CN106443941A - f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法,包括镜筒、光学系统,所述光学系统包括沿光线入射方依次设的正光焦镜片A、负光焦镜片B、正光焦镜片C,所述镜筒包括前镜筒、后镜筒,镜筒外套设有套筒,套筒外套设有外罩,套筒与外罩螺纹连接,外罩上穿设有对套筒进行锁紧的锁紧钉,套筒周侧设置有限位槽,限位槽内设置有限位钉,限位钉固定在外罩上,前镜筒外周设置有外凸缘,外凸缘前侧面与套筒之间设置有伸缩环,外凸缘后侧与后镜筒之间设置有弹片,伸缩环的膨胀系数大于弹片的膨胀系数,本发明结构简单紧凑,体积小,可以与大靶面探测器相匹配,实用性更强,具有高的成像分辨率、高穿透性,能够捕捉细小温度变化的物体。
Description
技术领域
本发明涉及一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法。
背景技术
长波红外非制冷光学系统在军用和民用领域均得到了广泛的应用,因为红外镜头抗干扰性能好,晚间作用距离远,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的能力等优点,所以对光学系统的成像质量提出了越来越高的要求。但由于红外光学材料和机械材料存在一定的热效应,工作温度的剧烈变化会对光学系统产生严重的影响,例如引起焦距变化、像面漂移、成像质量下降等。因此,为了适应不同环境温度,要求红外镜头具有一定的温度自适应能力;另外,市面上大多数的镜头结构复杂,加工难度和成本较高,因此也需要镜头具有结构简便易加工性,而且市面上的多数镜头都难以根据不同物距轻松、快捷的调节后截距,而且相对成像靶面较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头及其调焦方法。
本发明的技术方案是,一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统,所述光学系统包括沿光线入射方依次设的正光焦镜片A、负光焦镜片B、正光焦镜片C,所述镜筒包括前镜筒、后镜筒,正光焦镜片A设置在前镜筒内并用前压圈压紧,负光焦镜片B、正光焦镜片C设置在后镜筒内,所述镜筒外套设有套筒,套筒外套设有外罩,主镜筒后部设置有后压圈,套筒与外罩螺纹连接,外罩上穿设有对套筒进行锁紧的锁紧钉,套筒周侧设置有限位槽,限位槽内设置有限位钉,限位钉固定在外罩上,前镜筒与套筒滑动配合,前镜筒外周设置有外凸缘,外凸缘前侧面与套筒之间设置有伸缩环,外凸缘后侧与后镜筒之间设置有弹片,后镜筒外周侧与套筒螺纹连接,伸缩环的膨胀系数大于弹片的膨胀系数。
进一步的,所述正光焦镜片A和负光焦镜片B之间的空气间隔是0.72mm,所述负光焦镜片B和正光焦镜片C之间的空气间隔是12.14mm。
进一步的,所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设置有隔圈。
进一步的,所述前镜筒转套筒之间设置有密封圈A,套筒与外罩之间设置有密封圈B。
进一步的,所述套筒内设置有台阶面,前镜筒的一端经伸缩环顶在套筒的台阶面。
一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头的调焦方法,旋松锁紧钉,转动套筒,旋转套筒经伸缩环与前镜筒外周的外凸缘相互作用,带动镜筒前后移动,与外罩发生相对位移,实现后截距的变化;当环境温度升高时,由于正光焦镜片A、负光焦镜片B以及正光焦镜片C同时发生膨胀导致原先的焦面向前发生偏移导致模糊,此时伸缩环膨胀推动前镜筒压缩弹片使正光焦镜片A与负光焦镜片B的空气距变小,弥补原先向前偏移的焦面,使其恢复到常温状态下清晰画面。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:结构简单紧凑,体积小,可以与大靶面探测器相匹配,实用性更强,适用性更宽,具有高的成像分辨率、高穿透性,能够捕捉细小温度变化的物体,调焦方式简便轻松。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的阐述。
附图说明
图1为本发明的光学结构示意图;
图2为本发明的机型结构示意图。
图中:
A-正光焦镜片A,B-负光焦镜片B,C-正光焦镜片C;D-像面,1套筒,2-密封圈B,3-伸缩环,4-锁紧钉,5-外罩,6-后镜筒,7-密封圈A,8-前压圈,9-限位钉,10-前镜筒,11-弹片,12-BC隔圈,13-后压圈。
具体实施方式
如图1~2所示,一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统,所述光学系统包括沿光线入射方依次设的正光焦镜片A、负光焦镜片B、正光焦镜片C,所述镜筒包括前镜筒、后镜筒,正光焦镜片A设置在前镜筒内并用前压圈压紧,负光焦镜片B、正光焦镜片C设置在后镜筒内,所述镜筒外套设有套筒,套筒外套设有外罩,主镜筒后部设置有后压圈,套筒与外罩螺纹连接,外罩上穿设有对套筒进行锁紧的锁紧钉,套筒周侧设置有限位槽,限位槽内设置有限位钉,限位钉固定在外罩上,前镜筒与套筒滑动配合,前镜筒外周设置有外凸缘,外凸缘前侧面与套筒之间设置有伸缩环,外凸缘后侧与后镜筒之间设置有弹片,后镜筒外周侧与套筒螺纹连接,伸缩环的膨胀系数大于弹片的膨胀系数。
在本实施例中,外罩与探测器螺纹连接。
在本实施例中,伸缩环由塑料制成,弹片由金属制成,伸缩环的膨胀系数大,弹片的膨胀系数小,弹片优选弹簧,但不局限于此。
在本实施例中,所述正光焦镜片A和负光焦镜片B之间的空气间隔是0.72mm,所述负光焦镜片B和正光焦镜片C之间的空气间隔是12.14mm。
在本实施例中,所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设置有隔圈。
在本实施例中,所述前镜筒转套筒之间设置有密封圈A,套筒与外罩之间设置有密封圈B。
在本实施例中,所述套筒内设置有台阶面,前镜筒的一端经伸缩环顶在套筒的台阶面。
