高透过率型远红外长波定焦镜头的制作方法

本实用新型涉及一种高透过率型远红外长波定焦镜头，属于光学镜头装置技术领域。

背景技术：

长波红外镜头一般多采用锗材料优化设计，但锗材料随温度的变化折射率也会发生改变，进而使光学系统的最佳像面发生偏移，降低了光学成像质量，图像模糊不清，对比度下降，最终影响镜头的成像性能。

随着光学工艺及加工技术的发展，红外镜头的使用也越来越广泛，但红外镜头对温度的敏感度，相较可见光而言更为敏感。为了适应特殊的应用场合，不仅要求红外镜头具备大相对孔径，还要求红外镜头能适应恶劣环境，具有温度自适应能力。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种具备大相对孔径、稳定性好的高透过率型远红外长波定焦镜头，能够自适应补偿因温度变化引起的像面偏移。

本实用新型采用以下方案实现：一种高透过率型远红外长波定焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有正月牙形透镜A、负月牙形透镜B和正月牙形透镜C；所述镜头的机械结构包括用以安装透镜的主镜筒，位于主镜筒外围设置有套筒，套筒与主镜筒之间形成一环形槽，所述环形槽内设置有通过热胀冷缩实现伸缩以推动主镜筒前后移动的伸缩环；位于套筒后端具有顶着主镜筒后端部的后挡圈，主镜筒与后挡圈之间夹设有弹片。

进一步的，所述正月牙形透镜A和负月牙形透镜B之间的空气间隔是9.23mm，所述负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间的空气间隔是3.34mm。

进一步的，所述套筒外围还套设有用以与探测器连接的外套，外套与套筒之前通过螺纹连接；所述外套上具有一限位钉，所述套筒上具有与限位钉配合的限位槽以限制套筒前后位移量；外套上还穿设有用以锁紧套筒的锁紧钉。

进一步的，所述伸缩环为两个并采用POM材质，分别是位于内侧的第一伸缩环和位于外侧的第二伸缩环，第一伸缩环与第二伸缩环之间夹设有固定环，第一伸缩环的后端顶在主镜筒上，第二伸缩环前端顶在套筒上，固定环后端向上弯折并顶着第二伸缩环后端，固定环前端向下弯折并顶着第一伸缩环前端。

进一步的，所述正月牙形透镜A前端边沿顶着主镜筒内孔前端的凸环上，正月牙形透镜A与负月牙形透镜B之间夹设有第一隔圈，负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间夹设有第二隔圈，主镜筒后端旋接有顶着正月牙形透镜C后端边沿的后压圈。

进一步的，主镜筒与套筒之间套设有第一密封圈，套筒与外套之间套设有第二密封圈。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：（1）具备大相对孔径，通过热胀冷缩带动整组镜头移动来实现高低温环境的温度补偿，以满足镜头对温度的自适应性能，能适应恶劣环境，稳定性好；（2）可手动调节方式进行手动调节焦距使成像更简便轻松；（3）主镜筒采用一体化设计，并具有良好的密封性能。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1为实用新型实施例的光学系统示意图；

图2为实用新型实施例的机械机构示意图；

图中标号说明：1-套筒，2- 第二密封圈，3-第二伸缩环，4-限位钉，5-固定环，6-主镜筒，7-后挡圈，8-外套，9- 第一密封圈，10-第一伸缩环，11-第一隔圈，12-锁紧钉，13-弹片，14-第二隔圈，15-后压圈、16-正月牙形透镜A、17-负月牙形透镜B、18-正月牙形透镜C。

具体实施方式

如图1~2所示，一种高透过率型远红外长波定焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自前向后入射方向依次设有正月牙形透镜A、负月牙形透镜B和正月牙形透镜C；所述镜头的机械结构包括用以安装透镜的主镜筒6，位于主镜筒6外围设置有套筒1，套筒1与主镜筒6之间形成一环形槽，所述环形槽内设置有通过热胀冷缩实现伸缩以推动主镜筒前后移动的伸缩环；位于套筒后端具有顶着主镜筒后端部的后挡圈7，后挡圈7旋接于套筒后端，主镜筒6与后挡圈7之间夹设有弹片13，后挡圈用于定位主镜筒位置，并通过伸缩环的热胀冷缩的原理实现主镜筒移动以补偿温度对透镜折射率的影响，保证成像质量。

