長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線自左向右入射方向依次設有前組A和后組B，所述前組A依次設有正透鏡A-1、負透鏡A-2、正透鏡A-3和負透鏡A-4，所述后組B依次設有正透鏡B-1、負透鏡B-2和正透鏡B-3。本發明具有高成像質量、高空間分辨率、大口徑、大視場、結構緊湊、體積小巧等特點。在光路設計中，選用鍺、硒化鋅和IRG205三種紅外材料，選用中間有一次像面的光學結構，實現成像質量良好，光學結構簡單緊湊，可以與長波紅外制冷型640×512，25μm探測器適配，用于全天候全天時對遠距離目標進行觀測、偵察和跟蹤。
【專利說明】長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，用于全天候全天時對遠距離目標進行觀測、偵察和跟蹤，屬于鏡頭領域。
【背景技術】
[0002]現代化制冷型探測器中集成了一個低溫制冷器，這種裝置可以使傳感器降溫度，以降低探測器溫度，使得熱噪聲信號低于成像信號。絕大部分工作在陸地上的溫度目標都會輻射8?12 μ m波段光譜。制冷型長波紅外成像系統溫度分辨率高，靈敏度高；抗干擾性好、隱蔽性好；圖像直觀，易于觀察；穿透煙塵霧霾能力強；可全天候、全天時工作等優點，廣泛應用于紅外夜視、紅外偵察以及紅外制導等方面。
[0003]遠距離熱紅外監測需要使用長焦距鏡頭，非制冷紅外成像系統的鏡頭成本會隨著焦距的增大而迅速增加，因此大多數非制冷鏡頭是短焦鏡頭。焦距短，口徑小，系統的作用距離近，無法滿足遠距離熱紅外監測的需求。顯然，研制大口徑、長焦距、作用距離遠的長波紅外制冷型成像系統，克服上述缺陷是本發明的研究目的。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，該鏡頭具有空間分辨率高、大口徑、大視場、結構緊湊、體積小巧的性能。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線自左向右入射方向依次設有前組A和后組B，所述前組A依次設有正透鏡A-1、負透鏡A-2、正透鏡A-3和負透鏡A-4，所述后組B依次設有正透鏡B-1、負透鏡B-2和正透鏡B-3。
[0006]在進一步的技術方案中，所述前組A和后組B之間的空氣間隔是39.2_。
[0007]在進一步的技術方案中，所述前組A中的正透鏡A-1和負透鏡A-2之間的空氣間隔是164.4mm,所述負透鏡A-2和正透鏡A-3之間的空氣間隔是9.4mm,所述正透鏡A-3和負透鏡A-4之間的空氣間隔是80.8_。
[0008]在進一步的技術方案中，所述后組B中的正透鏡B-1和負透鏡B-2之間的空氣間隔是25.4mm，所述負透鏡B-2和正透鏡B-3之間的空氣間隔是16mm。
[0009]在進一步的技術方案中，所述鏡頭的結構包括用以固定鏡頭的中鏡筒，所述中鏡筒兩端分別通過前支撐架和后支撐架與底板連接。
[0010]在進一步的技術方案中，所述中鏡筒前端與聯接筒連接，所述聯接筒前端與前鏡筒連接，所述前鏡筒前部內壁上設有用以安設正透鏡A-ι的A片鏡座。
[0011]在進一步的技術方案中，所述中鏡筒前端內壁與調焦鏡筒連接，所述調焦鏡筒前端內壁上設有用以安設負透鏡A-2和正透鏡A-3的BC鏡座，所述調焦鏡筒外部設有用以安設調焦電機的電機架。
[0012]在進一步的技術方案中，所述中鏡筒后端內壁上設有用以安設負透鏡A-4、正透鏡B-1和負透鏡B-2的后鏡座。
[0013]在進一步的技術方案中，所述中鏡筒后端與法蘭盤連接，所述法蘭盤前端內壁安設正透鏡B-3，所述法蘭盤后端與用以安設紅外探測器的探測器架連接。
[0014]在進一步的技術方案中，所述中鏡筒后端與后艙連接，所述后艙與制冷器艙連接連接。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:本發明具有高成像質量、高空間分辨率、大口徑、大視場、結構緊湊、體積小巧等特點。在光路設計中，選用鍺、硒化鋅和IRG205三種紅外材料，選用中間有一次像面的光學結構，通過計算機光學輔助軟件優化設計，實現成像質量良好，光學結構簡單緊湊，可以與長波紅外制冷型640X512,25 μ m探測器適配，用于全天候全天時對遠距離目標進行觀測、偵察和跟蹤。
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例的光學系統示意圖。
[0018]圖2為本發明實施例的結構主視示意圖。
