CN107526154A - 便携式广角光学无热化长波红外镜头 - Google Patents

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刘涛
仇力
郑勇强
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Abstract

本发明涉及一种便携式广角光学无热化长波红外镜头，镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜，所述第一月凹透镜至少有一面为非球面，所述第二月凹透镜至少有一面为非球面，且第二月凹透镜的凹面朝光线入射方向，所述月凸透镜至少有一面为非球面，且月凸透镜的凸面朝光线入射方向。该镜头结构简单，实现了在中长波范围都能清晰成像，降低了制作难度。

Description

便携式广角光学无热化长波红外镜头
技术领域
本发明涉及一种便携式广角光学无热化长波红外镜头。
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。
从光学原理可知，焦距越短，视角越大，因此而造成的变形也越大，离中心越远，变形越强烈。为了达到79度以上的大视角，广角镜头的设计者不得不作出牺牲，即允许这种变形（桶形畸变）的合理存在，这种特性有其适用场合，但对于工业测量和摄影记录等需要保真的应用是十分不利的。
设计广角镜头光学系统所面临的问题是像差难以消除，畸变大，传统的设计结构复杂、镜片数量多，重量较大，不适合用于便携系统，有必要进行新的设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式广角光学无热化长波红外镜头，结构简单，实现了在中长波范围都能清晰成像，降低了制作难度。
本发明的技术方案在于：一种便携式广角光学无热化长波红外镜头，镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜，所述第一月凹透镜至少有一面为非球面，所述第二月凹透镜至少有一面为非球面，且第二月凹透镜的凹面朝光线入射方向，所述月凸透镜至少有一面为非球面，且月凸透镜的凸面朝光线入射方向。
进一步地，所述第一月凹透镜和双凸透镜之间的空气间隔为14mm；所述双凸透镜和第二月凹透镜之间的空气间隔为3mm；所述第二月凹透镜和月凸透镜之间的空气间隔为7mm。
进一步地，镜头还包括主镜筒，所述第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜自前向后依次设置于主镜筒内。
进一步地，所述第一月凹透镜与双凸透镜之间设置有第一隔圈，所述双凸透镜与第二月凹透镜之间设置有第二隔圈，所述第二月凹透镜与月凸透镜之间设置有第三隔圈，所述主镜筒的前端螺接有用于与第一月凹透镜的前端周部相抵接的前压圈。
进一步地，所述主镜内位于第一月凹透镜和第一隔圈所在区段的壁厚为0.8mm。
进一步地，所述主镜筒后端部的圆周面上设置有环状限位结构，主镜筒上环状限位结构的后侧设置有用于与探测器相连接的外螺纹。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：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、大相对孔径等优点；镜片采用非球面设计，矫正球差和减少畸变的同时减少了镜片数量；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；结构设计上，镜片之间的空气间隔只受相应隔圈影响，大大降低了制作难度和尺寸对光学系统的影响，并且整体只有5个机械件，通过最小壁厚设计使镜头实现重量最轻。
附图说明
图1为本发明的光学系统的结构示意图；
图2为本发明的镜头的结构示意图；
图中：A-第一月凹透镜；B-双凸透镜；C-第二月凹透镜C；D-月凸透镜；1-主镜筒；2-前压圈；3- AB隔圈；4-BC隔圈；5-CD隔圈；6-环形凸部；7-抵接部；8-环状限位结构；9-外螺纹。
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，但本发明并不限于此。
参考图1和图2
一种便携式广角光学无热化长波红外镜头，镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜，所述第一月凹透镜至少有一面为非球面，所述第二月凹透镜至少有一面为非球面，且第二月凹透镜的凹面朝光线入射方向，所述月凸透镜至少有一面为非球面，且月凸透镜的凸面朝光线入射方向。
