CN114236783B - 一种焦距75mm的消热差红外镜头及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种焦距75mm的消热差红外镜头及其装配方法。所述镜头包括镜筒、第一正透镜、负透镜及第二正透镜，所述第一正透镜、负透镜以及第二正透镜在镜筒内沿光线传输方向从左到右依次设置；所述第一正透镜和所述负透镜之间的距离为21.79mm，所述负透镜和所述第二正透镜之间的距离为22.91mm；所述第一正透镜和第二正透镜的材质为硫系玻璃，所述负透镜的材质为硒化锌。本发明中的消热差红外镜头应用了光学被动式补偿技术，使得镜头能在复杂的工作环境中，保持成像的一致性。通过光焦度、透镜材料与透镜之间间距的配合，仅采用三片式透镜结构，即可达到良好的光学被动消热差效果，在8‑12微米波段、‑40℃至60℃的温度范围内，均具有良好的成像效果。
Description
技术领域
本发明属于光学镜头技术领域，涉及一种焦距75mm的消热差红外镜头及其装配方法。
背景技术
随着科学技术的发展，红外成像技术已广泛应用在国防、工业、医疗等领域。红外探测具有一定的穿透烟、雾、霾、雪等能力以及识别伪装的能力，不受战场强光、闪光干扰而致盲，可以实现远距离，全天候观察，尤其适用于夜间及不良气象条件下的目标探测。
但是，在红外成像的应用中，外界环境的温度会对镜头材料的折射率造成影响，也会对镜筒材料造成热胀冷缩，致使光焦度变化和最佳像面发生偏移，图像模糊不清，对比度下降，光学成像质量下降，最终影响镜头的成像性能。
发明内容
为解决现有技术中上述问题，本发明提出了一种消热差红外镜头及其装配方法。具体技术方案如下。
提供一种焦距75mm的消热差红外镜头，包括镜筒、第一正透镜、负透镜及第二正透镜，所述第一正透镜、负透镜以及第二正透镜在镜筒内沿光线传输方向从左到右依次设置；所述第一正透镜和所述负透镜之间的距离为21.79mm，所述负透镜和所述第二正透镜之间的距离为22.91mm；所述第一正透镜和第二正透镜的材质为硫系玻璃，所述负透镜的材质为硒化锌。
优选的，所述第一正透镜的中心厚度为10mm，所述负透镜的中心厚度为4mm，所述第二正透镜的中心厚度为7.5mm。
优选的，所述第一正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为70.19mm，光线出射侧拟合曲率半径为165.22mm。
优选的，所述负透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为70.19mm，光线出射侧拟合曲率半径为30.1mm。
优选的，所述第二正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为66.36mm，光线出射侧拟合曲率半径为391.39mm。
优选的，在所述第一正透镜的光线入射侧，镜筒的内周面设置有第一压圈，第一正透镜与镜筒的内周面之间设置有O型圈；在所述负透镜的光线入射侧，负透镜与镜筒的内周面之间设置有第二压圈；所述负透镜和所述第二正透镜之间设置有隔圈。
优选的，所述第一压圈、第二压圈、隔圈的材质为铝合金。
优选的，O型圈的材质为氟橡胶。
优选的，所述第一正透镜光线射出侧为非球面，负透镜光线射入侧为非球面，第二正透镜光线射出侧为非球面。上述三个非球面均满足下列表达式：
式中：
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为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；
A、B、C、D、E为高次非球面系数。
本发明的另一目的在于，提供一种焦距75mm的消热差红外镜头的装配方法，包括步骤：
(1)在所述镜筒内将第二正透镜、负透镜和第一正透镜按顺序从镜筒前段组入；
(2)在所述第一正透镜光线入射侧，镜筒的内周面上设置第一压圈，通过第一压圈固定第一正透镜，所述镜筒与第一压圈之间通过螺纹进行固定；
(3)在所述负透镜光线入射侧，镜筒的内周面上设置第二压圈，通过第二压圈固定负透镜，所述镜筒与第二压圈之间通过螺纹进行固定。
本发明提供的焦距75mm的消热差红外镜头应用了光学被动式补偿技术，使得镜头能在复杂的工作环境中，保持成像的一致性。通过光焦度、透镜材料与透镜之间间距的配合，仅采用三片式透镜结构，即可达到良好的光学被动消热差效果，在8-12微米波段、-40℃至60℃的温度范围内，均具有良好的成像效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中75mm消热差红外镜头的镜头组成图；
图2为本发明具体实施方式中75mm消热差红外镜头的镜头剖面图；
图3为本发明具体实施方式中75mm消热差红外镜头的镜头剖面尺寸图；
图4为本发明具体实施方式中75mm消热差红外镜头在20℃工作环境的MTF图；
图5为本发明具体实施方式中75mm消热差红外镜头在-40℃工作环境的MTF图；
图6为本发明具体实施方式中75mm消热差红外镜头在60℃工作环境的MTF图。
1.镜筒，2.第一压圈，3.第一正透镜，4.第二压圈，5.负透镜，6.隔圈，7.第二正透镜，8.O型圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种焦距75mm消热差红外镜头。如图1至图3所示，消热差红外镜头包括镜筒1，在镜筒1内沿光线传输方向依次设置有第一正透镜3、负透镜5和第二正透镜7。
第一正透镜3光线射出侧S2为非球面，负透镜5光线射入侧S3为非球面，第二正透镜7光线射出侧S6为非球面。上述三个非球面均满足下列表达式：
式中：
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为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；
