本發明涉及一種f20mm機械被動無熱化長波紅外定焦鏡頭及其調焦方法。

背景技術：

長波紅外非制冷光學系統在軍用和民用領域均得到了廣泛的應用，因為紅外鏡頭抗干擾性能好，晚間作用距離遠，穿透煙塵、霧霾能力強，可全天候、全天時工作，具有多目標全景觀察、追蹤和目標識別能力及良好的抗目標隱形的能力等優點，所以對光學系統的成像質量提出了越來越高的要求。但由于紅外光學材料和機械材料存在一定的熱效應，工作溫度的劇烈變化會對光學系統產生嚴重的影響，例如引起焦距變化、像面漂移、成像質量下降等。因此，為了適應不同環境溫度，要求紅外鏡頭具有一定的溫度自適應能力；另外，市面上大多數的鏡頭結構復雜，加工難度和成本較高，因此也需要鏡頭具有結構簡便易加工性，而且市面上的多數鏡頭都難以根據不同物距輕松、快捷的調節后截距，而且相對成像靶面較小。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種f20mm機械被動無熱化長波紅外定焦鏡頭及其調焦方法。

本發明的技術方案是，一種f20mm機械被動無熱化長波紅外定焦鏡頭，包括鏡筒、設置在鏡筒內的光學系統，所述光學系統包括沿光線入射方依次設的正光焦鏡片A、負光焦鏡片B、正光焦鏡片C，所述鏡筒包括前鏡筒、后鏡筒，正光焦鏡片A設置在前鏡筒內并用前壓圈壓緊，負光焦鏡片B、正光焦鏡片C設置在后鏡筒內，所述鏡筒外套設有套筒，套筒外套設有外罩，主鏡筒后部設置有后壓圈，套筒與外罩螺紋連接，外罩上穿設有對套筒進行鎖緊的鎖緊釘，套筒周側設置有限位槽，限位槽內設置有限位釘，限位釘固定在外罩上，前鏡筒與套筒滑動配合，前鏡筒外周設置有外凸緣，外凸緣前側面與套筒之間設置有伸縮環，外凸緣后側與后鏡筒之間設置有彈片，后鏡筒外周側與套筒螺紋連接，伸縮環的膨脹系數大于彈片的膨脹系數。

進一步的，所述正光焦鏡片A和負光焦鏡片B之間的空氣間隔是0.72mm，所述負光焦鏡片B和正光焦鏡片C之間的空氣間隔是12.14mm。

進一步的，所述負光焦鏡片B與正光焦鏡片C之間設置有隔圈。

進一步的，所述前鏡筒轉套筒之間設置有密封圈A，套筒與外罩之間設置有密封圈B。

進一步的，所述套筒內設置有臺階面，前鏡筒的一端經伸縮環頂在套筒的臺階面。

一種f20mm機械被動無熱化長波紅外定焦鏡頭的調焦方法，旋松鎖緊釘，轉動套筒，旋轉套筒經伸縮環與前鏡筒外周的外凸緣相互作用，帶動鏡筒前后移動，與外罩發生相對位移，實現后截距的變化；當環境溫度升高時，由于正光焦鏡片A、負光焦鏡片B以及正光焦鏡片C同時發生膨脹導致原先的焦面向前發生偏移導致模糊，此時伸縮環膨脹推動前鏡筒壓縮彈片使正光焦鏡片A與負光焦鏡片B的空氣距變小，彌補原先向前偏移的焦面，使其恢復到常溫狀態下清晰畫面。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：結構簡單緊湊，體積小，可以與大靶面探測器相匹配，實用性更強，適用性更寬，具有高的成像分辨率、高穿透性，能夠捕捉細小溫度變化的物體，調焦方式簡便輕松。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的闡述。

附圖說明

圖1為本發明的光學結構示意圖；

圖2為本發明的機型結構示意圖。

圖中：

A-正光焦鏡片A，B-負光焦鏡片B，C-正光焦鏡片C；D-像面，1套筒，2-密封圈B，3-伸縮環，4-鎖緊釘，5-外罩，6-后鏡筒，7-密封圈A，8-前壓圈，9-限位釘，10-前鏡筒，11-彈片，12-BC隔圈，13-后壓圈。

具體實施方式

如圖1~2所示，一種f20mm機械被動無熱化長波紅外定焦鏡頭，包括鏡筒、設置在鏡筒內的光學系統，所述光學系統包括沿光線入射方依次設的正光焦鏡片A、負光焦鏡片B、正光焦鏡片C，所述鏡筒包括前鏡筒、后鏡筒，正光焦鏡片A設置在前鏡筒內并用前壓圈壓緊，負光焦鏡片B、正光焦鏡片C設置在后鏡筒內，所述鏡筒外套設有套筒，套筒外套設有外罩，主鏡筒后部設置有后壓圈，套筒與外罩螺紋連接，外罩上穿設有對套筒進行鎖緊的鎖緊釘，套筒周側設置有限位槽，限位槽內設置有限位釘，限位釘固定在外罩上，前鏡筒與套筒滑動配合，前鏡筒外周設置有外凸緣，外凸緣前側面與套筒之間設置有伸縮環，外凸緣后側與后鏡筒之間設置有彈片，后鏡筒外周側與套筒螺紋連接，伸縮環的膨脹系數大于彈片的膨脹系數。