[0019]圖3為本發明實施例的結構右視示意圖。 [0020]圖中:1-正透鏡A-l，2-A片鏡座，3-前鏡筒，4_聯接筒，5_前支撐架，6_調焦鏡筒，7-電機架，8-調焦電機，9-D片鏡座，10-負透鏡A-4，11 -后鏡座，12-正透鏡B-1，13-負透鏡B-2，14-法蘭盤，15-正透鏡B-3，16-探測器架，17-后艙，18-探測器，19-內六角螺釘，20-內六角螺釘，21-0型密封圈，22-內六角螺釘，23-0型密封圈，24-后支撐架，25-中鏡筒，26-底板，27-內六角螺釘，28-正透鏡A-3，29-BC鏡座，30-移動座，31-負透鏡A-2，32-內六角螺釘，33-內六角螺釘，34-0型密封圈，35-內六角螺釘，36-0型密封圈，37-0型密封圈，38-0型密封圈，39-制冷器艙，40-內六角螺釘；A-前組，A-1-正透鏡，A-2-負透鏡，A-3-正透鏡，A-4-負透鏡，B-后組，B-1-正透鏡，B-2-負透鏡，B-3-正透鏡。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，一種長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線自左向右入射方向依次設有前組A和后組B，所述前組A依次設有正透鏡A-1、負透鏡A-2、正透鏡A-3和負透鏡A-4，所述后組B依次設有正透鏡B-1、負透鏡B-2和正透鏡B-3。
[0022]在本實施例中，所述前組A和后組B之間的空氣間隔是39.2mm ;所述前組A中的正透鏡A-1和負透鏡A-2之間的空氣間隔是164.4mm,所述負透鏡A-2和正透鏡A-3之間的空氣間隔是9.4mm,所述正透鏡A-3和負透鏡A-4之間的空氣間隔是80.8mm ;所述后組B中的正透鏡B-1和負透鏡B-2之間的空氣間隔是25.4mm，所述負透鏡B-2和正透鏡B-3之間的空氣間隔是16mm。
[0023]在本實施例中，由上述鏡片組構成的光學系統達到了如下的光學指標:(I)工作波段:8 μ m-12 μ m ; (2)焦距:f' =407mm ；(3)探測器:長波紅外制冷型640X512, 25 μ m ；
(4)視場角:2.25° X 1.8° ; (5)相對孔徑 D/ 廣:1/1.67 ; (6)光學長度Σ L: 440mm。
[0024]在本實施例中，為了實現100%冷光闌效率，在光學設計時，采用二次成像結構，以減小系統的徑向尺寸。選擇合理的初始結構進行優化設計，光學系統前組由正透鏡A-1、負透鏡A-2、正透鏡A-3和負透鏡A-4組成。在設計中，盡量使負透鏡A-2、正透鏡A-3遠離正透鏡A-1，使其口徑盡量小，減小光學重量及成本；后組由正透鏡B-1、負透鏡B-2和正透鏡B-3組成；設計中，在正透鏡A-3、正透鏡B-3前表面分別采用偶次非球面，使得光學系統的結構更簡化，成像質量良好。為了滿足高低溫和遠近距要求，系統通過負透鏡A-2和正透鏡A-3來實現高低溫補償(在-30°C到+50°C溫度)及遠近距補償。
[0025]如圖2?3所示，所述鏡頭的結構包括用以固定鏡頭的中鏡筒25，所述中鏡筒25兩端分別通過前支撐架5和后支撐架24與底板26連接。所述中鏡筒25前端與聯接筒4連接，所述聯接筒4前端與前鏡筒3連接，前鏡筒3后端與聯接筒4前端通過8個內六角螺釘35連接并緊固，聯接筒4后端與中鏡筒25前端通過8個內六角螺釘33連接并緊固。所述前鏡筒3前部內壁上設有用以安設正透鏡A-1的A片鏡座2，A片鏡座2從前鏡筒3的前端裝入，A片鏡座2與前鏡筒3采用螺紋及主正面配合，能夠有效保證同心度需求。正透鏡A-1用壓圈固緊于A片鏡座2內。在正透鏡A-1與A片鏡座2、A片鏡座2與前鏡筒3、前鏡筒3與聯接筒4、聯接筒4與中鏡筒25配合處均安設有O型密封圈，保證鏡頭的密封性能。所有螺紋配合處均點注蟲膠，此方法有助于提高光學鏡頭部分的耐振動和耐沖擊性能，提高整體鏡頭的抗震性能。
[0026]在本實施例中，所述中鏡筒25前端內壁通過6個內六角螺釘32與調焦鏡筒6連接，所述調焦鏡筒6前端內壁上設有用以安設負透鏡A-2和正透鏡A-3的BC鏡座29，負透鏡A-2和正透鏡A-3通過隔圈與壓圈安設于BC鏡座29內。BC鏡座29與移動座30采用螺紋及主正面配合，能夠有效保證同心度需求。移動座30安設于調焦鏡筒6前端內壁。所述調焦鏡筒6外部通過螺釘連接用以安設調焦電機8的電機架7。所有螺紋配合處均點注蟲膠。
