CN107608061B - 一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C、二次成像面D、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F、光阑G、像面H，结构尺寸小巧，通过机电调焦实现无热化的镜头，稳定性高，受环境因素影响小，仅使用两种光学材料，大大降低了生产加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头。
背景技术
光学镜头的工作环境不是一层不变的，随环境温度变化时光学元件的曲率、厚度、间隔和折射率将发生变化，同时光学元件的光焦度将发生变化，同时机械结构由于温度变化也会产生热胀冷缩，最终使光学系统将产生像差和热离焦，影响成像质量。
为了使光学镜头能够在复杂的环境温度下正常使用，需要对光学系统进行无热化处理，常用红外消热差方法包括光学无热化、机械无热化以及光学机械结合无热化。但以上方法主要依靠光学元件光热膨胀特性和机械元件的热膨胀性质补偿热离焦，对元件自身性质的依赖性大，对环境温度的突变适应性差，光学镜头成本高，稳定性差。
大部分光学镜头采用一次成像的光学结构，其口径大，外形尺寸大，不但增加了镜头整体重量，还使机械结构的体积和重量随之增大。为了降低生产成本和提高装配速度，必须减小光学系统的外形尺寸。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构简单、镜片的装配结构紧凑的f200mm制冷型中波红外无热化镜头。
本发明的技术方案是，一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C、二次成像面D、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F、光阑G、像面H。
进一步的，所述正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F的材料均为锗；负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C的材料均为硅。
进一步的，所述正光焦度弯月透镜A与负光焦度弯月透镜B之间的空气间隔为1mm，所述负光焦度弯月透镜B与正光焦度弯月透镜C之间的空气间隔为94mm，所述正光焦度弯月透镜C与二次成像面D之间的空气间隔为22.8mm，所述二次成像面D与负光焦度弯月透镜E之间的空气间隔为14.6mm，所述负光焦度弯月透镜E与正光焦度弯月透镜F之间的空气间隔为4.5mm，所述正光焦度弯月透镜F与光阑G之间的空气间隔为13mm，所述光阑G到像面H的距离为20mm。
进一步的，所述正光焦度弯月透镜C与负光焦度弯月透镜E之间有二次成像面D，所述正光焦度弯月透镜C与二次成像面D之间的空气间隔为22.8mm，所述二次成像面D与负光焦度弯月透镜E之间的空气间隔为14.6mm。
进一步的，所述正光焦度弯月透镜A的后表面为非球面，负光焦度弯月透镜E的前表面为非球面。
进一步的，镜头的后部设有电动调焦机构，所述电动变焦机构设置有一个精密电位器，实现焦距预置功能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）该f200mm制冷型中波红外无热化镜头的光学系统结构简单，镜片的装配结构紧凑，镜头结构长度短，体积小携带方便；（2）采用二次成像结构，缩小镜头尺寸，仅使用两种光学材料，大大降低了生产加工成本，使用机电调焦，工作稳定性高，设计科学合理，装配快捷。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为该发明实施例的光学系统示意图；
图2为该发明实施例的机械结构示意图一；
图3为该发明实施例的机械结构示意图二；
图中：
A-正光焦度弯月透镜A、B-负光焦度弯月透镜B、C-正光焦度弯月透镜C、D-二次成像面D、E-负光焦度弯月透镜E、F-正光焦度弯月透镜F、G-光阑G、H-像面H；21-A片镜座压圈，22-A片压圈，23-A片镜座，24-B片镜座，25-B片压圈，26-主镜筒，27-B片镜座压圈， 28-C片镜座，29-C片压圈，210-C片镜座压圈，211-后镜筒，212-调焦凸轮，213-E片镜座，214-调焦镜座，215-调焦导钉组件，216-EF隔圈，217-调焦凸轮压圈，218-F片压圈，219-调焦微动开关，220-调焦微动开关架，221-调焦过渡齿轮，222-调焦电机架，223-调焦电机，224-调焦电位器，225-调焦电机齿轮，226-调焦电位器齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～3所示，一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C、二次成像面D、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F、光阑G、像面H。
在本实施例中，所述正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F的材料均为锗；负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C的材料均为硅。
在本实施例中，所述正光焦度弯月透镜A与负光焦度弯月透镜B之间的空气间隔为1mm，所述负光焦度弯月透镜B与正光焦度弯月透镜C之间的空气间隔为94mm，所述正光焦度弯月透镜C与二次成像面D之间的空气间隔为22.8mm，所述二次成像面D与负光焦度弯月透镜E之间的空气间隔为14.6mm，所述负光焦度弯月透镜E与正光焦度弯月透镜F之间的空气间隔为4.5mm，所述正光焦度弯月透镜F与光阑G之间的空气间隔为13mm，所述光阑G到像面H的距离为20mm。
在本实施例中，光学系统计算光焦度分配公式和像差公式，合理分配光学系统光焦度，所述正光焦度弯月透镜C与负光焦度弯月透镜E之间有二次成像面D，所述正光焦度弯月透镜C与二次成像面D之间的空气间隔为22.8mm，所述二次成像面D与负光焦度弯月透镜E之间的空气间隔为14.6mm。
