CN106125264A - 超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头及其工作方法 - Google Patents

超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头及其工作方法，超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学结构中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、负月牙形透镜B以及正月牙形透镜C。该超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头具备广视场角、低畸变、机械无热化无热化补偿、结构轻便等优点；利用机械材料在不同温度下的热胀冷缩特性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

超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头及其工作方法
技术领域
本发明涉及光学镜头装置技术领域，特别是一种超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头及其工作方法。
背景技术
红外镜头具有抗干扰能力强以及能在恶劣气候下昼夜工作等特点。普通的长波红外镜头使用的探测器探测波段宽、能够在通常的环境温度下工作而不需要冷却，但是灵敏度低、响应速度慢，对细微差别的物体无法区分，而军用的量子型探测器必须冷却。经过制冷，可以缩短响应时间，提高探测灵敏度。现代化制冷式热成像仪的成像传感器中集成了一个低温制冷器。这种装置可以给传感器降温度。降低探测器温度，使热噪声的信号低于成像信号，使得镜头能够敏感反应对场景中细小温度差异的物体。中波红外制冷镜头在夜间成像的对比度要比长波红外的图像更鲜明，这就使中波红外制冷镜头在军事、国防等对精度要求较高的领域有着较大的优势。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头及其工作方法。
本发明的技术方案是：超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学结构中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、负月牙形透镜B以及正月牙形透镜C。
进一步的，上述负月牙形透镜A和负月牙形透镜B之间的空气间隔为1.5mm，所述负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间的空气间隔为16mm。
进一步的，上述镜头的光学指标：
1)焦距：f′=4.8mm；
2)相对孔径F：4.0；
3)视场角：2w≥100°；
4)分辨率：可与80*80 30μm探测器摄像机适配；
5)光路总长∑≤30mm，光学后截距l′≥10mm；
6)适用谱线范围：3μm~7μm。
进一步的，上述镜头的测试视场角达100°。
进一步的，上述镜头的机械结构主要有外罩和设在外罩内的主镜筒、设在外罩内位于主镜筒前、后端的限位压圈、前压圈和弹性垫片，以及用于机械无热化调节的第一伸缩环、固定件和第二伸缩环。
进一步的，上述镜头依照正月牙形透镜C、负月牙形透镜B、负月牙形透镜A顺序依次组入主镜筒中，A片与B片之间用AB隔圈定位，B片与C片之间用BC隔圈定位，最后用前压圈压住C片固定。
进一步的，所述主镜筒外设计有M34的常用螺纹，可配合制冷探测器使用。
本发明超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头的工作方法，所述超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头的光学结构中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、负月牙形透镜B以及正月牙形透镜C；所述镜头的机械结构主要有外罩和设在外罩内的主镜筒、设在外罩内位于主镜筒前、后端的限位压圈、前压圈和弹性垫片，以及用于机械无热化调节的第一伸缩环、固定件和第二伸缩环，其中机械无热化部件主要有弹性垫片、第一伸缩环、固定件、第二伸缩环，当工作环境温度变化时，第一伸缩环、第二伸缩环对温度较敏感，通过热胀冷缩带动主镜筒移动，补偿镜片R值变化带来的焦平面的偏移；所述弹性垫片用于补偿机械移动带来的空间变化，保证镜头在不同温度下主镜筒的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在成像系统口径和镜头特性一定的条件下，中波红外谱段比长波红外短，可实现更高的分辨率。中波红外镜头设计时对3～5μm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；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、低畸变等优点；畸变较小，在1%以下；在结构设计上镜头较小较轻便，镜头总长仅3cm、直径3.5cm，且结构紧凑镜头整体重量轻；通过机械材料的热胀冷缩特性，实现了在不同温度情况下，伸缩环热胀冷缩带动镜座前后移动，补偿温度变化带来的焦平面的偏移。
附图说明
图1为本发明的光学结构示意图；
图2为本发明的机械结构示意图；
图中：A-负月牙透镜A；B-负月牙透镜B；C-正月牙透镜C；1-限位压圈；2-第一伸缩环；3-固定件；4-第二伸缩环；5-弹性垫片；6-外罩；7-BC隔圈；8-主镜筒；9-AB隔圈；10-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，本发明超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，所述镜头的光学结构中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、负月牙形透镜B以及正月牙形透镜C。
在本实施例中，所述负月牙形透镜A和负月牙形透镜B之间的空气间隔为1.5mm，所述负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间的空气间隔为16mm。
在本实施例中，所述镜头的机械结构主要有主镜筒8、外罩6、限位压圈1、前压圈10、弹性垫片5以及用于机械无热化调节功能的第一伸缩环2、固定件3、第二伸缩环4，所述镜头依照C、B、A顺序依次组入主镜筒中，镜片A与镜片B之间用AB隔圈9定位，镜片B与镜片C之间用BC隔圈7定位，最后用前压圈10旋紧固定镜片C。
在本实施例中，所述机械无热化结构主要有弹性垫片5、第一伸缩环2、固定件3、第二伸缩环4，当工作环境温度变化时，第一伸缩环2、第二伸缩环4对温度较敏感，通过热胀冷缩带动主镜筒8移动，补偿镜片R值变化带来的焦平面的偏移。所述弹性垫片5则用于补偿机械移动带来的空间变化，保证镜头在不同温度下主镜筒的稳定性。
在本实施例中，所述主镜筒1的外部设计了M34X0.75-6g的螺纹牙与制冷型探测器配合。
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，成像焦平面发生偏移
（2）第一伸缩环2、第二伸缩环4对温度较敏感，通过热胀冷缩带动主镜筒8移动，补偿镜片R值变化带来的焦平面的偏移。
（3）弹性垫片5则用于补偿机械移动带来的空间变化，保证镜头在不同温度下主镜筒的稳定性。
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′=4.8mm；
2)相对孔径F：4.0；
3)视场角：2w≥100°；
4)分辨率：可与80*80 30μm探测器摄像机适配；
5)光路总长∑≤30mm，光学后截距l′≥10mm；
6)适用谱线范围：3μm~7μm。
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)

