大相对孔径、大面阵长波红外连续变焦镜头的制作方法

本实用新型涉及一种大相对孔径、大面阵长波红外连续变焦镜头。

背景技术：

随着非制冷红外探测器工艺的发展，长波非制冷探测器结构尺寸减小，成本降低，在安防监控领域尤其使用广泛。在安防监控领域中，为了实现大视场目标搜索，小视场精确目标观察，多采用长波连续变焦镜头。目前大多数的安防长波连续变焦镜头，由于镜片口径、成本及相对孔径的限制，长焦段的F值会偏大，导致长焦段图像对比度和通光量相较短焦段偏差，使得大多数长波连续变焦镜头长焦段图像效果偏差。且目前多数长焦连续变焦镜头所匹配的探测器为640×512，17μm。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大相对孔径、大面阵长波红外连续变焦镜头，不仅结构设计合理，高效便捷。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种大相对孔径、大面阵长波红外连续变焦镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的前固定组A、变倍组B、补偿组C以及后固定组D，所述前固定组A包含正透镜A-1，所述变倍组B包含负透镜B-1，所述补偿组C包含正透镜C-1，所述后固定组D包含沿光线入射方向依次设置的负透镜D-1、负透镜D-2以及正透镜D-3。

优选的，所述正透镜A-1与负透镜B-1之间的空气间隔为13~59.14mm，所述负透镜B-1与正透镜C-1之间的空气间隔为4.05~65.28mm，所述正透镜C-1与负透镜D-1之间的空气间隔为5.21~20.3mm，所述负透镜D-1与负透镜D-2之间的空气间隔为8.45mm，所述负透镜D-2与正透镜D-3之间的空气间隔为33.02mm。

优选的，全焦段F数均为0.9，匹配大面阵为640×512，采用20μm探测器。

优选的，所述正透镜A-1经上下设置的上弧形压板与下弧形压板固定在前组镜筒内，所述前组镜筒与主镜筒固定连接。

优选的，所述负透镜B-1经B片压圈固定在变倍镜筒内，所述变倍镜筒经连接螺纹与变倍移动座螺纹连接，所述变倍移动座与变倍导套固定连接，所述负透镜B-1、所述B片压圈、变倍镜筒、变倍移动座以及变倍导套形成变倍组件，所述正透镜C-1经C片压圈固定在补偿镜筒内，所述补偿镜筒经连接螺纹与补偿移动座螺纹连接，所述补偿移动座与补偿导套固定连接，所述正透镜C-1、C片压圈、补偿镜筒、补偿移动座以及补偿导套形成补偿组件，所述变倍导套与补偿导套套设在导杆的两端，所述变倍组件与补偿组件外套设有主镜筒，所述主镜筒上设置有变焦直槽，所述主镜筒外套设置有变焦凸轮，所述变焦凸轮经钢珠与主镜座相连接并用变焦凸轮压圈压紧形成滚动轴承结构，所述变焦凸轮上设置有两条变焦曲线槽，变倍导钉的一端与变倍导套固定连接，所述变倍导钉的另一端穿过变焦直槽与其中一条变焦曲线槽滑动配合，补偿导钉的一端与补偿导套固定连接，所述补偿导钉的另一端穿过变焦直槽与其中另一条变焦曲线槽滑动配合，所述导杆经变焦凸轮盖板固定在主镜筒上。

优选的，所述主镜筒外设置有变焦电机组件，所述变焦电机组件包含变焦电机、变焦电机齿轮、电位器、电位器齿轮、变焦过轮以及变焦限位开关，所述变焦电机与电位器均通过变焦电机架安置在主镜筒上，变焦限位支架安置在主镜筒上，所述变焦电机齿轮通过变焦过轮分别与电位器齿轮和变焦凸轮上的齿轮啮合，所述变焦电机的转子正负旋转驱动电位器的转子与变倍凸轮同步转动。

优选的，所述负透镜D-1与负透镜D-2前后设置在DE镜座内并用E片压圈压紧，所述负透镜D-1与负透镜D-2之间设置有DE隔圈，所述DE镜座经螺钉设置在后组镜筒的内腔前端，所述正透镜D-3设置在F镜筒内并用F片压圈压紧，所述F镜筒嵌套设置在后组镜筒的内腔后端，所述F镜筒与后组镜筒滑动配合，所述后组镜筒上设置有聚焦直槽，所述后组镜筒外套设有聚焦凸轮，所述聚焦凸轮上设置有聚焦曲线槽，聚焦导钉的一端与F镜筒固定连接，所述聚焦导钉的另一端穿过直槽与聚焦曲线槽滑动配合，所述聚焦凸轮经聚焦凸轮压圈设置在后组镜筒上。

