本發明涉及一種高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭及其調節方法。

背景技術：

紅外鏡頭具有抗干擾性能力強、穿透煙塵及霧霾能力強、可全天候全天時工作及良好的抗目標隱形的能力等優點。隨著紅外成像技術的快速發展，紅外鏡頭在安防監控等領域有了廣泛的應用。但是紅外鏡頭使用環境復雜，經常要經歷較大的溫度變化。而紅外鏡頭所用的紅外光學材料相較于可見光波段的光學材料有較大的折射率溫度系數，在不同的環境溫度下，光學材料和機械材料熱脹冷縮使得鏡片的曲率半徑和厚度、零件空氣間隔發生改變，光學材料的折射率也會隨溫度而發生改變，進而使光學系統的最佳像面發生偏離，降低了光學系統的成像質量，嚴重影響了鏡頭的成像性能。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的是提供一種低畸變、高銳度的高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭及其調節方法，能夠自適應補償因溫度變化引起的像面偏移，能夠在較大的溫度范圍內保持良好的成像質量。

本發明采用以下方案實現：一種高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線自前向后入射方向依次設有平凸透鏡、雙凹透鏡和正月牙形透鏡；所述鏡頭的機械結構包括外筒，外筒內套設有前鏡筒和后鏡筒，平凸透鏡安裝于前鏡筒中，雙凹透鏡和正月牙形透鏡安裝于后鏡筒中，前鏡筒與后鏡筒之間夾設有彈性墊片，外筒前端內部旋接有位于前鏡筒外圍的限位壓圈，限位壓圈和前鏡筒在軸向上夾設有可熱脹冷縮的伸縮環以通過伸縮環伸縮控制前鏡筒軸向移動。

進一步的，所述伸縮環采用采用POM材質，所述后鏡筒與外筒之間通過螺紋連接，外筒中具有頂著后鏡筒后端部的孔臺，后鏡筒后端還旋接有頂著正月牙形透鏡后端邊沿的后壓圈，后鏡筒中設置有位于雙凹透鏡和正月牙形透鏡之間的隔圈；前鏡筒中旋接有頂著平凸透鏡前端邊沿的前壓圈。

進一步的，所述伸縮環前端頂著限位壓圈，伸縮環后端頂著前鏡筒后端的凸緣上；限位壓圈和前鏡筒在徑向上夾設有密封圈。

進一步的，所述平凸透鏡和雙凹透鏡之間的空氣間隔是1.5mm，雙凹透鏡和正月牙形透鏡之間的空氣間隔是11mm。

進一步的，所述平凸透鏡的前鏡面曲率半徑為38mm，雙凹透鏡前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為80mm和45mm，正月牙形透鏡前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為86.2mm和1336mm。

本發明提供的另一技術方案是：一種高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭的調節方法，采用如上所述的高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭，當溫度發生變化使像面發生偏離時，伸縮環因熱脹冷縮實現伸縮配合彈性墊片使前鏡筒發生軸向位移，以補償溫度變化引起的像面偏移。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭具有結構緊湊、高分辨率、低畸變和高銳度等特點；通過熱脹冷縮實現前鏡筒的移動以補償像面漂移，能夠較大的溫度范圍內保持良好的成像質量，適應惡劣環境，穩定性好；可以與長波紅外非制冷型640×512，17μm探測器適配，執行實況記錄和安防監控任務；提高了鏡頭耐振動、沖擊的能力，具有良好的密封性能。

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發明作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為發明實施例的光學系統示意圖；

圖2為發明實施例的機械機構示意圖；

圖中標號說明：1-平凸透鏡、2-雙凹透鏡、3-正月牙形透鏡、4-外筒、5-前鏡筒、6-后鏡筒、7-彈性墊片、8-限位壓圈、9-伸縮環、10-孔臺、11-后壓圈、12-隔圈、13-前壓圈、14-凸緣、15-密封圈。