1.一种超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学结构中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、负月牙形透镜B以及正月牙形透镜C。
2.根据权利要求1所述的超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述负月牙形透镜A和负月牙形透镜B之间的空气间隔为1.5mm，所述负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间的空气间隔为16mm。
3.根据权利要求1所述的超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学指标：
焦距：f′=4.8mm；
相对孔径F：4.0；
视场角：2w≥100°；
分辨率：可与80*80 30μm探测器摄像机适配；
光路总长∑≤30mm，光学后截距l′≥10mm；
适用谱线范围：3μm~7μm。
4.根据权利要求1所述的超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的测试视场角达100°。
5.根据权利要求1所述的超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的机械结构主要有外罩和设在外罩内的主镜筒、设在外罩内位于主镜筒前、后端的限位压圈、前压圈和弹性垫片，以及用于机械无热化调节的第一伸缩环、固定件和第二伸缩环。
6.根据权利要求5所述的超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头依照正月牙形透镜C、负月牙形透镜B、负月牙形透镜A顺序依次组入主镜筒中，A片与B片之间用AB隔圈定位，B片与C片之间用BC隔圈定位，最后用前压圈压住C片固定。
7.一种超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头的工作方法，其特征在于：所述超高灵敏度型中波制冷红外无热化镜头的光学结构中沿光线入射方向依次设置有负月牙形透镜A、负月牙形透镜B以及正月牙形透镜C；所述镜头的机械结构主要有外罩和设在外罩内的主镜筒、设在外罩内位于主镜筒前、后端的限位压圈、前压圈和弹性垫片，以及用于机械无热化调节的第一伸缩环、固定件和第二伸缩环，其中机械无热化部件主要有弹性垫片、第一伸缩环、固定件、第二伸缩环，当工作环境温度变化时，第一伸缩环、第二伸缩环对温度较敏感，通过热胀冷缩带动主镜筒移动，补偿镜片R值变化带来的焦平面的偏移；所述弹性垫片用于补偿机械移动带来的空间变化，保证镜头在不同温度下主镜筒的稳定性。
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