CN106646813A - 精准电动调焦式非制冷长波红外镜头及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头及其制作方法，包括机械组件和光学系统，所述机械组件包括主镜座和调焦镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的具有正光焦度的前固定组镜片和调焦组镜片，所述前固定组镜片和调焦组镜片均为凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，前固定组镜片设置在主镜座内，调焦组镜片设置在调焦镜筒内。本装置具有探测距离远，IP67防水防尘、低畸变、耐振动和冲击等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头及其制作方法。
背景技术
随着科学技术的迅猛发展、非制冷探测器技术的不断发展和日益成熟，因长波红外非制冷光学系统有许多优良特点，如被图像直观，易于观察；精度高等，在军事和民用领域均得到了广发应用。近年来，随着红外光学技术的长远发展及其应用范围的不断扩展，对红外光学系统的需求日益增强。红外电动调焦光学系统在能够连续调焦，在改变视场的同时，像面能够保持稳定清晰，不会产生像面飘逸。
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精准电动调焦式非制冷长波红外镜头及其制作方法，具有探测距离远，IP67防水防尘、低畸变、耐振动和冲击等优点。
为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，包括机械组件和光学系统，所述机械组件包括主镜座和调焦镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的具有正光焦度的前固定组镜片和调焦组镜片，所述前固定组镜片和调焦组镜片均为凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，前固定组镜片设置在主镜座内，调焦组镜片设置在调焦镜筒内。
进一步的，所述前固定组镜片与调焦组镜片之间的空气距是102.33mm。
进一步的，所述调焦镜筒包括螺接在主镜座外侧壁后端部的外镜筒、套设在主镜座内后端的用于安装调焦组镜片的内镜筒，所述主镜座外侧壁后端设置有调焦电机，所述外镜筒外侧壁设置有调焦齿轮，所述调焦电机的输出端设置有与调焦齿轮相啮合的驱动齿轮，所述外镜筒通过一调焦导钉驱动内镜筒沿主镜座轴向移动。
进一步的，所述主镜座外侧壁后端部还分别设置有布置在外镜筒两端的微动限位行程开关。
进一步的，所述主镜座内设置有固定前固定组镜片的前组压圈，所述内镜筒内设置有固定调焦镜组的后组压圈。
进一步的，所述主镜座前端还设置有前镜盖。
为了解决上述技术问题，本发明的另一种技术方案是：一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头的制作方法，按以下步骤进行：在主镜座后端安装调焦镜筒，然后在主镜座内安装前固定组镜片，在调焦镜筒内安装调焦组镜片，前固定组镜片和调焦组镜片均为凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，前固定组镜片与调焦组镜片之间的空气距是102.33mm。
进一步的，所述调焦镜筒包括螺接在主镜座外侧壁后端部的外镜筒、套设在主镜座内后端的用于安装调焦组镜片的内镜筒，所述主镜座外侧壁后端设置有调焦电机，所述外镜筒外侧壁设置有调焦齿轮，所述调焦电机的输出端设置有与调焦齿轮相啮合的驱动齿轮，所述外镜筒通过一调焦导钉驱动内镜筒沿主镜座轴向移动。
进一步的，所述主镜座外侧壁后端部还分别设置有布置在外镜筒两端的微动限位行程开关。
进一步的，所述主镜座内设置有固定前固定组镜片的前组压圈，所述内镜筒内设置有固定调焦镜组的后组压圈。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）在光学设计时，在光学系统中，合理分配各组的光焦度，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；
（2）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；
（3）在光学设计中，通过对凸轮曲线的优化设计，有效地控制了调焦过程中的光轴漂移，在全焦距段范围内成像质量优良；
（4）在保证结紧凑的前提下，采取一系列措施，提高了镜头耐振动、冲击的能力；
（5）在温度效应设计方面，工作温度设定是-40℃~+80℃, 主镜座采用与前固定组镜片玻璃材料相近的合金钢，以保证镜座在工作温度环境下不受材料热胀冷缩的应力影响。
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为本发明实施例的构造示意主视图。
图3为本发明实施例的构造示意侧视图。
图4为本发明实施例的立体图。
图中：1-前固定组镜片，2-调焦组镜片，3-主镜座，31-前组压圈，32-前镜盖，4-外镜筒，41-调焦齿轮，42-调焦导钉，5-内镜筒，51-后组压圈，6-调焦电机，61-驱动齿轮，7-行程开关。
具体实施方式
实施例一：如图1~4所示，一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，包括机械组件和光学系统，所述机械组件包括主镜座3和调焦镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的具有正光焦度的前固定组镜片1和调焦组镜片2，所述前固定组镜片1和调焦组镜片2均为凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，前固定组镜片设置在主镜座3内，调焦组镜片设置在调焦镜筒内。
本实施例中，所述前固定组镜片与调焦组镜片之间的空气距是102.33mm。
