一种长波红外机械被动式无热化车载镜头及其安装方法与流程

本发明涉及光学镜头领域，尤其涉及一种长波红外机械被动式无热化车载镜头及其安装方法。

背景技术：

随着科学技术的迅猛发展、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事和民用领域均得到了广发应用。由于红外光学材料和机械材料在温度变化时会产生热形变，因此工作温度的剧烈变化会引起光学系统的焦距变化、像面飘逸、成像质量下降等影响。为了消除或降低温度变化对光学系统成像的影响，必须采用相应的补偿技术，使光学系统在一个较大的温差范围内保持焦距不变，确保成像质量的良好。

技术实现要素：

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种长波红外机械被动式无热化车载镜头及其安装方法，利用材料的热胀冷缩特性和补偿弹片的应用，使得无热化设计结构更加简单，整体产品的结构更小。

本发明的技术方案是：一种长波红外机械被动式无热化车载镜头，所述镜头的光学系统中包括沿光线入射方向自左向右依次间隔设置的光焦度为正的镜片A、光焦度为负的镜片后组B和光焦度为正的镜片C，所述镜片A和镜片C均为正月牙形透镜，所述镜片后组B为负月牙形透镜；所述镜片A和镜片后组B之间的空气间隔为5.21mm，所述镜片后组B和C镜片C的空气间隔为3.78mm；所述镜头还包括一主镜筒，所述镜片A、镜片后组B和镜片C自左向右依次间隔与所述主镜筒内壁配合设置。

进一步的，所述镜片A、镜片后组B和镜片C分别设置于所述主镜筒的前端部、中部和后端部，所述镜片A和镜片后组B之间有设置一用于定位的AB隔圈，所述镜片后组B和镜片C之间设有一用于定位的BC隔圈。

进一步的，所述镜头还包括一与所述主镜筒外侧配合的外罩，所述外罩套设于所述主镜筒外侧壁上，所述主镜筒外侧壁中部沿周向开设有一凹槽，所述凹槽内套设有一伸缩环，所述伸缩环紧密贴设于所述外罩内侧和主镜筒外侧壁之间。

进一步的，所述外罩的右端向下延伸有延伸部，所述延伸部与所述主镜筒的右端壁配合，并且所述延伸部与所述主镜筒的右端壁之间卡设有一用于主镜筒与外罩之间位移的补偿弹片。

进一步的，所述镜片A的左侧和镜片C的右侧分别经一前压圈和后压圈固定，所述前压圈和后压圈分别套设与所述主镜筒左右两端且与所述主镜筒的外侧壁配合旋紧。

进一步的，所述外罩外侧壁开设有与摄像机配合的M34X0.75-6g螺纹牙。

本发明还提供一种如上述所述的长波红外机械被动式无热化车载镜头的安装方法，包括以下步骤：

步骤S1：将镜片A、AB隔圈、镜片后组B、BC隔圈和镜片C自左向右依次间隔内设于主镜筒内，并且与主镜筒内壁紧密配合；

步骤S2：在主镜筒的左端外侧壁上旋入前压圈，用于固定镜片A；

步骤S3：在主镜筒的右端侧壁上装入弹片，以及在主镜筒的外侧壁套设一伸缩环，后将已装好的主镜筒装入外罩中，最后旋紧后压圈固定，后压圈套设于主镜筒右端与主镜筒外壁配合旋紧，并且用于固定镜片C；

镜头在使用过程中，伸缩环通过热胀冷缩的原理进行伸缩，通过伸缩环长度的推动主镜筒相对外罩位移发生变化，同时通过补偿弹片补偿主镜筒产生的位移变化。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在光学设计时，对8～12μm的宽光谱范围进行像差校正和平衡，使镜头在宽光谱范围都具有优良的像质，实现了宽光谱共焦，这样镜头在中长波范围都能清晰成像；所述镜片A、镜片后组B和镜片C选用高折射、低色散的光学玻璃材料，通过设计和优化，校正了光学镜头的各种像差，使镜头实现高分辨率、大相对孔径、低畸变等优点；畸变较小，相对于旧的结构畸变有了更好的控制；在结构设计时，既保证镜头的同心度、精度和轴向位置的准确, 又尽量使镜头的结构紧凑、美观。由于环境温度的作用镜片热胀冷缩，使镜片曲率半径发生变化 使原先常温下完美的成像效果变得模糊甚至不清晰，采用伸缩环可以一起随温度变化使其伸缩量会有变化来补偿镜片由于温度变化产生的焦面偏移，从而使得成像模糊的现象得到改善使其即使在非常温的环境下仍能保持常温效果，实现了在不同温度情况下镜片之间的空气距变化调整光学系统的成像性能，实现机械被动无热化。所述伸缩环的材料为塑料POM。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明实施例的车载镜头的光学系统示意图；