优选的，所述后组镜筒外设置有聚焦电机组件，所述聚焦电机组件包含聚焦电机、聚焦电机架、聚焦微动开关、聚焦限位支架聚焦过轮，所述聚焦电机经聚焦电机架设置在后组镜筒上，所述聚焦微动开关经聚焦限位支架设置在后组镜筒上，所述聚焦电机的转子旋转运动经聚焦过轮带动聚焦凸轮转动。

优选的，所述后组镜筒上经螺钉固定有探测器矫正组件，所述探测器矫正组件包含挡光板、挡光板座、挡光板罩、校正微动开关架、校正微动开关、CCD连接法兰、探测器、校正过轮、校正电机轴套、校正电机齿轮、校正电机架以及校正电机，所述校正电机齿轮与校正过轮传动啮合，所述校正过轮与挡光板传动啮合，所述挡光板的中部经铰接在挡光板座上，所述挡光板的上偏心设置有通孔，两个所述校正微动开关通过校正微动开关架分别安装在的挡光板座两侧，挡板电机的转子旋转经校正过轮带动挡光板旋转。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：（1）在光学结构中，合理分配各组的光焦度，采用非球面校正像差，使得镜头在全焦段F数为0.9，保证镜头大视场，且在全焦段范围具备高图像对比度、大通光量；（2）在光学设计中，通过后固定组中的正透镜D-3移动来实现温度补偿和远近距补偿，来保证镜头在高温和低温环境下的使用要求；（3）在光学设计中，通过优化调整系统的鬼像，使得为二次反射鬼像远离探测器像面；（4）具有电动连续变焦、电动聚焦、探测器校正机构以及焦距预置等功能，可实现控制的自动化，在保证结构紧凑的前提下，采取了一系列措施，提高了镜头耐振动、冲击的能力。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的光学系统示意图。

图2为本实用新型实施例的整体构造第一示意图。

图3为本实用新型实施例的整体构造第二示意图。

图4为本实用新型实施例电动连续变焦构造的第一示意图。

图5为本实用新型实施例电动连续变焦构造的第二示意图。

图6为本实用新型实施例电动连续变焦构造的第三示意图。

图7为本实用新型实施例电动连续变焦构造的第四示意图。

图8为本实用新型实施例电动连续变焦构造的第五示意图。

图9为本实用新型实施例电动聚焦构造的第一示意图。

图10为本实用新型实施例电动聚焦构造的第二示意图。

图11为本实用新型实施例电动聚焦构造的第三示意图。

图12为本实用新型实施例探测器校正构造的第一示意图。

图13为本实用新型实施例探测器校正构造的第二示意图。

图14为本实用新型实施例挡光板的构造示意图。

图15为本实用新型实施例的为运输随机振动谱线图。

图中：1-正透镜A-1，2-负透镜B-1，3-正透镜C-1，4-负透镜D-1，5-负透镜D-2，6-正透镜D-3，7-上弧形压板，8-下弧形压板，9-前组镜筒，10-主镜筒，11-B片压圈，12-变倍镜筒，13-变倍移动座，14-变倍导套，15-C片压圈，16-补偿镜筒，17-补偿移动座，18-补偿导套，19-导杆，20-变焦直槽，21-变焦凸轮，22-钢珠，23-变焦凸轮压圈，24-变焦曲线槽，25-变倍导钉，26-补偿导钉，27-变焦凸轮盖板，28-变焦电机，29-变焦电机齿轮，30-电位器，31-电位器齿轮，32-变焦过轮，33-变焦限位开关，34-变焦电机架，35-变焦限位支架，36-DE镜座，37-E片压圈，38-DE隔圈，39-F镜筒，40-F片压圈，41-后组镜筒，42-聚焦直槽，43-聚焦凸轮，44-聚焦曲线槽，45-聚焦导钉，46-聚焦凸轮压圈，47-聚焦电机，48-聚焦电机架，49-聚焦微动开关，50-聚焦限位支架，51-聚焦过轮，52-挡光板，53-挡光板座，54-挡光板罩，55-校正微动开关架，56-校正微动开关，57-CCD连接法兰，58-探测器，59-校正过轮，60-校正电机轴套，61-校正电机齿轮，62-校正电机架，63-校正电机。

