CN106124063B - 超大视场长波红外光学无热化测温镜头及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设置有负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C，所述负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C材料不同。该长波红外光学无热化测温镜头具备大相对孔径、超广视场角、低畸变、自适应光学无热化补偿、结构轻便等优点；利用光学材料在不同温度下折射率变化不同来补偿温度变化对焦平面的影响，使得无热化设计结构更加简单，整体产品的结构更小，重量更轻，光轴稳定成像更清晰，可靠性高，在满足用户对产品成像性能的要求上，结构上也更方便客户使用。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头装置技术领域，特别是一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头及其制造方法。
背景技术
红外测温技术作为非接触式测温技术，它与传统测温技术相比有很多优点，首先，它的测量不干扰测温场，不影响温度分布，准确度和精度上较高；其次，红外测温测试速度快，且能实时观测，测量优势大；再次，红外测温可近可远，并且可以夜间作业，适应性强；最后，红外测温的范围广，理论上无测试上限。这就使得红外测温技术电力工业、航天航空、质量检测、冶金等领域均得到了广范应用，红外测温镜头就应运而生。由于红外光学材料和机械材料在温度变化时会产生热形变，因此工作温度的剧烈变化会引起光学系统的焦距变化、像面飘逸、成像质量下降等影响。为了消除或降低温度变化对光学系统成像的影响，必须采用相应的补偿技术，使光学系统在一个较大的温差范围内保持焦距不变，确保成像质量的良好，另外，现有的镜头存在成像视场角小无法完整获得测试物体的整体结构，另外同心度、精度和轴向位置不够准确也影响着补偿技术的实施。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头。
本发明的技术方案是，一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C，所述负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C材料不同。
进一步的，述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.6～3mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为2.8～3.2mm。
进一步的，所述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.8mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为3mm。
进一步的，所述镜头包括置纳光学系统的主镜筒、设置于负月牙形透镜A与平凸透镜B之间用于限位的第一隔圈，设置于平凸透镜B与双凸透镜C之间用于限位的第二隔圈，负月牙形透镜A前侧设有前压圈。
进一步的，所述前压圈外周扣于主镜筒外端。
进一步的，所述负月牙形透镜A 、平凸透镜B以及双凸透镜C材料为Se60As40或锗中的一种。
进一步的，所述负月牙形透镜A 、平凸透镜B以及双凸透镜C中至少有一个透镜采用Se60As40材料，至少有一个透镜采用Ge材料，当温度变化时，采用Se60As40材料的透镜与采用Ge材料的透镜引起光学系统焦平面改变的方向相反，自适应温度变化，使镜头在一个温度范围内保证成像像质。
本发明还包括一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头制造方法，所述镜头包括置纳光学系统的主镜筒，在主镜筒内沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C，所述负月牙形透镜A，平凸透镜B以及双凸透镜C材料不同，且所用的材料至少有两种在相同温度下光学系统焦平面改变的方向相反。
进一步的，所述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.8mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为3mm，设置于负月牙形透镜A与平凸透镜B之间用于限位的第一隔圈，设置于平凸透镜B与双凸透镜C之间用于限位的第二隔圈。
进一步的，所述负月牙形透镜A 、平凸透镜B以及双凸透镜C中至少有一个透镜采用Se60As40材料，至少有一个透镜采用Ge材料，当温度变化时，采用Se60As40材料的透镜与采用Ge材料的透镜引起光学系统焦平面改变的方向相反，自适应温度变化，使镜头在一个温度范围内保证成像像质。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明 镜头设计，既保证镜头的同心度、精度和轴向位置的准确,可靠性高,镜头整体结构轻便、美观，利用该结构能够视场角可达110°，超广视场角更容易获得测试物体的整体，使物体的整体温度分布一目了然，使得无热化设计结构更加简单，为后续通过不同温折变材料实现自适应调整光学系统的成像性能奠定基础。
在光学设计时，对8～12μm的宽光谱范围进行像差校正和平衡，使镜头在宽光谱范围都具有优良的像质，实现了宽光谱共焦，这样镜头在中长波范围都能清晰成像；选用高折射、低色散的光学玻璃材料，通过设计和优化，校正了光学镜头的各种像差，使镜头实现高分辨率、大相对孔径、低畸变等优点；畸变较小，在1%以下，相对于旧的结构畸变有了更好的控制；在结构设计时，既保证镜头的同心度、精度和轴向位置的准确, 又使镜头的结构轻便、美观。通过不同光学材料的特性，实现了在不同温度情况下通过不同温折变材料自适应调整光学系统的成像性能，实现光学无热化。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为该发明的光学系统示意图；
图2为该发明的机械结构示意图；
图中：
