
3.根据权利要求1所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述负透镜B和正透镜C之间的空气间隔是12mm。
4.根据权利要求1所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述主镜筒前组内容置有正透镜A，所述主镜筒后组内容置有负透镜B和正透镜C，所述负透镜B与正透镜C之间设置有用于保证负透镜B与正透镜C之间的空气间距的BC隔圈。
5.根据权利要求1所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述主镜筒前组上位于正透镜A的旁侧设置有用于安装固定正透镜A的前压圈，所述主镜筒后组上位于正透镜C的旁侧设置有用于安装固定正透镜C的后压圈。
6.根据权利要求1所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述主镜筒前组的外周侧和主镜筒后组的外周侧均套设有套筒，所述套筒上套设有外罩，所述主镜筒前组和主镜筒后组之间设置有用于补偿位移量的补偿弹片。
7.根据权利要求6所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述套筒与主镜筒前组之间设置有用于密封的O型密封圈II，所述套筒与外罩之间设置有用于密封的O型密封圈I。
8.根据权利要求6所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述套筒的内表面上开设有用于安装伸缩机构组的台阶，所述主镜筒前组上延伸有与套筒配合的用于安装固定伸缩机构组的凸缘。
9.根据权利要求6所述的f19mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述套筒上设置有锁紧钉，所述伸缩机构组包括由特殊材料制成的伸缩环。
10.大相对孔径机械被动式无热化镜头的补偿调节方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）伸缩机构组通过热胀冷缩的原理进行伸缩，主镜筒前组发生位移，主镜筒后组的位置相对固定；
（2）主镜筒前组发生位移后，补偿弹片补偿主镜筒前组产生的位移量。
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