在本实施例中,利用限位钉控制套筒与外罩在一定范围进行相对位移调整后截距,使镜头更加匹配不同探测器,大大增大了镜头的实用性,利用锁紧钉可使套筒在与外罩发生相对位移来调整后截距时,任意距离保持相对位置,不发生转动变化,大大提高镜头的适用性。
一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头的调焦方法,旋松锁紧钉,转动套筒,旋转套筒经伸缩环与前镜筒外周的外凸缘相互作用,带动镜筒前后移动,与外罩发生相对位移,实现后截距的变化;当环境温度升高时,由于正光焦镜片A、负光焦镜片B以及正光焦镜片C同时发生膨胀导致原先的焦面向前发生偏移导致模糊,此时伸缩环膨胀推动前镜筒压缩弹片使正光焦镜片A与负光焦镜片B的空气距变小,弥补原先向前偏移的焦面,使其恢复到常温状态下清晰画面。
在本实施例中,该镜头实现的技术指标如下:
工作波段:8μm-12μm;
焦距:f′=20mm;
探测器:长波红外非制冷型640×512,17μm;
视场角:30.4°×24.5°;
相对孔径D/ f′:1/1.0;
光学体积:∅44mm×29.5mm(直径×长度)。
各镜片参数:
在本实施例中,S1的间距是指S1与S2表面之间的中心距离,其他以此类推。
非球面具体面型方程如下:
Z=cr^2/(1+√[1-(1+k)c^2r^2)]+A0r^2+A1r^4+A2r^6+A3r^8+A4r^10
其中S2:c=1/R,R=32.014,k=0,A0=0,A1=-1.425E-005,A2=-3.431E-0.08,A3=2.2146E-010,A4=-1.5022E-012。
本镜头具有紧凑型无热化结构设计、手动可调焦距式、高透过率以及大靶面等特点;在结构和光学设计中,合理分配光焦度,实现温度自适应的机、光混合无热化特点,可以与长波红外非制冷型640x512,17μm探测器适配,执行实况记录和安防监控任务;手动可调焦式更为日常执行安防任务提高无尽的方便。
本镜头克服手动调节后截距难、温度对红外镜头的影响以及市场上大多数的探测器靶面大等特点,在f20mm无热化镜头的光机结构设计过程中,合理分配光焦度,在不同温度下光学材料发生热胀冷缩,使得镜片曲率发生变化像面漂移,光学、机械混合式被动式无热化利用光学机械材料热特性之间的差异,通过不同特性材料的组合来消除温度的影响,在较大范围内保持像质稳定,实现温度自适应的无热化,使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量;采用套筒一体化设计,实现了结构极其轻巧,安装简单方便,大大降低了成本。
本镜头可以与大靶面探测器相匹配,实用性更强,适用性更宽;结构简单,体积小,适合小型化的非制冷红外光学系统使用;具有高的成像分辨率、高穿透性,能够捕捉细小温度变化的物体;构紧凑,制作成本低廉,适宜规模化生产;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;本合理分配光机焦度实现温度大范围的无热化;双镜筒带密封圈设计具有良好的密封性能;在镜头结构设计中可以进行刚度计算,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;保证镜头的密封性能。
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 (6)
1.一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,其特征在于:包括镜筒、设置在镜筒内的光学系统,所述光学系统包括沿光线入射方依次设的正光焦镜片A、负光焦镜片B、正光焦镜片C,所述镜筒包括前镜筒、后镜筒,正光焦镜片A设置在前镜筒内并用前压圈压紧,负光焦镜片B、正光焦镜片C设置在后镜筒内,所述镜筒外套设有套筒,套筒外套设有外罩,主镜筒后部设置有后压圈,套筒与外罩螺纹连接,外罩上穿设有对套筒进行锁紧的锁紧钉,套筒周侧设置有限位槽,限位槽内设置有限位钉,限位钉固定在外罩上,前镜筒与套筒滑动配合,前镜筒外周设置有外凸缘,外凸缘前侧面与套筒之间设置有伸缩环,外凸缘后侧与后镜筒之间设置有弹片,后镜筒外周侧与套筒螺纹连接,伸缩环的膨胀系数大于弹片的膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,其特征在于:所述正光焦镜片A和负光焦镜片B之间的空气间隔是0.72mm,所述负光焦镜片B和正光焦镜片C之间的空气间隔是12.14mm。
3.根据权利要求1所述的f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,其特征在于:所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设置有隔圈。
4.根据权利要求1所述的f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,其特征在于:所述前镜筒转套筒之间设置有密封圈A,套筒与外罩之间设置有密封圈B。
5.根据权利要求1所述的f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头,其特征在于:所述套筒内设置有台阶面,前镜筒的一端经伸缩环顶在套筒的台阶面。
6.一种f20mm机械被动无热化长波红外定焦镜头的调焦方法,采用如权利要求1所述的f20mm机械被动长波红外定焦镜头,其特征在于:旋松锁紧钉,转动套筒,旋转套筒经伸缩环与前镜筒外周的外凸缘相互作用,带动镜筒前后移动,与外罩发生相对位移,实现后截距的变化;当环境温度升高时,由于正光焦镜片A、负光焦镜片B以及正光焦镜片C同时发生膨胀导致原先的焦面向前发生偏移导致模糊,此时伸缩环膨胀推动前镜筒压缩弹片使正光焦镜片A与负光焦镜片B的空气距变小,弥补原先向前偏移的焦面,使其恢复到常温状态下清晰画面。
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