本实施例中，所述镜头中四个镜片光学材料不同，在不同温度下，镜片的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。
本实施例中，所述第一月凹透镜和双凸透镜之间的空气间隔为14mm；所述双凸透镜和第二月凹透镜之间的空气间隔为3mm；所述第二月凹透镜和月凸透镜之间的空气间隔为7mm。
本实施例中，镜头还包括主镜筒1，所述第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜自前向后依次设置于主镜筒内，所述主镜筒的内圈直径沿光线入射方向呈阶梯状逐渐缩小，且主镜筒的后端设置有环形凸部6，所述环形凸部内设置有用于安装月凸透镜的腔室并具有用于抵接月凸透镜后端周部的抵接部7，从而通过抵接部保证月凸透镜的定位。
本实施例中，所述第一月凹透镜与双凸透镜之间设置有第一隔圈3，所述双凸透镜与第二月凹透镜之间设置有第二隔圈4，所述第二月凹透镜与月凸透镜之间设置有第三隔圈5，所述主镜筒的前端螺接有用于与第一月凹透镜的前端周部相抵接的前压圈2，从而保证各个镜片之间的间距。
本实施例中，所述主镜内位于第一月凹透镜和第一隔圈所在区段的壁厚为0.8mm。
本实施例中，所述主镜筒后端部的圆周面上设置有环状限位结构8，用于保证法兰后焦。主镜筒上环状限位结构的后侧设置有用于与探测器相连接的外螺纹9。
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，焦平面发生偏移；
（2）不同材料的镜片A、B、C、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。
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′=7.5mm；
2）相对孔径F：1.0；
3）视场角：2w≥79°；
4）分辨率：可与640×512 17μm探测器摄像机适配；
5）光路总长∑≤45mm，光学后截距l′≥8.5mm；
6）适用谱线范围：8μm~12μm。
在本发明实施例中，各镜片参数如下：
该镜头结构小而轻便，总重量只有40g，运用于便携式红外热成像仪等对重量有特别要求的仪器有着很大的优势；测试视场角达79°，视野更大更有助于搜索目标，同时畸变小于16%，减少了失真，有助于提高信息判断的准确性；运用温折变不同的光学材料，光学系统自适应温度变化，解决镜片在不同温度条件下引起的焦平面偏移问题，准确清晰地捕获不同温度条件下测试物体的能量分布。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的便携式广角光学无热化长波红外镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种便携式广角光学无热化长波红外镜头，其特征在于，镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置的第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜，所述第一月凹透镜至少有一面为非球面，所述第二月凹透镜至少有一面为非球面，且第二月凹透镜的凹面朝光线入射方向，所述月凸透镜至少有一面为非球面，且月凸透镜的凸面朝光线入射方向。
2.根据权利要求1所述的便携式广角光学无热化长波红外镜头，其特征在于，所述第一月凹透镜和双凸透镜之间的空气间隔为14mm；所述双凸透镜和第二月凹透镜之间的空气间隔为3mm；所述第二月凹透镜和月凸透镜之间的空气间隔为7mm。
3.根据权利要求1或2所述的便携式广角光学无热化长波红外镜头，其特征在于，镜头还包括主镜筒，所述第一月凹透镜、双凸透镜、第二月凹透镜和月凸透镜自前向后依次设置于主镜筒内。
4.根据权利要求3所述的便携式广角光学无热化长波红外镜头，其特征在于，所述第一月凹透镜与双凸透镜之间设置有第一隔圈，所述双凸透镜与第二月凹透镜之间设置有第二隔圈，所述第二月凹透镜与月凸透镜之间设置有第三隔圈，所述主镜筒的前端螺接有用于与第一月凹透镜的前端周部相抵接的前压圈。
5.根据权利要求4所述的便携式广角光学无热化长波红外镜头，其特征在于，所述主镜内位于第一月凹透镜和第一隔圈所在区段的壁厚为0.8mm。
6.根据权利要求3所述的便携式广角光学无热化长波红外镜头，其特征在于，所述主镜筒后端部的圆周面上设置有环状限位结构，主镜筒上环状限位结构的后侧设置有用于与探测器相连接的外螺纹。
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