抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其光學(xué)系統(tǒng)沿光線入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔是20.5mm，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔是4.3mm。本發(fā)明合理選取光學(xué)材料，提高鏡頭機(jī)械性能；合理分配各鏡片光焦度，以保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)優(yōu)良的同時具有很高的抗沖擊安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)對鏡片的外形參數(shù)給出了一些要求，最終找出安全系數(shù)高且像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)；在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，給出各鏡片適當(dāng)?shù)难b夾角度以提高了鏡頭的沖擊的能力，滿足大過載的環(huán)境要求。
【專利說明】抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于跟蹤偵察的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，屬于夜視偵察鏡頭領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]普通紅外鏡頭一般應(yīng)用于室內(nèi)或者環(huán)境條件較好的室外使用，由于紅外鏡頭具有晚間作用距離遠(yuǎn)、抗干擾性能好，圖像直觀、易于觀察，穿透煙塵、霧霾能力強(qiáng)，可全天候、全天時工作，具有多目標(biāo)全景觀察、追蹤和目標(biāo)識別能力及良好的抗目標(biāo)隱形能力等優(yōu)點(diǎn)，紅外鏡頭的應(yīng)用也越來越廣泛，但一般對沖擊的要求不會很高，在1g以下。對于12000g加速度高強(qiáng)度的沖擊環(huán)境，普通紅外鏡頭的機(jī)械強(qiáng)度不夠，鏡片的強(qiáng)質(zhì)比太小。在大過載的作用下，會使鏡片、鏡頭發(fā)生永久變形、探測器相對位置發(fā)生位移，導(dǎo)致鏡頭的像質(zhì)變壞，理論像面和探測器焦平面位置不重合等，從而導(dǎo)致探測器收集到的圖像模糊甚至完全看不到圖像；更嚴(yán)重的，將可能導(dǎo)致鏡片碎裂。因此，傳統(tǒng)的普通紅外鏡頭不適合在特殊的應(yīng)用環(huán)境中使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有普通紅外鏡頭根本不能滿足12000g加速度高強(qiáng)度的沖擊環(huán)境，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，以適應(yīng)特殊的應(yīng)用環(huán)境。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)沿光線入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔是20.5_，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔是4.3_。
[0005]進(jìn)一步的，所述正透鏡A的孔徑為54.100mm，邊緣厚度為9.000mm，中心厚度為8.700mm，裝夾角度為18.82°。
[0006]進(jìn)一步的，所述負(fù)透鏡B的孔徑為55.266mm,邊緣厚度為2.900mm,中心厚度為
4.500mm，裝夾角度為68.75°。
[0007]進(jìn)一步的，所述正透鏡C的孔徑為25.400mm,邊緣厚度為0.949mm,中心厚度為6.090mm，裝夾角度為67.18°。
[0008]進(jìn)一步的，所述鏡頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括安裝在主體前部的鏡筒，所述正透鏡A安裝在鏡筒前端內(nèi)并由主體前端面頂住，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C依次安裝在鏡筒后端內(nèi)，所述正透鏡C由鏡筒內(nèi)的臺階定位，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間設(shè)置有隔圈，所述負(fù)透鏡B由壓圈壓緊。
[0009]進(jìn)一步的，所述鏡筒前部的周側(cè)壁通過徑向的緊定螺釘緊固于主體外壁，所述鏡筒后部的外凸緣通過軸向的內(nèi)六角圓柱頭螺釘和彈簧墊片固定于主體內(nèi)壁上。
[0010]進(jìn)一步的，所述主體內(nèi)還安裝有電子艙。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)在光學(xué)設(shè)計中，合理選取光學(xué)材料，提高鏡頭機(jī)械性能；(2)在光學(xué)設(shè)計中，合理分配各鏡片光焦度，以保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)優(yōu)良的同時具有很高的抗沖擊安全系數(shù)；(3)根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)對鏡片的外形參數(shù)給出了一些要求，即要求鏡片一定的形狀參數(shù)并通過Solid works分析各鏡片的安全系數(shù)，最終找出安全系數(shù)高且像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)，并可以與長波紅外非制冷型384Χ288，25μπι探測器適配；(4 )在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，給出各鏡片適當(dāng)?shù)难b夾角度以提高了鏡頭的沖擊的能力，滿足大過載的環(huán)境要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為正透鏡A的形狀示意圖。
[0015]圖4為負(fù)透鏡B的形狀示意圖。
[0016]圖5為正透鏡C的形狀示意圖。
[0017]圖1中:A-正透鏡Α，B-負(fù)透鏡B，C-正透鏡C，O-像面。
[0018]圖5中:1_正透鏡Α，2-負(fù)透鏡B，3-壓圈，4-鏡筒，5-緊定螺釘，6-隔圈，7-正透鏡C，8-內(nèi)六角圓柱頭螺釘,9-彈簧墊片，10-主體，11-電子艙。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。
[0020]如圖廣4所示，一種抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)沿光線自左向右入射方向及自下向上入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔H1是20.5mm，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔H2是4.3mm。
[0021]在本實(shí)施例中，由上述鏡片組構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了如下的技術(shù)指標(biāo):(I)工作波段:8μπι-12μπι;(2)焦距:f' =50mm±lmm;(3)探測器:長波紅外非制冷型384X288，像元尺寸 25μπι*25μπι;(4)視場角:10.97° X8.24。;(5)相對孔徑 D/f':1/1 ；(6)光學(xué)體積:60mmX53mmX53mm (長X寬X高)；(7)光學(xué)傳遞含數(shù)(MTF):0視場，不低于