图2为本发明实施例的车载镜头机械结构示意图。

图中：1-前压圈；2-外罩；3-伸缩环；4-弹片；5-主镜筒；6-AB隔圈；7-BC隔圈；8-后压圈；A-镜片A；B-镜片后组B；C-镜片C。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1～2所示，本发明实施例提供一种长波红外机械被动式无热化车载镜头，所述镜头的光学系统中包括沿光线入射方向自左向右依次间隔设置的光焦度为正的镜片A、光焦度为负的镜片后组B和光焦度为正的镜片C，所述镜片A和镜片C均为正月牙形透镜，所述镜片后组B为负月牙形透镜；所述镜片A和镜片后组B之间的空气间隔为5.21mm，所述镜片后组B和C镜片C的空气间隔为3.78mm；所述镜头还包括一主镜筒5，所述镜片A、镜片后组B和镜片C自左向右依次间隔与所述主镜筒5内壁配合设置。

从上述可知，本发明的有益效果在于：所述镜片A、镜片后组B和镜片C选用高折射、低色散的光学玻璃材料，通过设置镜片A和镜片后组B以及镜片后组B与镜片C的空气间隔，校正了光学镜头的各种像差，使镜头实现高分辨率、大相对孔径、低畸变等优点。在结构设计时，主镜筒5的结构既保证镜头的同心度、精度和轴向位置的准确, 又尽量使镜头的结构紧凑、美观。

在本实施例中，所述镜片A、镜片后组B和镜片C分别设置于所述主镜筒5的前端部、中部和后端部，所述镜片A和镜片后组B之间有设置一用于定位的AB隔圈6，所述镜片后组B和镜片C之间设有一用于定位的BC隔圈7。通过AB隔圈6和BC隔圈7使得所述镜片A和镜片后组B以及镜片后组B和C镜片C之间的空气间隔分别为5.21mm和 3.78mm。

在本实施例中，所述镜头还包括一与所述主镜筒5外侧配合的前罩2，所述前罩2套设于所述主镜筒5外侧壁上，所述主镜筒5外侧壁中部沿周向开设有一凹槽，所述凹槽内套设有一伸缩环3，所述伸缩环3紧密贴设于所述前罩2内侧和主镜筒5外侧壁之间。

在本实施例中，所述前罩2的右端向下延伸有延伸部，所述延伸部与所述主镜筒5的右端壁配合，并且所述延伸部与所述主镜筒5的右端壁之间卡设有一用于主镜筒5与前罩2之间位移的补偿弹片4。镜头在使用过程中，伸缩环3通过热胀冷缩的原理进行伸缩，通过伸缩环3长度的推动主镜筒5相对前罩2位移发生变化，同时通过补偿弹片4补偿主镜筒5产生的位移变化量。

在本实施例中，所述镜片A的左侧和镜片C的右侧分别经一前压圈1和后压圈8固定，所述前压圈1和后压圈8分别套设与所述主镜筒5左右两端且与所述主镜筒5的外侧壁配合旋紧。

在本实施例中，所述前罩2外侧壁开设有与摄像机配合的M34X0.75-6g螺纹牙。

本发明还提供一种如上述所述的长波红外机械被动式无热化车载镜头的安装方法，包括以下步骤：

步骤S1：将镜片A、AB隔圈6、镜片后组B、BC隔圈7和镜片C自左向右依次间隔内设于主镜筒5内，并且与主镜筒5内壁紧密配合；

步骤S2：在主镜筒5的左端外侧壁上旋入前压圈1，用于固定镜片A；

步骤S3：在主镜筒5的右端侧壁上装入弹片4，以及在主镜筒5的外侧壁套设一伸缩环3，后将已装好的主镜筒5装入前罩2中，最后旋紧后压圈8固定，后压圈8套设于主镜筒5右端与主镜筒5外壁配合旋紧，并且用于固定镜片C；

镜头在使用过程中，伸缩环3通过热胀冷缩的原理进行伸缩，通过伸缩环3长度的推动主镜筒5相对前罩2位移发生变化，同时通过补偿弹片4补偿主镜筒5产生的位移变化。

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)焦距：f′=14.5mm；

2)相对孔径F：1.0；

3)视场角：2w≥51°；

4)分辨率：可与640*512 17μm探测器摄像机适配；

5)光路总长∑≤29.95mm，光学后截距l′≥9.62mm；

6)适用谱线范围：8μm~12μm。

综上所述，本发明提供的一种长波红外机械被动式无热化车载镜头及其安装方法，结构紧凑，体积小，重量轻，通过伸缩环的热胀冷缩特性，实现了在不同温度情况下镜片之间的空气距变化调整光学系统的成像性能，实现机械被动无热化。

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