A-负月牙透镜A；B-平凸透镜B；C-双凸透镜C；1-主镜筒；2-第一隔圈；3-第二隔圈；4-前压圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～2所示，一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设置有负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C。
在本实施例中，所述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.8mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为3mm。
在本实施例中，所述镜头的机械结构主要为主镜筒1，所述镜头依照C、B、A顺序依次组入主镜筒中，负月牙形透镜A与平凸透镜B之间用第二隔圈3定位，平凸透镜B与双凸透镜C之间用第一隔圈2定位，最后用前压圈4旋紧固定双凸透镜C。
在本实施例中，所述镜头三个镜片光学材料各不相同，平凸透镜B采用Se60As40材料，双凸透镜C采用Ge材料，当温度变化时，采用Se60As40材料的透镜与采用Ge材料的透镜引起光学系统焦平面改变的方向相反，自适应温度变化，使镜头在一个温度范围内保证成像像质。在不同温度下，镜片折射率发生不同改变，自适应补偿镜片R值变化带来的焦平面的偏移。
在本实施例中，所述主镜筒1的外部设计了M12X0.75-6g的螺纹牙和摄像机配合。
在本实施例中，补偿调节包括以下步骤：
（1）温度变化引起镜片R值发生改变，焦平面发生偏移。
（2）不同材料的负月牙形透镜A、平凸透镜B、双凸透镜C折射率在不同温度下发生了不同的改变，自适应补偿R值变化引起的偏移量。
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光学指标：
1)焦距：f′=2.2mm；
2)相对孔径F：1.0；
3)视场角：2w≥110°；
4)分辨率：可与160*120 25μm探测器摄像机适配；
5)光路总长∑≤18mm，光学后截距l′≥3.8mm；
6)适用谱线范围：8μm~12μm；
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 (7)
1.一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C，所述负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C材料不同；
所述负月牙形透镜A 、平凸透镜B以及双凸透镜C中至少有一个透镜采用Se60As40材料，至少有一个透镜采用Ge材料，当温度变化时，采用Se60As40材料的透镜与采用Ge材料的透镜引起光学系统焦平面改变的方向相反，自适应温度变化，使镜头在一个温度范围内保证成像像质；
由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：
1)焦距：f′=2.2mm；
2)相对孔径F：1.0；
3)视场角：2w≥110°；
4)分辨率：与160*120 25μm探测器摄像机适配；
5)光路总长∑≤18mm，光学后截距l′≥3.8mm；
6)适用谱线范围：8μm~12μm。
2.根据权利要求1所述的超大视场长波红外光学无热化测温镜头，其特征在于：述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.6～3mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为2.8～3.2mm。
3.根据权利要求1所述的超大视场长波红外光学无热化测温镜头，其特征在于：所述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.8mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为3mm。
4.根据权利要求1所述的超大视场长波红外光学无热化测温镜头，其特征在于：所述镜头包括置纳光学系统的主镜筒、设置于负月牙形透镜A与平凸透镜B之间用于限位的第一隔圈，设置于平凸透镜B与双凸透镜C之间用于限位的第二隔圈，负月牙形透镜A前侧设有前压圈。
5.根据权利要求4所述的超大视场长波红外光学无热化测温镜头，其特征在于：所述前压圈外周扣于主镜筒外端。
6.一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头制造方法，其特征在于：所述镜头包括置纳光学系统的主镜筒，在主镜筒内沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、平凸透镜B以及双凸透镜C，所述负月牙形透镜A，平凸透镜B以及双凸透镜C材料不同，且所用的材料至少有两种在相同温度下光学系统焦平面改变的方向相反；
所述负月牙形透镜A 、平凸透镜B以及双凸透镜C中至少有一个透镜采用Se60As40材料，至少有一个透镜采用Ge材料，当温度变化时，采用Se60As40材料的透镜与采用Ge材料的透镜引起光学系统焦平面改变的方向相反，自适应温度变化，使镜头在一个温度范围内保证成像像质；
由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：
1)焦距：f′=2.2mm；
2)相对孔径F：1.0；
3)视场角：2w≥110°；
4)分辨率：与160*120 25μm探测器摄像机适配；
5)光路总长∑≤18mm，光学后截距l′≥3.8mm；
6)适用谱线范围：8μm~12μm。
7.根据权利要求6所述的一种超大视场长波红外光学无热化测温镜头制造方法，其特征在于：所述负月牙形透镜和平凸透镜B之间的空气间隔为2.8mm，所述平凸透镜B和双凸透镜C之间的空气间隔为3mm，设置于负月牙形透镜A与平凸透镜B之间用于限位的第一隔圈，设置于平凸透镜B与双凸透镜C之间用于限位的第二隔圈。
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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 |