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CN105467549A - f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及其补偿调节方法 - Google Patents

f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及其补偿调节方法 Download PDF

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CN105467549A CN201610061072.6A CN201610061072A CN105467549A CN 105467549 A CN105467549 A CN 105467549A CN 201610061072 A CN201610061072 A CN 201610061072A CN 105467549 A CN105467549 A CN 105467549A
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f5mm
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body tube
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刘涛
肖维军
郑勇强
陈丽娜
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Fujian Forecam Optics Co Ltd
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Fujian Forecam Optics Co Ltd
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Abstract

本发明涉及f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及其补偿调节方法，包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有负透镜A、光阑、正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述镜头的机械结构包括主镜筒，所述主镜筒上通过限位圈固连有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。本发明具备大相对孔径、大视场、机械被动式无热化和高透过率等特点；在光学设计中，选取合理的光学结构,合理分配光焦度，依靠不同膨胀系数的镜筒材料组合带动整组透镜移动以补偿像面漂移，实现温度自适应的机械被动式无热化特点。

Description

f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及其补偿调节方法
技术领域
本发明涉及f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及其补偿调节方法。
背景技术
红外成像系统具有夜晚作用距离远；抗干扰性能好；隐蔽性好；图像直观，易于观察；环境适配性优于可见光；穿透烟尘、雾霾能力强；可全天候、全天时工作；具有多目标全景观察、追踪和目标识别能力及良好的抗目标隐形能力等优点。因此红外成像技术成为当前设计研制跟踪系统的一个热点。与制冷型红外探测器相比，非制冷红外探测器的灵敏度较低，因而要求光学系统的相对孔径尽可能大。此外，为了获取大场景的红外图像还要求红外光学系统具有大的视场。
由于红外光学材料对温度的变化敏感，工作温度的变化会使光学材料的折射率、光学元件的尺寸和面形以及系统的外部结构等都发生相应的变化，使得光学系统产生离焦和其它像差，引起光学系统成像质量变差及系统性能降低。为了适应特殊的应用场合，还要求镜头能适应恶劣环境，具有温度自适应能力，而目前市场上此类镜头种类较少，不能满足市场的需求。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单，能实现长波红外非制冷型短焦距、大相对孔径、大视场的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头及其补偿调节方法。
为了实现上述目的，本发明的一技术方案是：f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有负透镜A、光阑、正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述镜头的机械结构包括主镜筒，所述主镜筒上通过限位圈固连有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。
进一步的，所述负透镜A和光阑之间的空气间隔是17mm。
进一步的，所述光阑和正透镜B之间的空气间隔是2.5mm。
进一步的，所述正透镜B和负透镜C之间的空气间隔是9mm。
进一步的，所述负透镜C和正透镜D之间的空气间隔是6mm。
进一步的，所述主镜筒内位于前端容置有正透镜A，所述主镜筒内位于后端容置有正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述正透镜B与负透镜C之间设置有用于保证正透镜B与负透镜C之间的空气间距的BC隔圈，所述负透镜C与正透镜D之间设置有用于保证负透镜C与正透镜D之间的空气间距的CD隔圈。
进一步的，所述主镜筒的前端位于负透镜A的旁侧设置有用于安装固定负透镜A的前压圈，所述主镜筒的后端位于正透镜D的旁侧设置有用于安装固定正透镜D的后压圈。
进一步的，所述主镜筒的外周侧套设有套筒，所述主镜筒与套筒之间设置有用于补偿位移量的补偿弹片，所述套筒的外周侧套设有外罩，所述套筒与主镜筒之间设置有用于密封的O型密封圈II，所述套筒与外罩之间设置有用于密封的O型密封圈I。
进一步的，所述套筒上设置有用于调节焦距的调节螺钉，所述伸缩机构组包括由特殊材料制成的伸缩环，所述主镜筒的一端延伸有凸缘，主镜筒的另一端套设有用于卡和安装伸缩环的限位圈。
大相对孔径机械被动式无热化镜头的补偿调节方法，包括以下步骤：
（1）受热时，伸缩机构组通过热胀冷缩的原理开始伸缩，整组镜头同步发生位移；
（2）整组镜头发生位移后，通过主镜筒与套筒之间的补偿弹片补偿调节伸缩机构组热胀冷缩产生的位移量。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）在光学设计中，采用反摄远型物镜结构，使该大相对孔径、大视场短焦系统具有良好的成像效果；（2）在光学设计中，合理分配各镜片的光焦度，以保证光学系统像质优良；（3）在光学设计中，使用两个偶次非球面来平衡系统的像差，使得光学系统的结构简单紧凑，成像质量良好；（4）在光学设计中，通过整组透镜移动实现高低温及远近距补偿，以保证镜头在高温和低温环境下的使用要求；（5）主镜筒采用一体化设计，具有良好的密封性能；在镜头结构设计中可以进行了刚度计算，适当增加壁厚，提高固有频率，提高镜头的抗振能力，保证系统的使用要求；同时，各密封部位采用O型密封圈密封，保证镜头的密封性能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的光学系统图；