本实施例中，所述调焦镜筒包括螺接在主镜座外侧壁后端部的外镜筒4、套设在主镜座内后端的用于安装调焦组镜片的内镜筒5，所述主镜座外侧壁后端设置有调焦电机6，所述外镜筒外侧壁设置有调焦齿轮41，所述调焦电机的输出端设置有与调焦齿轮相啮合的驱动齿轮61，所述外镜筒通过一调焦导钉42驱动内镜筒沿主镜座轴向移动。该调焦导钉穿过主镜座侧壁连接内、外镜筒，主镜座侧壁上开设有让调焦导钉移动的行程槽。
本实施例中，所述主镜座外侧壁后端部还分别设置有布置在外镜筒两端的微动限位行程开关7。
本实施例中，所述主镜座内设置有固定前固定组镜片的前组压圈31，所述内镜筒内设置有固定调焦镜组的后组压圈51。
本实施例中，所述主镜座前端还设置有前镜盖32。
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′:100mm；
2)相对孔径F：1.0；
3)视场角：6.2°x4.98°；
4)分辨率：可与640×512 17μm探测器摄像机适配；
5)光路总长∑≤131mm，光学后截距l′≥14.65mm；
6)适用谱线范围：8μm~12μm。
以下表一列出各镜片的参数：
表一
| 表面 | 曲率半径（mm） | 间距（mm） | 玻璃材料 | 备注 | 折射率 |
| S1 | 98.37 | 8.37 | 锗 | 前固定组镜片 | 4.004 |
| S2 | 136.25 | 102.33 | 锗 | 4.004 | |
| S3 | 非球面 | 4.06 | 锗 | 调焦组镜片 | 4.004 |
| S4 | 28.92 | 14.67 | 锗 | 4.004 |
其中，S1为前固定组镜片1朝向入射光线的一面，S2为前固定组镜片1背向入射光线的一面；同样，S3、S4调焦组镜片2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。
非球面具体面型方程如下：
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R=-81.192；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 | -1.448391E-006 | -3.0213821E-010 | -2.739455E-012 | -5.2525635E-015 |
使用时，焦距定死，通过调焦电机微调调焦组镜片使图像清晰。
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 (10)
1.一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，其特征在于：包括机械组件和光学系统，所述机械组件包括主镜座和调焦镜筒，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的具有正光焦度的前固定组镜片和调焦组镜片，所述前固定组镜片和调焦组镜片均为凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，前固定组镜片设置在主镜座内，调焦组镜片设置在调焦镜筒内。
2.根据权利要求1所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，其特征在于：所述前固定组镜片与调焦组镜片之间的空气距是102.33mm。
3.根据权利要求1或2所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，其特征在于：所述调焦镜筒包括螺接在主镜座外侧壁后端部的外镜筒、套设在主镜座内后端的用于安装调焦组镜片的内镜筒，所述主镜座外侧壁后端设置有调焦电机，所述外镜筒外侧壁设置有调焦齿轮，所述调焦电机的输出端设置有与调焦齿轮相啮合的驱动齿轮，所述外镜筒通过一调焦导钉驱动内镜筒沿主镜座轴向移动。
4.根据权利要求3所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，其特征在于：所述主镜座外侧壁后端部还分别设置有布置在外镜筒两端的微动限位行程开关。
5.根据权利要求3所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，其特征在于：所述主镜座内设置有固定前固定组镜片的前组压圈，所述内镜筒内设置有固定调焦镜组的后组压圈。
6.根据权利要求5所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头，其特征在于：所述主镜座前端还设置有前镜盖。
7.一种精准电动调焦式非制冷长波红外镜头的制作方法，其特征在于，按以下步骤进行：在主镜座后端安装调焦镜筒，然后在主镜座内安装前固定组镜片，在调焦镜筒内安装调焦组镜片，前固定组镜片和调焦组镜片均为凸面朝向物方的弯月形锗正透镜，前固定组镜片与调焦组镜片之间的空气距是102.33mm。
8.根据权利要求7所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头的制作方法，其特征在于：所述调焦镜筒包括螺接在主镜座外侧壁后端部的外镜筒、套设在主镜座内后端的用于安装调焦组镜片的内镜筒，所述主镜座外侧壁后端设置有调焦电机，所述外镜筒外侧壁设置有调焦齿轮，所述调焦电机的输出端设置有与调焦齿轮相啮合的驱动齿轮，所述外镜筒通过一调焦导钉驱动内镜筒沿主镜座轴向移动。
9.根据权利要求8所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头的制作方法，其特征在于：所述主镜座外侧壁后端部还分别设置有布置在外镜筒两端的微动限位行程开关。
10.根据权利要求8所述的精准电动调焦式非制冷长波红外镜头的制作方法，其特征在于：所述主镜座内设置有固定前固定组镜片的前组压圈，所述内镜筒内设置有固定调焦镜组的后组压圈。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170510 |