f20mm轻便型机械被动无热化红外定焦镜头的制作方法

本实用新型涉及一种f20mm轻便型机械被动无热化红外定焦镜头，属于镜头领域。

背景技术：

随着非制冷探测器技术的不断发展和日益成熟，长波红外非制冷光学系统在军用和民用领域均得到了广泛的应用，因为红外镜头具有抗干扰性能好；晚间作用距离远；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的能力等优点，所以对光学系统的成像质量提出了越来越高的要求。但由于红外光学材料和机械材料存在一定的热效应，工作温度的剧烈变化会对光学系统产生严重的影响，例如引起焦距变化、像面漂移、成像质量下降等。因此，为了适应不同环境温度，要求红外镜头具有一定的温度自适应能力；而且在长时间持续不断的监控左右下，更要求红外镜头具有大范围的适应不同天气气候情况等特点，因此在长时间的监测情况下还要镜头具有分辨率高、透雾性强、畸变率低，结构简便，强度可靠、稳定性强等特点。然而，市面上大多数的镜头结构复杂，加工难度和成本较高，透雾性差、分辨率低、镜头结构长度长、体积大，尤其在夜间监测的时候由于环境温度基本接近，所以难以区分所监测的事物的形态。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对以上不足之处，提供了一种结构设计合理的f20mm轻便型机械被动无热化红外定焦镜头。

本实用新型的技术方案是，一种f20mm轻便型机械被动无热化红外定焦镜头，包括外罩以及设置在外罩内的光学系统，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦镜片A、负光焦镜片B和正光焦镜片C，所述外罩的内部后端螺接有后镜筒，所述外罩的内部前端设置有前镜筒，所述正光焦镜片A安装于前镜筒内，所述正光焦镜片A的前端经螺接在前镜筒上的前压圈进行固定，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C安装于后镜筒内，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设有BC隔圈，所述正光焦镜片C的后端经螺接在后镜筒上的后压圈进行固定，所述前镜筒的后端面设有一外径大于前镜筒的圆形定位凸台，所述圆形定位凸台与后镜筒之间设有弹片，所述前镜筒的前端周部设有螺接在外罩上的前挡圈，所述前挡圈与前镜筒的前端周部之间设有O型圈，所述前挡圈与圆形定位凸台之间设有伸缩环，所述正光焦镜片A与负光焦镜片B之间的空气间隔是1mm，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间的空气间隔是12mm。

进一步的，所述前镜筒包括第一筒体，所述第一筒体的内部设有一定位台阶面，所述定位台阶面的中部开设有通光通道，所述定位台阶面的前端面上开设有与正光焦镜片A的外轮廓相适应的定位凹槽，所述正光焦镜片A的后端面嵌于定位凹槽内，所述定位台阶面将第一筒体的内部分隔成位于前端的前内筒、位于后端的后内筒，所述正光焦镜片A与前压圈位于前内筒中。

进一步的，所述后镜筒包括第二筒体，所述第二筒体的前端嵌入后内筒中，所述第二筒体的中部外周设有外径大于第二筒体的圆形连接凸台，所述圆形连接凸台螺接于外罩内周壁，所述弹片安装于圆形定位凸台与圆形连接凸台之间，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C安装于第二筒体内。

进一步的，所述伸缩环由塑料制成，所述弹片由金属制成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）具有高的成像分辨率、高穿透性，能够捕捉细小温度变化的物体；

（2）结构简单紧凑，体积小便于携带，制作成本低廉，适宜规模化生产；

（3）在镜头结构设计中可以进行刚度计算，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，保证镜头的密封性能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型专利进一步说明。

图1为该实用新型实施例的光学系统示意图；

图2为该实用新型实施例的机械结构示意图；

图中：

A-正光焦镜片A；B-负光焦镜片B；C-正光焦镜片C；1-外罩；2-前镜筒；3-前压圈；4-BC隔圈；5-后压圈；6-圆形定位凸台；7-弹片；8-前挡圈；9-O型圈；10-伸缩环；11-第一筒体；12-定位台阶面；13-前内筒；14-后内筒；15-第二筒体；16-圆形连接凸台；17-后镜筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1～2所示，一种f20mm轻便型机械被动无热化红外定焦镜头，包括外罩1以及设置在外罩内的光学系统，所述镜头的光学系统中沿光线从左向右入射方向依次设有正光焦镜片A、负光焦镜片B和正光焦镜片C，所述外罩的内部后端螺接有后镜筒17，所述外罩的内部前端设置有前镜筒2，所述正光焦镜片A安装于前镜筒内，所述正光焦镜片A的前端经螺接在前镜筒上的前压圈3进行固定，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C安装于后镜筒内，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间设有BC隔圈4，所述正光焦镜片C的后端经螺接在后镜筒上的后压圈5进行固定，所述前镜筒的后端面设有一外径大于前镜筒的圆形定位凸台6，所述圆形定位凸台与后镜筒之间设有弹片7，所述前镜筒的前端周部设有螺接在外罩上的前挡圈8，所述前挡圈与前镜筒的前端周部之间设有O型圈9，所述前挡圈与圆形定位凸台之间设有伸缩环10，所述正光焦镜片A与负光焦镜片B之间的空气间隔是1mm，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C之间的空气间隔是12mm。

