机载轻型120mm中波红外定焦镜头的制作方法

本发明涉及一种机载轻型120mm中波红外定焦镜头。

背景技术：

随着红外光学技术的发展，红外光学成像技术有了长足的发展，其中中波红外制冷型探测器灵敏度比长波红外非制冷型探测器高1-2个数量级，因此，在目标搜索、预警探测、情报侦察等军用和民用领域都有着宽广的应用前景。由于无人机等空载平台空间及载重能力的限制，需要严格把控红外镜头的体积和重量。而现有的中波红外镜头普遍存在体积偏大、重量偏重、成像不清晰、镜头生产加工难度大等缺点，对中波红外镜头的推广与应用产生很多不良的影响。

技术实现要素：

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的中波红外镜头普遍存在体积偏大、重量偏重、成像不清晰、镜头生产加工难度大等缺点。

本发明的具体实施方案是：一种机载轻型120mm中波红外定焦镜头，所述镜头包括镜头内光学系统中沿光线输入至输出方向依次设有第一正弯月透镜a、负弯月透镜b、第二正弯月透镜c、第三正弯月透镜d、双凸正透镜e以及第四正弯月透镜f。

进一步的，所述第一正弯月透镜a和负弯月透镜b之间的空气间隔是1.25mm，所述负弯月透镜b和第二正弯月透镜c之间的空气间隔是7.28mm，所述第二正弯月透镜c和第三正弯月透镜d之间的空气间隔为39.89mm，所述第三正弯月透镜d和双凸正透镜e之间的空气间隔是0.10mm，所述双凸正透镜e和第四正弯月透镜f之间的空气间隔是0.10mm。

进一步的，所述镜头包括主镜筒，所述第一正弯月透镜a、负弯月透镜b、第二正弯月透镜c依次设置于主镜筒的前端，所述主镜筒内具有a片压圈、b片压圈、c片压圈，所述第二正弯月透镜c通过c片压圈固定在主镜筒上，所述负弯月透镜b通过b片压圈固定在主镜筒上，所述第一正弯月透镜a通过a片压圈固定主镜筒上；

主镜筒的前侧设置有调焦镜筒，所述调焦镜筒内依次设置有第三正弯月透镜d、双凸正透镜e以及第四正弯月透镜f，所述调焦镜筒前侧螺纹连接有d片压圈，后侧设置有f片压圈限位，通过d片压圈将调焦镜筒前端压紧，通过f片压圈将调焦镜筒后端压紧。

进一步的，所述调焦镜筒前侧端固定连接有转接法兰，所述转接法兰的后侧设置有调焦电机，所述调焦电机的输出轴固定有调焦电机齿轮，调焦镜筒位于主镜筒内部，主镜筒外部对应调焦镜筒的外部设置有调焦凸轮，所述调焦凸轮外表面具有与调焦电机齿轮配合的齿面，所述调焦镜筒外表面固定连接有贯穿主镜筒插入调焦凸轮内的调焦导钉，所述调焦凸轮具有沿圆周方向斜向设置的调节槽，所述调焦导钉外侧端嵌入调节槽内以带动调焦筒在轴向方向的移动。

进一步的，所述调焦凸轮与转接法兰之间设置有套于主镜筒外部的调焦凸轮压圈，调焦凸轮压圈与调焦凸轮相向面具有钢珠以减小摩擦。

进一步的，所述负弯月透镜b的第二面为非球面。

进一步的，所述非球面满足下列表达式：

式中，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表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；a、b、c、d为高次非球面系数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明具有以下有益效果：（1）在光学设计中，选择合适的系统结构，使得镜头结构简单紧凑，光学系统总长仅有116.5mm；（2）在光学设计中，合理分配了各镜片光焦度及非球面位置，通过调整各镜片的曲率半径，在保证光学系统像质优良同时，降低了镜片的加工难度与成本，减轻了镜片重量；（3）该镜头能与中波红外制冷型320*25630um探测器匹配，成像清晰度高。