[0027]在本實施例中，所述中鏡筒25后端內壁上設有用以安設負透鏡A-4、正透鏡B-1和負透鏡B-2的后鏡座11，正透鏡B-1和負透鏡B-2通過隔圈與壓圈安設于后鏡座11內，負透鏡A-4通過壓圈安設于D片鏡座9內。D片鏡座9通過螺紋及主正面與后鏡座11前端內壁連接，后鏡座11通過4個內六角螺釘27與中鏡筒25后端內壁連接。所述中鏡筒25后端通過6個內六角螺釘20與法蘭盤14連接，所述法蘭盤14前端內壁安設正透鏡B-3，正透鏡B-3通過壓圈安設于法蘭盤14內。正透鏡B-3與法蘭盤14、法蘭盤14與中鏡筒25配合處均安設有O型密封圈。所有螺紋配合處均點注蟲膠。
[0028]在本實施例中，所述法蘭盤14后端通過4個內六角螺釘19與用以安設紅外探測器18的探測器架16連接。所述中鏡筒25后端通過6個內六角螺釘22與后艙17連接，所述后艙17通過10個內六角螺釘40與制冷器艙39連接連接。后艙17與中鏡筒25、后艙17與制冷器艙39配合處均安設有O型密封圈。所有螺紋配合處均點注蟲膠。
[0029]本發明的優點如下:
(I)在光學設計中，合理分配前組A和后組B的光焦度，可以通過鍺、硒化鋅和IRG205三種紅外材料配合，采用兩個非球面，使鏡頭達到長焦距、大口徑、大視場及結構簡單緊湊的性能指標；
(2 )在光學設計中，通過負透鏡A-2和正透鏡A-3同時移動實現高低溫補償和遠近距補償，來保證鏡頭在高低溫環境下及遠近距中的使用要求； (3)在保證結構緊湊的前提下，采取一系列措施，提高了鏡頭耐振動、沖擊的能力；
(4)在鏡頭結構設計中進行了剛度計算，適當增加壁厚，提高固有頻率，提高鏡頭的抗振能力，保證系統的使用要求。同時各密封部位采用O型密封圈密封，保證鏡頭的密封性倉泛。
[0030] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的光學系統中沿光線自左向右入射方向依次設有前組A和后組B，所述前組A依次設有正透鏡A-1、負透鏡A-2、正透鏡A-3和負透鏡A-4，所述后組B依次設有正透鏡B-1、負透鏡B-2和正透鏡 B-3。
2.根據權利要求1所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述前組A和后組B之間的空氣間隔是39.2mm。
3.根據權利要求1或2所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述前組A中的正透鏡A-1和負透鏡A-2之間的空氣間隔是164.4mm，所述負透鏡A-2和正透鏡A-3之間的空氣間隔是9.4mm,所述正透鏡A-3和負透鏡A-4之間的空氣間隔是80.8mm。
4.根據權利要求1或2所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述后組B中的正透鏡B-1和負透鏡B-2之間的空氣間隔是25.4mm,所述負透鏡B-2和正透鏡B-3之間的空氣間隔是16mm。
5.根據權利要求1所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的結構包括用以固定鏡頭的中鏡筒，所述中鏡筒兩端分別通過前支撐架和后支撐架與底板連接。
6.根據權利要求5所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒前端與聯接筒連接，所述聯接筒前端與前鏡筒連接，所述前鏡筒前部內壁上設有用以安設正透鏡A-1的A片鏡座。
7.根據權利要求5所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒前端內壁與調焦鏡筒連接，所述調焦鏡筒前端內壁上設有用以安設負透鏡A-2和正透鏡A-3的BC鏡座，所述調焦鏡筒外部設有用以安設調焦電機的電機架。
8.根據權利要求5所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒后端內壁上設有用以安設負透鏡A-4、正透鏡B-1和負透鏡B-2的后鏡座。
9.根據權利要求5所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒后端與法蘭盤連接，所述法蘭盤前端內壁安設正透鏡B-3，所述法蘭盤后端與用以安設紅外探測器的探測器架連接。
10.根據權利要求5所述的長波紅外制冷型長焦距、大口徑、大視場鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒后端與后艙連接，所述后艙與制冷器艙連接連接。
【文檔編號】G02B13/14GK103631003SQ201310600051
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】肖維軍, 陳瀟, 張清蘇, 鄭煒亮 申請人:福建福光數碼科技有限公司