0.5il71p/mm ；0.7 視場，不低于 0.45il71p/mm ； (8)沖擊強(qiáng)度:12000g。
[0022]在本實(shí)施例中，所述正透鏡A的孔徑D1為54.100mm，邊緣厚度B1為9.0OOmm,中心厚度O1為8.700mm，裝夾角度Θ i為18.82° ;所述負(fù)透鏡B的孔徑D2為55.266mm，邊緣厚度B2為2.900mm,中心厚度O2為4.500mm，裝夾角度Θ 2為68.75° ;所述正透鏡C的孔徑D3為25.400mm,邊緣厚度B3為0.949mm,中心厚度O3為6.090mm,裝夾角度Θ 3為67.18。。
[0023]本發(fā)明具備大相對孔徑、抗高強(qiáng)度沖擊和高透過率等特點(diǎn)；使用的力學(xué)的環(huán)境要求為:軸向過載大于等于12000g，反向過載大于等于2000g，橫向過載大于等于2000g。由于產(chǎn)品的過載過大，達(dá)到12000g ;因此在設(shè)計中，合理選取光學(xué)材料，三片鏡片全采用機(jī)械性能更優(yōu)的鍺材料，提高鏡頭機(jī)械性能；合理分配各鏡片光焦度，并根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)對鏡片的外形參數(shù)給出了一些要求，把這些參數(shù)作為光學(xué)設(shè)計的邊界條件，代入ZEMAX光學(xué)程序進(jìn)行計算。設(shè)計的光學(xué)鏡片給出適當(dāng)?shù)陌惭b角度并通過Solid works分析各鏡片的安全系數(shù)，調(diào)整鏡片外形形狀及各鏡片安裝角度，最終找出安全系數(shù)高且像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0024]用Solid works三維程序建模，進(jìn)行有限元分析。如分析結(jié)果不能滿足大過載要求時，對鏡片的形狀參數(shù)進(jìn)行修改，即在滿足光學(xué)指標(biāo)的前提下，盡可能地提高安全系數(shù)指標(biāo)(即減小正透鏡A孔徑，適當(dāng)增加正透鏡A邊緣厚度，減小正透鏡A中心厚度，加大裝夾正透鏡A的角度)。對修改后的鏡片形狀參數(shù)再進(jìn)行光學(xué)計算和三維有限元分析。通過這樣反復(fù)的計算，直到指標(biāo)符合技術(shù)條件要求。把這些設(shè)計結(jié)果用程序進(jìn)行三維建模。并把產(chǎn)品裝配起來，取軸向過載12000g作為本發(fā)明的分析過載(即過載為117600m/s2)。
[0025]另外，本發(fā)明單獨(dú)對正透鏡A、負(fù)透鏡B、正透鏡C取軸向過載12000g進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下:鏡頭所受到的應(yīng)力為68.9MPa，最大位移為31.7 μ m，最小安全系數(shù)為33 ;正透鏡A所受的最大應(yīng)力為2.21 X 17Pa,最大位移為6.33 μ m，最小安全系數(shù)為5.43 ;負(fù)透鏡B所受的最大應(yīng)力為1.49 X 17Pa,最大位移為1.55 μ m，最小安全系數(shù)為8.06 ;正透鏡C所受的最大應(yīng)力為1.59 X 17Pa,最大位移為1.23 μ m，最小安全系數(shù)為7.52。從上述的分析結(jié)果可知，正透鏡A最為薄弱，其所受的最大應(yīng)力為2.21 X 17Pa,最小安全系數(shù)達(dá)到5.43，設(shè)計安全可靠。本發(fā)明通過加工裝配成實(shí)驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行力學(xué)過載實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)品承受ISOOOg過載產(chǎn)品狀態(tài)完好，驗(yàn)證了設(shè)計和計算結(jié)果是正確的。
[0026]如圖5所示，所述鏡頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括安裝在主體前部的鏡筒4，所述正透鏡A安裝在鏡筒4前端內(nèi)并由主體10前端面頂住，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C依次安裝在鏡筒4后端內(nèi)，所述正透鏡C由鏡筒4內(nèi)的臺階定位，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間設(shè)置有隔圈6，所述負(fù)透鏡B由壓圈3壓緊。
[0027]在本實(shí)施例中，所述鏡筒4前部的周側(cè)壁通過徑向的緊定螺釘5緊固于主體10外壁，所述鏡筒4后部的外凸緣通過軸向的內(nèi)六角圓柱頭螺釘8和彈簧墊片9固定于主體10內(nèi)壁上。所述主體10內(nèi)還安裝有電子艙11。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)沿光線入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔是20.5mm,所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔是4.3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述正透鏡A的孔徑為54.100mm,邊緣厚度為9.0OOmm,中心厚度為8.700mm,裝夾角度為18.82。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述負(fù)透鏡B的孔徑為55.266mm,邊緣厚度為2.900mm,中心厚度為4.500mm,裝夾角度為68.75°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述正透鏡C的孔徑為25.400mm,邊緣厚度為0.949mm,中心厚度為6.090mm,裝夾角度為67.18°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括安裝在主體前部的鏡筒，所述正透鏡A安裝在鏡筒前端內(nèi)并由主體前端面頂住，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C依次安裝在鏡筒后端內(nèi)，所述正透鏡C由鏡筒內(nèi)的臺階定位，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間設(shè)置有隔圈，所述負(fù)透鏡B由壓圈壓緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述鏡筒前部的周側(cè)壁通過徑向的緊定螺釘緊固于主體外壁，所述鏡筒后部的外凸緣通過軸向的內(nèi)六角圓柱頭螺釘和彈簧墊片固定于主體內(nèi)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗高強(qiáng)度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述主體內(nèi)還安裝有電子艙。
【文檔編號】G02B1/00GK104297900SQ201410586010
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】陳瀟, 林春生, 黃霞霞, 劉輝, 周寶藏 申請人:福建福光數(shù)碼科技有限公司