附图说明

图1为本发明实施例的光学系统示意图。

图2为本发明实施例的结构装配总图。

图中：21-镜头盖，22-第一正弯月透镜a，23-a片压圈，24-b片压圈，25-负弯月透镜b，26-主镜筒，27-c片压圈，28-第二正弯月透镜c，29-调焦电机，210-调焦电机架，211-调焦电机齿轮，212-外罩筒，213-转接法兰，214-调焦凸轮，215-钢珠，216-调焦凸轮压圈，217-d片压圈，218-调焦镜筒，219-第三正弯月透镜d，220-第四正弯月透镜f，221-调焦导钉，222-f片压圈，223-调焦限位支架，224-微动开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种机载轻型120mm中波红外定焦镜头，所述镜头的光学系统中沿光线自左向右入射方向依次设有第一正弯月透镜a、负弯月透镜b、第二正弯月透镜c、第三正弯月透镜d、双凸正透镜e以及第四正弯月透镜f。

在本实施例中，所述第一正弯月透镜a和负弯月透镜b之间的空气间隔是1.25mm，所述负弯月透镜b和第二正弯月透镜c之间的空气间隔是7.28mm，所述第二正弯月透镜c和第三正弯月透镜d之间的空气间隔为39.89mm，所述第三正弯月透镜d和双凸正透镜e之间的空气间隔是0.10mm，所述双凸正透镜e和第四正弯月透镜f之间的空气间隔是0.10mm。

在本实施例中，所述透镜所使用的材料，除负弯月透镜b所用材料为单晶锗外，其余均为单晶硅材料。

表一、光学元件参数表

在本实施例中，所述负弯月透镜b的第二面为非球面。

在本实施例中，所述非球面满足下列表达式：

式中，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表示镜面的近轴曲率半径；k为圆锥系数；a、b、c、d为高次非球面系数。

表二、非球面数据表

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技术指标：

（1）工作波段：3.7μm-4.8μm；（2）焦距：f′=120mm；（3）探测器：中波红外制冷型320*256，30μm；（4）视场角：4.48°×3.64°；（5）相对孔径d/f′：1/2.0；（6）光学系统总长116.5mm。

如图所示，所述第一正弯月透镜a、负弯月透镜b、第二正弯月透镜c安置在主镜筒27前端，所述第二正弯月透镜c通过c片压圈27固定在主镜筒上，所述负弯月透镜b通过b片压圈24固定在主镜筒26上，所述第一正弯月透镜a通过a片压圈23固定主镜筒上。所述第三正弯月透镜d、双凸正透镜e以及第四正弯月透镜f安置在调焦镜筒218上并通过d片压圈217将前端压紧，f片压圈222将后端压紧的形式将其固定在调焦镜筒内。

所述调焦电机29、调焦凸轮214，调焦镜筒218组成调焦机构。所述调焦镜筒218与主镜筒26研磨配合，所述主镜筒26上加工有调焦行程所述长度的直槽，所述调焦凸轮214上加工有两条线性直槽，所述调焦导钉221安置在调焦镜筒218上并通过主镜筒26上直槽的限制带动调焦镜筒218在主镜筒26内只能做轴向的移动，所述调焦导钉221另一端与调焦凸轮214线性直槽配合，所述调焦电机29上装有调焦电机齿轮211，调焦电机齿轮211与调焦凸轮214上的齿轮啮合，通过调焦电机29通电带动调焦凸轮214做旋转运动，通过调焦凸轮214的转动带动调焦导钉221的运动从而实现聚焦功能。调焦凸轮214两侧装有调焦限位支架223，所述微动开关224安置在调焦限位支架223上，所述连接法兰上还设置有限位开关，所述调焦齿轮的外部具有限位挡钉。在调焦凸轮214运动过程实现调焦的限位和保护作用。

所述调焦凸轮与转接法兰之间设置有套于主镜筒外部的调焦凸轮压圈，调焦凸轮压圈与调焦凸轮相向面具有钢珠以减小摩擦。

本发明具有大通光量、成像清晰、结构轻巧紧凑等特点。在光学设计中，通过选择合适的光学结构，合理分配各镜片光焦度及非球面位置，使得镜片生产加工成本低，结构紧凑轻巧，成像质量优良。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。