在本实施例中，所述正月牙形透镜A和负月牙形透镜B之间的空气间隔是9.23mm，所述负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间的空气间隔是3.34mm。

在本实施例中，所有镜片的光学材料均为锗，正月牙形透镜A、负月牙形透镜B和正月牙形透镜C的折射率均为4.004，正月牙形透镜A前镜面和后镜面的曲率半径分别为24.03mm和81.87mm，负月牙形透镜B前镜面为非球面，负月牙形透镜B后镜面的曲率半径分别为15.23，正月牙形透镜C前镜面和后镜面的曲率半径分别为24.84mm和19.6mm。

负月牙形透镜B前镜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；

其中：c=1/R, R=-20.256, k=0, A=0,B=-8.482E-005,C=-5.214E-0.07,

D=-2.0146E-010,E=-3.5012E-013。

正月牙形透镜A的厚度为3.95mm，负月牙形透镜B的厚度为4.2mm，正月牙形透镜C的厚度为3.18mm，正月牙形透镜C后镜面与像面之间的间距为9.95mm。

由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的技术指标：

（1）工作波段：8μm-12μm；

（2）焦距：f′=15mm；

（3）探测器：长波红外非制冷型640×512，17μm；

（4）视场角FOV：49°；

（5）相对孔径D/ f′：1/1；

（6）光学体积：∅42mm×30.8mm（直径×长度）。

本实用新型镜头具备大相对孔径、机械被动式无热化和高透过率等特点；在光学设计中，合理分配光焦度，依靠不同膨胀系数的镜筒材料组合通过热胀冷缩来实现主镜筒移动以补偿像面漂移，实现温度自适应的机械被动式无热化特点，使红外光学系统能够在-40℃~+80℃的温度范围内保持良好的成像质量，可以与长波红外非制冷型640×480，17μm探测器适配，进行实况记录和监控任务。

在本实施例中，所述套筒外围还套设有用以与探测器连接的外套8，所述外罩后端设计了M34x0.75-6g的螺纹牙和探测器配合；外套8与套筒1之前通过螺纹连接；所述外套8上具有一限位钉4，所述套筒上具有与限位钉配合的限位槽以限制套筒前后位移量；外套上还穿设有用以锁紧套筒1的锁紧钉12；通过转动套筒带动整个主镜筒前后移动以实现焦距的手动调节，调节完毕后拧紧锁紧12便固定住套筒的位置。

在本实施例中，所述伸缩环为两个并采用POM材质，分别是位于内侧的第一伸缩环10和位于外侧的第二伸缩环3，第一伸缩环10与第二伸缩环3之间夹设有固定环5，第一伸缩环10的后端顶在主镜筒6上，第二伸缩环3前端顶在套筒1上，固定环后端向上弯折并顶着第二伸缩环后端，固定环前端向下弯折并顶着第一伸缩环前端。

在本实施例中，所述正月牙形透镜A前端边沿顶着主镜筒内孔前端的凸环上，正月牙形透镜A与负月牙形透镜B之间夹设有第一隔圈11，负月牙形透镜B和正月牙形透镜C之间夹设有第二隔圈14，主镜筒后端旋接有顶着正月牙形透镜C后端边沿的后压圈15。

在本实施例中，主镜筒6与套筒1之间套设有第一密封圈9，套筒与外套之间套设有第二密封圈2；密封圈保证镜头的密封性能，同时能够增大主镜筒与套筒之间以及套筒与外套之间的阻力，增加转动阻尼力，提高转动手感。

本实用新型具备大相对孔径、机械被动式无热化和高透过率等特点；在光学设计中，合理分配光焦度，依靠不同膨胀系数的镜筒材料组合以推动正透镜A移动以补偿像面漂移，实现温度自适应的机械被动式无热化特点。可以与长波红外非制冷型640×480，17μm探测器适配，进行实况记录和监控任务。

本实用新型高透过率型远红外长波定焦镜头：可手动调节方式进行手动调节焦距使成像更简便轻松；在光学设计中，合理分配各镜片光焦度，以保证光学系统像质优良；采用非球面设计校正系统像差，使得系统结构紧凑；通过热胀冷缩带动整组镜头移动来实现高低温环境的温度补偿，以满足镜头对温度的自适应性能；同时主镜筒采用一体化设计，具有良好的密封性能；在镜头结构设计中可以进行了刚度计算，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；同时，各密封部位采用O型密封圈密封，保证镜头的密封性能。

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。