图2为本发明实施例的构造示意图。
图1中标记：A—负透镜A，B—正透镜B，C—负透镜C，D—正透镜D，E-光阑，F-像面；
图2中标记：1-外罩，2-套筒，3-调节螺钉，4-O型密封圈I，5-限位圈，6-后压圈，7-正透镜D，8-CD隔圈，9-负透镜C，10-BC隔圈，11-伸缩环，12-正透镜B，13-主镜筒，14-O型密封圈II，15-前压圈，16-负透镜A，17-补偿弹片。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
如图1~2所示，f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有负透镜A、光阑、正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述镜头的机械结构包括主镜筒13，所述主镜筒13上通过限位圈5固连有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。
在本实施例中，所述负透镜A和光阑E之间的空气间隔是17mm。
在本实施例中，所述光阑E和正透镜B之间的空气间隔是2.5mm。
在本实施例中，所述正透镜B和负透镜C之间的空气间隔是9mm。
在本实施例中，所述负透镜C和正透镜D之间的空气间隔是6mm。
在本实施例中，所述主镜筒13内位于前端容置有正透镜A，所述主镜筒13内位于后端容置有正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述正透镜B与负透镜C之间设置有用于保证正透镜B与负透镜C之间的空气间距的BC隔圈10，所述负透镜C与正透镜D之间设置有用于保证负透镜C与正透镜D之间的空气间距的CD隔圈8。
在本实施例中，所述主镜筒13的前端位于负透镜A的旁侧设置有用于安装固定负透镜A的前压圈15，所述主镜筒13的后端位于正透镜D的旁侧设置有用于安装固定正透镜D的后压圈6。
在本实施例中，所述主镜筒13的外周侧套设有套筒2，所述主镜筒13与套筒2之间设置有用于补偿位移量的补偿弹片17，所述套筒2的外周侧套设有外罩1，所述套筒2与主镜筒13之间设置有用于密封的O型密封圈II14，所述套筒2与外罩1之间设置有用于密封的O型密封圈I4。
在本实施例中，所述套筒2上设置有用于调节焦距的调节螺钉3，所述伸缩机构组包括由特殊材料制成的伸缩环11，所述主镜筒13的一端延伸有凸缘，主镜筒的另一端套设有用于卡和安装伸缩环11的限位圈5。
大相对孔径机械被动式无热化镜头的补偿调节方法，包括以下步骤：
（1）受热时，伸缩机构组通过热胀冷缩的原理开始伸缩，整组镜头同步发生位移；
（2）整组镜头发生位移后，通过主镜筒13与套筒2之间的补偿弹片17补偿调节伸缩机构组热胀冷缩产生的位移量。
在本实施例中，在光学设计中合理分配光焦度，使得整组透镜移动较小的距离实现高低温及远近距补偿；在结构设计中通过不同热膨胀系数的多层镜筒结构相互配合，带动整组透镜移动，实现高低温自适应无热化技术，根据光学设计计算，该f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，整组透镜移动量为-0.1mm/+0.07mm，整组透镜远离探测器为负，靠近探测器为正。
在本实施例中，所述镜头的结构主镜筒13采用一体化设计，所述主镜筒13具有良好的密封性能与强度，保证加工、装调方便性，在结构设计中可以进行了刚度计算，适当增加壁厚，提高固有频率，从而提高抗振性能。
在本实施例中，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′=5mm；（3）探测器：长波红外非制冷型384×288，25μm；（4）视场角：90°×71.8°；（5）相对孔径D/f′：1/1；（6）光学体积：53mm×25.6mm×25.6mm（长×宽×高）。
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.f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：包括光学系统和机械结构，所述镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设置有负透镜A、光阑、正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述镜头的机械结构包括主镜筒，所述主镜筒上通过限位圈固连有用于定位保证距离的可通过热胀冷缩的原理进行伸缩的伸缩机构组。
2.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述负透镜A和光阑之间的空气间隔是17mm。
3.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述光阑和正透镜B之间的空气间隔是2.5mm。
4.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述正透镜B和负透镜C之间的空气间隔是9mm。
5.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述负透镜C和正透镜D之间的空气间隔是6mm。
6.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述主镜筒内位于前端容置有正透镜A，所述主镜筒内位于后端容置有正透镜B、负透镜C和正透镜D，所述正透镜B与负透镜C之间设置有用于保证正透镜B与负透镜C之间的空气间距的BC隔圈，所述负透镜C与正透镜D之间设置有用于保证负透镜C与正透镜D之间的空气间距的CD隔圈。
7.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述主镜筒的前端位于负透镜A的旁侧设置有用于安装固定负透镜A的前压圈，所述主镜筒的后端位于正透镜D的旁侧设置有用于安装固定正透镜D的后压圈。
8.根据权利要求1所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述主镜筒的外周侧套设有套筒，所述主镜筒与套筒之间设置有用于补偿位移量的补偿弹片，所述套筒的外周侧套设有外罩，所述套筒与主镜筒之间设置有用于密封的O型密封圈II，所述套筒与外罩之间设置有用于密封的O型密封圈I。
9.根据权利要求8所述的f5mm大相对孔径机械被动式无热化镜头，其特征在于：所述套筒上设置有用于调节焦距的调节螺钉，所述伸缩机构组包括由特殊材料制成的伸缩环，所述主镜筒的一端延伸有凸缘，主镜筒的另一端套设有用于卡和安装伸缩环的限位圈。
10.大相对孔径机械被动式无热化镜头的补偿调节方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）受热时，伸缩机构组通过热胀冷缩的原理开始伸缩，整组镜头同步发生位移；
（2）整组镜头发生位移后，通过主镜筒与套筒之间的补偿弹片补偿调节伸缩机构组热胀冷缩产生的位移量。
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