在本实施例中，所述前镜筒包括第一筒体11，所述第一筒体的内部设有一定位台阶面12，所述定位台阶面的中部开设有通光通道，所述定位台阶面的前端面上开设有与正光焦镜片A的外轮廓相适应的定位凹槽，所述正光焦镜片A的后端面嵌于定位凹槽内，所述定位台阶面将第一筒体的内部分隔成位于前端的前内筒13、位于后端的后内筒14，所述正光焦镜片A与前压圈位于前内筒中。

在本实施例中，所述后镜筒包括第二筒体15，所述第二筒体的前端嵌入后内筒中，所述第二筒体的中部外周设有外径大于第二筒体的圆形连接凸台16，所述圆形连接凸台螺接于外罩内周壁，所述弹片安装于圆形定位凸台与圆形连接凸台之间，所述负光焦镜片B与正光焦镜片C安装于第二筒体内。

在本实施例中，所述伸缩环由塑料制成，所述弹片由金属制成。

一种f20mm轻便型机械被动无热化红外定焦镜头的使用方法，包含以下步骤：当环境温度升高时，由于正光焦镜片A、负光焦镜片B和正光焦镜片C同时发生膨胀导致原先的焦面向前发生偏移导致模糊，此时伸缩环膨胀推动前镜筒压缩弹片使正光焦镜片A、负光焦镜片B的空气距变小，弥补原先向前偏移的焦面，使其恢复到常温状态下清晰画面。

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光学指标：

（1）工作波段：8μm-12μm；

（2）焦距：f′=20mm；

（3）探测器：长波红外非制冷型640×512，17μm；

（4）视场角FOV：38°；

（5）相对孔径D/ f′：1/1.0；

（6）光学体积：∅44mm×26.1mm（直径×长度）。

以下表格的数据，将说明本实用新型实施例的光学参数。

表一：各镜片参数：

非球面具体面型方程如下：

Z为非球面沿光轴方向在高度为r的位置时，距非球面顶点的距离矢高，c=1/R,R=32.014,k=0,A=-1.425E-005,B=-3.431E-0.08,C=2.2146E-010,D=-1.5022E-012。

曲率半径是指每个表面的曲率半径，间距是相邻两表面间的间距，举例说明，S1、S2分别是正光焦镜片A远离与邻近负光焦镜片B的表面，S1的间距是指S1与S2表面之间的中心间距，其它依此类推。

本实用新型根据不同环境情况下镜头的焦面的偏移量选用合适的机械结构和伸缩环材料，让镜头在-30℃~80℃的镜头下能够保持良好的成像效果，实现温度自适应的机械被动无热化；本实用新型具有经济实用性强、无热化稳定性强、结构简单、高清低畸变率、透雾性强、安装方便等特点；在结构设计中，合理运用不同材料间的热膨胀系数的差异，进行温度补偿，实现温度自适应的机械结构无热化特点，可以与长波红外非制冷型640*512，17μm探测器适配，执行实况记录和安防监控任务。

本实用新型在结构设计中机械被动式无热化利用伸缩环来消除温度的影响，在较大范围内保持像质稳定，实现温度自适应的机械无热化，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量；另外市面上大多数的镜头的结构设计较为复杂、所需的零部件较多，不仅增加了制造成本还使安装变得复杂，人工成本大大提高，本次采用固定式设计，避免了二次调整后截距的麻烦，实现了结构极其轻巧，安装简单方便，大大降低了成本。

本实用新型在保证结构紧凑的前提下，可以采取一系列措施，如适当增加壁厚，可以提高镜头耐振动、冲击的能力；可以采用2024铝合金作为镜头的结构件，可以提升镜头的结构强度、稳定性，更进一步减重，实现轻量化设计，加工简单、成本较低，进一步实现镜头的经济实用性，提高镜头市场竞争力。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。