具體實施方式

如圖1~2所示，一種高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭，所述鏡頭的光學系統中沿光線自前向后入射方向依次設有平凸透鏡1、雙凹透鏡2和正月牙形透鏡3；所述鏡頭的機械結構包括外筒4，外筒4內套設有前鏡筒5和后鏡筒6，平凸透鏡1安裝于前鏡筒5中，雙凹透鏡2和正月牙形透鏡3安裝于后鏡筒6中，前鏡筒5與后鏡筒6之間夾設有彈性墊片7，外筒4前端內部旋接有位于前鏡筒5外圍的限位壓圈8，限位壓圈8和前鏡筒5在軸向上夾設有可熱脹冷縮的伸縮環9以通過伸縮環伸縮控制前鏡筒軸向移動，實現平凸透鏡1移動以補償像面漂移，實現溫度自適應的機械被動式無熱化特點。

在本實施例中，所述伸縮環9采用采用POM材質，熱特性敏感的材料POM感應溫度變化進行伸縮以補償溫度對透鏡折射率的影響，保證成像質量；所述后鏡筒6與外筒4之間通過螺紋連接，外筒4中具有頂著后鏡筒6后端部的孔臺10，后鏡筒6后端還旋接有頂著正月牙形透鏡3后端邊沿的后壓圈11，后鏡筒6中設置有位于雙凹透鏡和正月牙形透鏡之間的隔圈12；前鏡筒5中旋接有頂著平凸透鏡1前端邊沿的前壓圈13。

本實施例中，所述伸縮環9前端頂著限位壓圈8，伸縮環9后端頂著前鏡筒后端的凸緣14上；限位壓圈8和前鏡筒5在徑向上夾設有密封圈15，使鏡頭防水、防氣。

在本實施例中，外筒后端設置有M34X0.75-6g的螺紋牙，可以與長波紅外非制冷型640×512，17μm探測器適配，執行實況記錄和安防監控任務。

在本實施例中，所述平凸透鏡和雙凹透鏡之間的空氣間隔是1.5mm，雙凹透鏡和正月牙形透鏡之間的空氣間隔是11mm。

在本實施例中，所有鏡片的光線材料均為鍺，平凸透鏡1、雙凹透鏡2和正月牙形透鏡3的折射率均為4.004；所述平凸透鏡的前鏡面曲率半徑為38mm，雙凹透鏡前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為80mm和45mm，正月牙形透鏡前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為86.2mm和1336mm。

在本實施例中，平凸透鏡1的厚度為2.8mm，雙凹透鏡2的厚度為1.9mm，正月牙形透鏡3的厚度為3.5mm，正月牙形透鏡3后鏡面與像面之間的間距為8.3mm。

在光學設計中合理分配光焦度，使得平凸透鏡移動較小的距離實現高低溫補償；在結構設計中通過不同熱膨脹系數的多層鏡筒結構相互配合，帶動平凸透鏡移動，實現高低溫自適應無熱化技術。根據光學設計計算，平凸透鏡A移動量為-0.05mm/+0.03mm，平凸透鏡遠離探測器為負，靠近探測器為正。

由上述鏡片組構成的光學系統達到了如下的技術指標：

（1）工作波段：8μm-12μm；

（2）焦距：f′=19mm；

（3）探測器：長波紅外非制冷型640×512，17μm；

（4）視場角：31.6°×25.3°；

（5）相對孔徑D/ f′：1/1.0。

本發明高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭：（1）在光學設計中，合理選取光學結構，使得系統結構變得更為緊湊，降低了加工成本并且使得系統的裝配變得簡單；（2）在光學設計中，通過合理分配光焦度，使得平凸透鏡A移動較小的距離實現高低溫補償；（3）在光學設計中，通過合理分配光焦度，保證光學系統具有高的成像分辨率；（4）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；（5）主鏡筒具有良好的密封性能；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，各密封部位采用密封圈密封，保證鏡頭的密封性能。

一種高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭的調節方法，采用如上所述的高銳度低畸變長波紅外被動式無熱化鏡頭，當溫度發生變化使像面發生偏離時，伸縮環因熱脹冷縮實現伸縮配合彈性墊片使前鏡筒發生軸向位移，以補償溫度變化引起的像面偏移。

上列較佳實施例，對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。