A、B、C、D、E为高次非球面系数。
各镜头的具体参数如表1～4所示。
表1各镜片参数
表2第一正透镜3非球面系数数据
| 二阶项 | 四阶项 | 六阶项 | 八阶项 | 十阶项 | 十二阶项 |
| 0.00000E+00 | 3.4319102e-07 | -3.9199608e-11 | 1.3853246e-14 | -1.5240948e-19 | -5.3842913E-22 |
表3负透镜5非球面系数数据
| 二阶项 | 四阶项 | 六阶项 | 八阶项 | 十阶项 | 十二阶项 |
| 0.00000E+00 | -1.535066e-06 | -8.4441557e-10 | -1.6260386e-12 | -9.5998103e-17 | -2.6077408e-18 |
表4第二正透镜透镜7非球面系数数据
| 二阶项 | 四阶项 | 六阶项 | 八阶项 | 十阶项 | 十二阶项 |
| 0.00000E+00 | -1.535066e-06 | -8.4441557e-10 | -1.6260386e-12 | -9.5998103e-17 | -2.6077408e-18 |
将本实施例中的消热差红外镜头在镜筒内进行安装固定。
如图3中所示，可在第一正透镜3的光线入射侧，镜筒1的内周面设置第一压圈2，第一正透镜3与镜筒1的内周面之间设置O型圈8；在负透镜5的光线射入侧S3，负透镜3与镜筒1的内周面设置第二压圈4；负透镜5和第二正透镜7之间设置隔圈6。本实例中的镜头系统，第一正透镜3由第一压圈1和O型圈8进行固定限位，负透镜5由第二压圈4与隔圈6进行限位，第二正透镜7由隔圈6与镜筒后端内壁进行定位，从而使得三片透镜与镜筒的相对位置保持不变。
安装时，在镜筒1内将第二正透镜7、负透镜5和第一正透镜3按顺序从镜筒前段组入；通过隔圈6限位第二正透镜7；通过第二压圈4固定负透镜5，并在镜筒1与第二压圈4之间的螺纹连接处通过螺纹进行固定；通过第一压圈2和O型圈8固定第一正透镜3，并在镜筒1与第一压圈2之间的螺纹连接处通过螺纹进行固定。
作为一种具体的实施方式，镜筒1材质为铝合金，第一压圈2、第二压圈4、隔圈6的材质为铝合金，O型圈8的材质为氟橡胶。
本实施方式中焦距75mm消热差红外镜头在20℃、-40℃、60℃工作环境的MTF图分别如图4至6所示。
综上可见，本实施例提供的由以上镜片组成的消热差红外镜头，达到了以下光学指标。
工作波段：8μm-12μm；
焦距：f′＝75mm；
分辨率：1280x1024 12u；
F数：1；
水平视场角：12.4°，竖直视场角：9.3°；
畸变：小于1％；
温度范围：-40℃至60℃。
本实施例中，镜头系统采用三片式正-负-正结构，调节系统的光焦度匹配，可有效提升镜头系统的分辨率。镜头材料采用硫系玻璃-硒化锌-硫系玻璃的材料匹配，镜头材料与光焦度的配合能够达到尽可能消除温度使光学系统像面位置变化的目的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。
Claims (6)
1.一种焦距75mm的消热差红外镜头，其特征在于，包括镜筒、第一正透镜、负透镜及第二正透镜，所述第一正透镜、负透镜以及第二正透镜在镜筒内沿光线传输方向从左到右依次设置；所述第一正透镜和所述负透镜之间的距离为21.79mm，所述负透镜和所述第二正透镜之间的距离为22.91mm；所述第一正透镜和第二正透镜的材质为硫系玻璃，所述负透镜的材质为硒化锌；所述第一正透镜的中心厚度为10mm，所述负透镜的中心厚度为4mm，所述第二正透镜的中心厚度为7.5mm；所述第一正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为70.19mm，光线出射侧拟合曲率半径为165.22mm；所述负透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为70.19mm，光线出射侧拟合曲率半径为30.1mm；所述第二正透镜沿光线传输方向的光线入射侧拟合曲率半径为66.36mm，光线出射侧拟合曲率半径为391.39mm。
2.根据权利要求1所述的焦距75mm的消热差红外镜头，其特征在于，在所述第一正透镜的光线入射侧，镜筒的内周面设置有第一压圈，第一正透镜与镜筒的内周面之间设置有O型圈；在所述负透镜的光线入射侧，负透镜与镜筒的内周面之间设置有第二压圈；所述负透镜和所述第二正透镜之间设置有隔圈。
3.根据权利要求2所述的焦距75mm的消热差红外镜头，其特征在于，所述第一压圈、第二压圈、隔圈的材质为铝合金。
4.根据权利要求2所述的焦距75mm的消热差红外镜头，其特征在于，所述O型圈的材质为氟橡胶。
5.根据权利要求1所述的焦距75mm的消热差红外镜头，其特征在于，所述第一正透镜光线射出侧为非球面，负透镜光线射入侧为非球面，第二正透镜光线射出侧为非球面；上述三个非球面均满足下列表达式：
式中：
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为镜面的近轴曲率拟合半径；k为圆锥系数；
A、B、C、D、E为高次非球面系数。
6.一种镜头装配方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的焦距75mm的消热差红外镜头，包括步骤：
(1)在所述镜筒内将第二正透镜、负透镜和第一正透镜按顺序从镜筒前段组入；
(2)在所述第一正透镜光线入射侧，镜筒的内周面上设置第一压圈，通过第一压圈固定第一正透镜，所述镜筒与第一压圈之间通过螺纹进行固定；
(3)在所述负透镜光线入射侧，镜筒的内周面上设置第二压圈，通过第二压圈固定负透镜，所述镜筒与第二压圈之间通过螺纹进行固定。
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