在本实施例中，所述正光焦度弯月透镜A的后表面为非球面，负光焦度弯月透镜E的前表面为非球面。
在本实施例中，镜头的后部设有电动调焦机构，所述电动变焦机构设置有一个精密电位器，实现焦距预置功能。
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）工作波段：3μm-5μm。
（2）焦距：200mm。
（3）探测器：中波红外制冷型，640×512，15μm。
（4）F/#：2.0。
（5）光学体积：225mm×103mm×103mm（长×宽×高）。
以下表格的数据，将说明本发明实施例的光学参数。
表一：光学元件参数表
其中所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次为正光焦度弯月透镜A的S1面、S2面，负光焦度弯月透镜B的S3面、S4面，正光焦度弯月透镜C的S5面、S6面，负光焦度弯月透镜E的S7面、S8面，正光焦度弯月透镜F的S9面、S1面。
表二：非球面数据
非球面表达式为：
Z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，代表非球面系数。
在非球面数据中，E-n代表“”， 例如6.87E-008代表。
在光学设计中，分析光学材料的色散性质、折射率性质和光热离焦系数等光学性质，合理选择光学材料。在光学系统中，前组采用1片非球面，有利于校正大相对孔径引入的轴上像差，第二片非球面有利于校正整个光学系统的剩余像差。计算前组光学系统的出瞳和后组光学系统的入瞳，使前组的出瞳和后组的入瞳相匹配，实现合理的二次成像。光学材料和机械材料由于温度变化产生热离焦，通过机电调焦的方式，补偿光学系统的光热离焦，使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，在-40℃～+60℃温度范围内实现温度机械无热化的特点、该光学系统高透过率、低成本、结构小巧、稳定性好。
如图2所示，一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头的机械结构包括A片镜座压圈21、A片压圈22、A片镜座23、B片镜座24、B片压圈25、主镜筒26、B片镜座压圈27、C片镜座28、C片压圈29、C片镜座压圈210、后镜筒211、调焦凸轮212、E片镜座213、调焦镜座214、调焦导钉组件215、EF隔圈216、调焦凸轮压圈217、F片压圈218、调焦微动开关219、调焦微动开关架220、调焦过渡齿轮221、调焦电机架222、调焦电机223、调焦电位器224、调焦电机齿轮225和调焦电位器齿轮226；将正光焦度弯月透镜A装入A片镜座23内，并用A片压圈22压紧；将负光焦度弯月透镜B装入B片镜座内，并用B片压圈24压紧；最后将B片镜座24装在A片镜座23内，用B片镜座压圈27压紧；将装配完整后的A片镜座23安装于主镜筒26内，用A片镜座压圈21锁紧；将正光焦度弯月透镜C安装于C片镜座28内，用C片压圈29压紧；将装配好后的C片镜座28安装于主镜筒26内，并用C片镜座压圈210锁紧；将负光焦度弯月透镜E安装于E片镜座213内；将E片镜座213以及正光焦度弯月透镜F安装于调焦镜座214内，并用F片压圈218压紧，所述的负光焦度弯月透镜E与正光焦度弯月透镜F之间设计有EF隔圈216；调焦镜座214通过与后镜筒211精密研磨，安装于后镜筒211内；将调焦凸轮212安装于后镜筒211内，并用调焦凸轮压圈217压紧；所述的后镜筒211上开设有调焦直槽，所述的调焦凸轮212、调焦镜座214通过调焦导钉组件215连接成一体；所述的后镜筒211通过螺钉连接于主镜筒26上；所述的调焦微动开关219安装在调焦微动开关架220上，所述的调焦微动开关架220安装于后镜筒211上；所述的调焦过渡齿轮221、调焦电机223、调焦电位器224、调焦电机齿轮225、调焦电位器齿轮226都安装在调焦电机架222上；所述的调焦电机架222安装于后镜筒211上；当调焦电机作正负旋转运动时，通过电机齿轮225带动调焦过渡齿轮221旋转，而调焦过渡齿轮221旋转又带动调焦凸轮212旋转；调焦凸轮212上开设有直槽，通过直槽的限制，调焦导钉组件215的带动，调焦凸轮212的旋转运动转化为调焦镜座214的直线运动。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种f200mm制冷型中波红外无热化镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C、二次成像面D、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F、光阑G、像面H；所述正光焦度弯月透镜A、负光焦度弯月透镜E、正光焦度弯月透镜F的材料均为锗；负光焦度弯月透镜B、正光焦度弯月透镜C的材料均为硅；所述正光焦度弯月透镜A与负光焦度弯月透镜B之间的空气间隔为1mm，所述负光焦度弯月透镜B与正光焦度弯月透镜C之间的空气间隔为94mm，所述正光焦度弯月透镜C与二次成像面D之间的空气间隔为22.8mm，所述二次成像面D与负光焦度弯月透镜E之间的空气间隔为14.6mm，所述负光焦度弯月透镜E与正光焦度弯月透镜F之间的空气间隔为4.5mm，所述正光焦度弯月透镜F与光阑G之间的空气间隔为13mm，所述光阑G到像面H的距离为20mm；所述正光焦度弯月透镜C与负光焦度弯月透镜E之间有二次成像面D，所述正光焦度弯月透镜C与二次成像面D之间的空气间隔为22.8mm，所述二次成像面D与负光焦度弯月透镜E之间的空气间隔为14.6mm；所述正光焦度弯月透镜A的后表面为非球面，负光焦度弯月透镜E的前表面为非球面。
2.根据权利要求1所述的f200mm制冷型中波红外无热化镜头，其特征在于：镜头的后部设有电动调焦机构，所述电动调焦机构设置有一个精密电位器，实现焦距预置功能。
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