CN106405782A - 大靶面高精度光学无热化测温镜头及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，包括沿光线从左向右入射方向依次设置负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D；本发明还涉及一种大靶面高精度光学无热化测温镜头的调节方法。本发明具备大相对孔径、大视场角、低畸变、大靶面、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

大靶面高精度光学无热化测温镜头及调节方法

技术领域

本发明涉及一种大靶面高精度光学无热化测温镜头及调节方法。

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

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种大靶面高精度光学无热化测温镜头及调节方法，不仅结构设计合理，而且高效便捷。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，包括沿光线从左向右入射方向依次设置负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D。

优选的，所述负月牙透镜A与双凸透镜B之间的空气间隔为13mm，所述双凸透镜B与负月牙透镜C之间的空气间隔为3mm，所述负月牙透镜C与负月牙透镜D之间的空气间隔为7mm。

优选的，所述负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D的材料为Se60As40、Ge以及ZnS中的一种。

优选的，所述负月牙透镜A 、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D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、至少有一个透镜采用ZnS。

优选的，所述负月牙透镜D、负月牙透镜C、双凸透镜B以及负月牙透镜A顺序安装在主镜筒中，并用前压圈压紧，所述负月牙透镜A与双凸透镜B之间设置有第一隔圈，所述双凸透镜B与负月牙透镜C之间设置有第二隔圈，所述负月牙透镜C与负月牙透镜D之间设置有第三隔圈。

优选的，所述主镜筒外设置有用以与摄像机相配合的M24X0.75-6g螺纹牙。

一种大靶面高精度光学无热化测温镜头的调节方法，包括上述所述的任意一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，包含以下步骤：

（1）温度变化引起负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D的R值发生改变，焦平面发生偏移；

（2）不同材料的负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D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。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明具备大相对孔径、大视场角、低畸变、大靶面、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；

（2）本发明镜头设计合理，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90°，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；

（3）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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的光路示意图。

图2为本发明实施例的光学构造示意图。

图中：

A-负月牙透镜A，B-双凸透镜B，C-负月牙透镜C，D-负月牙透镜D；

1-主镜筒，2-前压圈，3-第一隔圈，4-第二隔圈，5-第三隔圈。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，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，一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，包括沿光线从左向右入射方向依次设置负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D。

在本发明实施例中，所述负月牙透镜A与双凸透镜B之间的空气间隔为13mm，所述双凸透镜B与负月牙透镜C之间的空气间隔为3mm，所述负月牙透镜C与负月牙透镜D之间的空气间隔为7mm。

在本发明实施例中，所述负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D的材料为Se60As40、Ge以及ZnS中的一种。

在本发明实施例中，所述负月牙透镜A 、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D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、至少有一个透镜采用ZnS；当温度变化时，采用Se60As40材料的透镜、采用Ge材料的透镜以及采用ZnS材料的透镜由于R值及材料各不相同，引起光学系统焦平面改变的方向不同，改变的量也不相同，这些该变量相互补偿，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。

在本发明实施例中，所述负月牙透镜D、负月牙透镜C、双凸透镜B以及负月牙透镜A顺序安装在主镜筒1中，并用前压圈2压紧，所述负月牙透镜A与双凸透镜B之间设置有第一隔圈3，所述双凸透镜B与负月牙透镜C之间设置有第二隔圈4，所述负月牙透镜C与负月牙透镜D之间设置有第三隔圈5。

在本发明实施例中，所述主镜筒1外设置有用以与摄像机相配合的M24X0.75-6g螺纹牙。

在本发明实施例中，一种大靶面高精度光学无热化测温镜头的调节方法，包括上述所述的任意一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，包含以下步骤：

（1）温度变化引起负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D的R值发生改变，焦平面发生偏移；

（2）不同材料的负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D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。

在本发明实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的光学指标：

曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是相邻两表面间的间距，举例说明，S1、S2是分别是负月牙透镜A远离与邻近双凸透镜B的表面，S1的间距是指S1与S2表面之间的中心间距，其它依此类推。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的大靶面高精度光学无热化测温镜头及调节方法。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 (7)

1.一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，其特征在于：包括沿光线从左向右入射方向依次设置负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D。

2.根据权利要求1所述的大靶面高精度光学无热化测温镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A与双凸透镜B之间的空气间隔为13mm，所述双凸透镜B与负月牙透镜C之间的空气间隔为3mm，所述负月牙透镜C与负月牙透镜D之间的空气间隔为7mm。

3.根据权利要求1所述的大靶面高精度光学无热化测温镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D的材料为Se60As40、Ge以及ZnS中的一种。

4.根据权利要求1所述的大靶面高精度光学无热化测温镜头，其特征在于：所述负月牙透镜A 、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D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、至少有一个透镜采用ZnS。

5.根据权利要求1所述的大靶面高精度光学无热化测温镜头，其特征在于：所述负月牙透镜D、负月牙透镜C、双凸透镜B以及负月牙透镜A顺序安装在主镜筒中，并用前压圈压紧，所述负月牙透镜A与双凸透镜B之间设置有第一隔圈，所述双凸透镜B与负月牙透镜C之间设置有第二隔圈，所述负月牙透镜C与负月牙透镜D之间设置有第三隔圈。

6.根据权利要求1所述的大靶面高精度光学无热化测温镜头，其特征在于：所述主镜筒外设置有用以与摄像机相配合的M24X0.75-6g螺纹牙。

7.一种大靶面高精度光学无热化测温镜头的调节方法，其特征在于：包括如权利要求1~6所述的任意一种大靶面高精度光学无热化测温镜头，包含以下步骤：

（1）温度变化引起负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D的R值发生改变，焦平面发生偏移；

（2）不同材料的负月牙透镜A、双凸透镜B、负月牙透镜C以及负月牙透镜D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。