具体实施方式

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~15所示，一种大相对孔径、大面阵长波红外连续变焦镜头，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置的前固定组A、变倍组B、补偿组C以及后固定组D，所述前固定组A包含正透镜A-1，所述变倍组B包含负透镜B-1，所述补偿组C包含正透镜C-1，所述后固定组D包含沿光线入射方向依次设置的负透镜D-1、负透镜D-2以及正透镜D-3。

在本实用新型实施例中，所述正透镜A-1与负透镜B-1之间的空气间隔为13~59.14mm，所述负透镜B-1与正透镜C-1之间的空气间隔为4.05~65.28mm，所述正透镜C-1与负透镜D-1之间的空气间隔为5.21~20.3mm，所述负透镜D-1与负透镜D-2之间的空气间隔为8.45mm，所述负透镜D-2与正透镜D-3之间的空气间隔为33.02mm。

在本实用新型实施例中，全焦段F数均为0.9，匹配大面阵为640×512，采用20μm探测器58。

在本实用新型实施例中，所述正透镜A-1经上下设置的上弧形压板7与下弧形压板8固定在前组镜筒9内，所述前组镜筒9与主镜筒10固定连接；所述上弧形压板7与下弧形压板8在保证镜头F数的前提下，大大减小了镜头外形尺寸，保持结构紧凑。

在本实用新型实施例中，所述负透镜B-1经B片压圈11固定在变倍镜筒12内，所述变倍镜筒12经连接螺纹与变倍移动座13螺纹连接，所述变倍移动座13与变倍导套14固定连接，所述负透镜B-1、所述B片压圈11、变倍镜筒12、变倍移动座13以及变倍导套14形成变倍组件，所述正透镜C-1经C片压圈15固定在补偿镜筒16内，所述补偿镜筒16经连接螺纹与补偿移动座17螺纹连接，所述补偿移动座17与补偿导套18固定连接，所述正透镜C-1、C片压圈15、补偿镜筒16、补偿移动座17以及补偿导套18形成补偿组件，所述变倍导套14与补偿导套18套设在导杆19的两端，所述变倍组件与补偿组件外套设有主镜筒10，所述主镜筒10上设置有变焦直槽20，所述主镜筒10外套设置有变焦凸轮21，所述变焦凸轮21经钢珠22与主镜座相连接并用变焦凸轮压圈23压紧形成滚动轴承结构，所述滚动轴承结构把变焦凸轮21旋转时的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减少变焦凸轮21转动时的摩擦力，所述变焦凸轮21上设置有两条变焦曲线槽24，变倍导钉25的一端与变倍导套14固定连接，所述变倍导钉25的另一端穿过变焦直槽20与其中一条变焦曲线槽24滑动配合，补偿导钉26的一端与补偿导套18固定连接，所述补偿导钉26的另一端穿过变焦直槽20与其中另一条变焦曲线槽24滑动配合，所述导杆19经变焦凸轮21盖板固定在主镜筒10上；所述变焦凸轮21按光学变焦运动方程的要求加工变倍、变焦曲线槽24均匀分布，分别用所述变倍导钉25和补偿导钉26把变焦凸轮21与变倍组件、补偿组件连接在一起，严格控制所述变倍导钉25和补偿导钉26与相对应变焦曲线槽24直接的配合间隙，保证变倍组件、补偿组件滑动平稳舒适、无卡滞，所述变焦凸轮21转动分别经变倍导钉25和补偿导钉26带动变倍组件、补偿组件沿着变焦直槽20相互靠近直线运动或相互远离直线运动，实现电动连续变焦。

在本实用新型实施例中，所述主镜筒10外设置有变焦电机组件，所述变焦电机组件包含变焦电机28、变焦电机齿轮29、电位器30、电位器齿轮31、变焦过轮32以及变焦限位开关33，所述变焦电机28与电位器30均通过变焦电机架34安置在主镜筒10上，变焦限位支架35安置在主镜筒10上，所述变焦电机齿轮29通过变焦过轮32分别与电位器齿轮31和变焦凸轮21上的齿轮啮合，所述变焦电机28的转子正负旋转驱动电位器30的转子与变焦凸轮21同步转动；通过所述变焦电机旋转实现变倍组件和补偿组件按变焦运动方程要求作前后直线运动，从而实现系统焦距的连续可变功能，当系统的焦距发生变化时，电位器齿轮31通过与变焦凸轮21上的齿轮啮合，使所述电位器30旋转，则所述电位器30的阻值发生变化，通过适当的取样电路可以取出所述电位器30的变化值，并传给控制中心，从而实现变焦值的显示；反之，通过控制中心给出命令，可实现焦距的实时控制。

