CN106443988B - 机载轻量型50mm长波红外定焦镜头 - Google Patents

机载轻量型50mm长波红外定焦镜头 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，包括机械系统和光学系统，所述机械系统包括镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置镜筒内的第一正弯月透镜、负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜和负弯月透镜之间的空气间隔是35.2mm，所述负弯月透镜和第二正弯月透镜之间的空气间隔是3.9mm。本装置不仅能满足空载平台的搭载要求，同时还具有大通光量、高清晰度、大靶面、结构轻巧紧凑等特点。

Description

机载轻量型50mm长波红外定焦镜头
技术领域
本发明涉及一种机载轻量型50mm长波红外定焦镜头。
背景技术
随着红外光学技术的发展，红外光学镜头的使用范围越来越广。机载红外相机因其覆盖范围大，分辨率高等突出优点已成为人员搜救，灾情勘测，目标定位以及城市巡逻的重要设备。不仅可以在短时间内同时发现多个目标，向各级指挥人员提供实时的数字图像信息，而且还可以对目标进行跟踪识别，在现代的人员搜救，灾情勘测和城市安全中发挥着越来越大的作用。
由于无人机等空载平台在使用红外镜头时，需要飞行到一个较高的高度，以获得较宽阔的视野。同时，由于空载平台空间及载重能力的限制，对红外镜头的体积、重量提出了严格的要求。而现有的机载红外镜头为满足空载平台的搭载要求，普遍存在焦距较短、通光量小、清晰度低、靶面小等缺点，严重影响了系统的探测能力。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，不仅能满足空载平台的搭载要求，同时还具有大通光量、高清晰度、大靶面、结构轻巧紧凑等特点。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，包括机械系统和光学系统，所述机械系统包括镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置镜筒内的第一正弯月透镜、负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜和负弯月透镜之间的空气间隔是35.2mm，所述负弯月透镜和第二正弯月透镜之间的空气间隔是3.9mm。
进一步的，所述的第一正弯月透镜、负弯月透镜和第二正弯月透镜均采用同一种长波红外单晶材料锗制作。
进一步的，所述第一正弯月透镜的后端面为非球面。
进一步的，所述非球面满足下列表达式：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；C=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
进一步的，所述机械系统中大部分零件采用镁合金制作，以使其质量低于200g；第二正弯月透镜设计成可调焦。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）在光学设计中，选择合适的光学结构，使得镜头结构简单紧凑，光学总长仅有60mm；（2）在光学设计中，合理分配了各镜片光焦度，通过调整各镜片的曲率半径，在保证光学系统像质优良同时，降低了镜片的加工难度与成本，减轻了镜片重量；（3）该镜头能与长波红外非制冷型640×512 17um大靶面探测器匹配，成像清晰度高；（4）总重小于200g。
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为本发明实施例中光学系统的构造示意图。
图2为本发明实施例中机械系统的构造示意主视图。
图3为本发明实施例中机械系统的构造示意侧视图。
图中：1-第一正弯月透镜，2-负弯月透镜，3-第二正弯月透镜，4-靶面，5-机械系统，51-镜筒，52-调焦电机，53-调焦齿轮，54-立柱，55-相机法兰。
具体实施方式
实施例一：如图1~3所示，一种机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，包括机械系统5和光学系统1，所述机械系统包括镜筒51，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置镜筒内的第一正弯月透镜1、负弯月透镜2及第二正弯月透镜3，镜筒后端设置有接收光学信号的靶面4，所述第一正弯月透镜和负弯月透镜之间的空气间隔是35.2mm，所述负弯月透镜和第二正弯月透镜之间的空气间隔是3.9mm。
第一正弯月透镜1、负弯月透镜2及第二正弯月透镜3的各参数如表一：
表一、光学元件参数表
其中，S1为第一正弯月透镜朝向入射光线的一面，S2为第一正弯月透镜背向入射光线的一面；同样，S3、S4负弯月透镜2前后两个面；S5、S6为第二正弯月透镜3的前后两个面；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的间距是指S1与S2表面之间的中心间距，其它依此类推。
本实施例中，所述的第一正弯月透镜、负弯月透镜和第二正弯月透镜均采用同一种长波红外单晶材料锗制作。
本实施例中，所述第一正弯月透镜的后端面为非球面。
本实施例中，所述非球面满足下列表达式：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；C=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。相关参数如表二所示：
表二、非球面数据
非球面 K A B C D
S2 0 -8.346E-006 1.705E-007 -2.565E-009 1.240E-011
本实施例中，如图2-3所示，所述机械系统中大部分零件采用镁合金制作，立柱、齿轮、轴使用了铝合金材料制成，以使其质量低于200g；第二正弯月透镜设计成可调焦，镜筒上设置有调焦电机52，该调焦电机的通过设置在镜筒上的调焦齿轮53驱动第二正弯月透镜进行调焦，所示镜筒侧壁上均布有四根法兰安装立柱，用来固定相机法兰55。
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′=50mm；
（3）探测器：长波红外非制冷型640×512，17μm；
（4）视场角：12.4°（H）×9.9°（V）；
（5）相对孔径D/ f′：1/1.0；
（6）光路总长60mm；
（7）总重小于200g。
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 (3)

1.一种机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，其特征在于：包括机械系统和光学系统，所述机械系统包括镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置镜筒内的第一正弯月透镜、负弯月透镜及第二正弯月透镜，所述第一正弯月透镜和负弯月透镜之间的空气间隔是35.2mm，所述负弯月透镜和第二正弯月透镜之间的空气间隔是3.9mm；第一正弯月透镜朝向入射光线的一面的曲率半径大于65mm且小于67mm，第一正弯月透镜背向入射光线的一面的曲率半径大于80mm且小于85mm，负弯月透镜朝向入射光线的一面的曲率半径大于50mm且小于52mm，负弯月透镜背向入射光线的一面的曲率半径大于31mm且小于34mm，第二正弯月透镜朝向入射光线的一面的曲率半径大于40mm且小于42mm，第二正弯月透镜背向入射光线的一面的曲率半径大于85mm且小于87mm；
第一正弯月透镜中心厚度为 4.5mm ，负弯月透镜中心厚度为 2.5mm ，所述的第一正 弯月透镜、负弯月透镜和第二正弯月透镜均采用同一种长波红外单晶材料锗制作 。
2.根据权利要求1所述的机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，其特征在于：所述第一正弯月透镜的后端面为非球面。
3.根据权利要求2所述的机载轻量型50mm长波红外定焦镜头，其特征在于：所述非球面满足下列表达式：
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c=1/R，R表示镜面的近轴曲率半径；K为圆锥系数；A、B、C、D为高次非球面系数。
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