在本實施例中，外罩與探測器螺紋連接。

在本實施例中，伸縮環由塑料制成，彈片由金屬制成，伸縮環的膨脹系數大，彈片的膨脹系數小，彈片優選彈簧，但不局限于此。

在本實施例中，所述正光焦鏡片A和負光焦鏡片B之間的空氣間隔是0.72mm，所述負光焦鏡片B和正光焦鏡片C之間的空氣間隔是12.14mm。

在本實施例中，所述負光焦鏡片B與正光焦鏡片C之間設置有隔圈。

在本實施例中，所述前鏡筒轉套筒之間設置有密封圈A，套筒與外罩之間設置有密封圈B。

在本實施例中，所述套筒內設置有臺階面，前鏡筒的一端經伸縮環頂在套筒的臺階面。

在本實施例中，利用限位釘控制套筒與外罩在一定范圍進行相對位移調整后截距，使鏡頭更加匹配不同探測器，大大增大了鏡頭的實用性，利用鎖緊釘可使套筒在與外罩發生相對位移來調整后截距時，任意距離保持相對位置，不發生轉動變化，大大提高鏡頭的適用性。

一種f20mm機械被動無熱化長波紅外定焦鏡頭的調焦方法，旋松鎖緊釘，轉動套筒，旋轉套筒經伸縮環與前鏡筒外周的外凸緣相互作用，帶動鏡筒前后移動，與外罩發生相對位移，實現后截距的變化；當環境溫度升高時，由于正光焦鏡片A、負光焦鏡片B以及正光焦鏡片C同時發生膨脹導致原先的焦面向前發生偏移導致模糊，此時伸縮環膨脹推動前鏡筒壓縮彈片使正光焦鏡片A與負光焦鏡片B的空氣距變小，彌補原先向前偏移的焦面，使其恢復到常溫狀態下清晰畫面。

在本實施例中，該鏡頭實現的技術指標如下：

工作波段：8μm-12μm；

焦距：f′=20mm；

探測器：長波紅外非制冷型640×512，17μm；

視場角：30.4°×24.5°；

相對孔徑D/ f′：1/1.0；

光學體積：?44mm×29.5mm（直徑×長度）。

各鏡片參數：

在本實施例中，S1的間距是指S1與S2表面之間的中心距離，其他以此類推。

非球面具體面型方程如下：

Z=cr^2/(1+√[1-(1+k)c^2r^2)]+A0r^2+A1r^4+A2r^6+A3r^8+A4r^10

其中S2：c=1/R,R=32.014,k=0,A0=0,A1=-1.425E-005,A2=-3.431E-0.08,A3=2.2146E-010,A4=-1.5022E-012。

本鏡頭具有緊湊型無熱化結構設計、手動可調焦距式、高透過率以及大靶面等特點；在結構和光學設計中，合理分配光焦度，實現溫度自適應的機、光混合無熱化特點，可以與長波紅外非制冷型640x512，17μm探測器適配，執行實況記錄和安防監控任務；手動可調焦式更為日常執行安防任務提高無盡的方便。

本鏡頭克服手動調節后截距難、溫度對紅外鏡頭的影響以及市場上大多數的探測器靶面大等特點，在f20mm無熱化鏡頭的光機結構設計過程中，合理分配光焦度，在不同溫度下光學材料發生熱脹冷縮，使得鏡片曲率發生變化像面漂移，光學、機械混合式被動式無熱化利用光學機械材料熱特性之間的差異，通過不同特性材料的組合來消除溫度的影響，在較大范圍內保持像質穩定，實現溫度自適應的無熱化，使紅外光學系統能夠在一個較大的溫度范圍內保持良好的成像質量；采用套筒一體化設計，實現了結構極其輕巧，安裝簡單方便，大大降低了成本。

本鏡頭可以與大靶面探測器相匹配，實用性更強，適用性更寬；結構簡單，體積小，適合小型化的非制冷紅外光學系統使用；具有高的成像分辨率、高穿透性，能夠捕捉細小溫度變化的物體；構緊湊，制作成本低廉，適宜規?；a；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；本合理分配光機焦度實現溫度大范圍的無熱化；雙鏡筒帶密封圈設計具有良好的密封性能；在鏡頭結構設計中可以進行剛度計算，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；保證鏡頭的密封性能。

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。