在本实用新型实施例中，所述负透镜D-1与负透镜D-2前后设置在DE镜座36内并用E片压圈37压紧，所述负透镜D-1与负透镜D-2之间设置有DE隔圈38，所述DE镜座36经螺钉设置在后组镜筒41的内腔前端，所述正透镜D-3设置在F镜筒39内并用F片压圈40压紧，所述F镜筒39嵌套设置在后组镜筒41的内腔后端，所述正透镜D-3、F镜筒39以及F片压圈40形成聚焦组件，所述F镜筒39与后组镜筒41滑动配合，所述后组镜筒41上设置有聚焦直槽42，所述后组镜筒41外套设有聚焦凸轮43，所述聚焦凸轮43上设置有聚焦曲线槽44，聚焦导钉45的一端与F镜筒39固定连接，所述聚焦导钉45的另一端穿过聚焦直槽42与聚焦曲线槽44滑动配合，所述聚焦凸轮43经聚焦凸轮压圈46设置在后组镜筒41上。

在本实用新型实施例中，所述后组镜筒41外设置有聚焦电机组件，所述聚焦电机组件包含聚焦电机47、聚焦电机架48、聚焦微动开关49、聚焦限位支架50以及聚焦过轮51，所述聚焦电机47经聚焦电机架48设置在后组镜筒41上，所述聚焦微动开关49经聚焦限位支架50设置在后组镜筒41上，所述聚焦电机47的转子旋转运动经聚焦过轮51带动聚焦凸轮43转动，所述聚焦凸轮43转动经聚焦导钉45带动聚焦组件沿着聚焦直槽42直线运动，从而实现电动聚焦。

在本实用新型实施例中，所述后组镜筒41上经螺钉固定有探测器矫正组件，所述探测器矫正组件包含挡光板52、挡光板座53、挡光板罩54、校正微动开关架55、校正微动开关56、CCD连接法兰57、探测器58、校正过轮59、校正电机轴套60、校正电机齿轮61、校正电机架62以及校正电机63，所述校正电机齿轮61与校正过轮59传动啮合，所述校正过轮59与挡光板52传动啮合，所述挡光板52的中部经铰接在挡光板座53上，所述挡光板52的上偏心设置有通孔，两个所述校正微动开关56通过校正微动开关架55分别安装在的挡光板座53两侧，挡板电机的转子旋转经校正过轮59带动挡光板52旋转，起到切换作用，实现探测器58的校正。

本实用新型的工作方法包含以下步骤：

（1）所述正透镜A-1、负透镜B-1之间做相互靠近直线运动或相互远离直线运动，实现系统连续变焦调节；

（2）所述正透镜D-3做靠近负透镜D-2直线运动或远离负透镜D-2直线运动，实现系统聚焦调节。

在本实用新型实施例中，在光学设计时要达到在全焦距段内光学系统的高成像质量、体积小巧，因此要在保证光学系统成像质量前提下，尽量简化光学机构，减小光学系统的体积。由于红外材料相较可见光材料吸收较大，但折射率也高，所以在设计中，通常不需要使用太多镜片，否则系统的透过率会很差，会影响最终的成像效果。设计中充分考虑加工工艺因素，同时引入非球面来平衡系统像差，使得光学系统的结构更简化，成像质量更好。

在本实用新型实施例中，利用光学设计软件，设置合理的优化参数，对计算得到的初始结构进行优化设计，采用“+、-、+、-”变焦结构形式。系统由六片透镜组成，各镜片工艺性良好，易于加工。在光学设计中，为了校正像差，采用2个非球面，使得系统像质优良，结构紧凑。光系统体积为195 mm（长）×144mm（宽）×144mm（高），光学重量1130g。

在本实用新型实施例中，为了满足工作温度的要求，(即高温55℃，低温-40℃时，系统不会受热应力的影响，而使镜片产生弯曲变形，从而影响产品的成像质量。)要求选用的镜筒材料膨胀系数较小，并且和玻璃的膨胀系数相近。通过配型，选用与玻璃材料膨胀系数相近的低合金钢16Mn作为前组镜筒9的材料，其膨胀系数为8.31×10^-6mm/℃与玻璃材料8×10^-6mm/℃非常接近。这样可以保证在温度实验中(温度变化95℃的情况下)，镜框与玻璃的膨胀（收缩）差远小于镜框和玻璃的配合间隙，从而保证镜头在环境温度变化95℃的情况下，系统的像质不会发生变化。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的大相对孔径、大面阵长波红外连续变焦镜头。凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。