本發(fā)明涉及一種f20mm輕便型機(jī)械被動無熱化紅外定焦鏡頭及其使用方法，屬于鏡頭領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著非制冷探測器技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，長波紅外非制冷光學(xué)系統(tǒng)在軍用和民用領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用，因為紅外鏡頭具有抗干擾性能好；晚間作用距離遠(yuǎn)；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)隱形的能力等優(yōu)點，所以對光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量提出了越來越高的要求。但由于紅外光學(xué)材料和機(jī)械材料存在一定的熱效應(yīng)，工作溫度的劇烈變化會對光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，例如引起焦距變化、像面漂移、成像質(zhì)量下降等。因此，為了適應(yīng)不同環(huán)境溫度，要求紅外鏡頭具有一定的溫度自適應(yīng)能力；而且在長時間持續(xù)不斷的監(jiān)控左右下，更要求紅外鏡頭具有大范圍的適應(yīng)不同天氣氣候情況等特點，因此在長時間的監(jiān)測情況下還要鏡頭具有分辨率高、透霧性強(qiáng)、畸變率低，結(jié)構(gòu)簡便，強(qiáng)度可靠、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點。然而，市面上大多數(shù)的鏡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度和成本較高，透霧性差、分辨率低、鏡頭結(jié)構(gòu)長度長、體積大，尤其在夜間監(jiān)測的時候由于環(huán)境溫度基本接近，所以難以區(qū)分所監(jiān)測的事物的形態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對以上不足之處，提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的f20mm輕便型機(jī)械被動無熱化紅外定焦鏡頭及其使用方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種f20mm輕便型機(jī)械被動無熱化紅外定焦鏡頭，包括外罩以及設(shè)置在外罩內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線從左向右入射方向依次設(shè)有正光焦鏡片A、負(fù)光焦鏡片B和正光焦鏡片C，所述外罩的內(nèi)部后端螺接有后鏡筒，所述外罩的內(nèi)部前端設(shè)置有前鏡筒，所述正光焦鏡片A安裝于前鏡筒內(nèi)，所述正光焦鏡片A的前端經(jīng)螺接在前鏡筒上的前壓圈進(jìn)行固定，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C安裝于后鏡筒內(nèi)，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C之間設(shè)有BC隔圈，所述正光焦鏡片C的后端經(jīng)螺接在后鏡筒上的后壓圈進(jìn)行固定，所述前鏡筒的后端面設(shè)有一外徑大于前鏡筒的圓形定位凸臺，所述圓形定位凸臺與后鏡筒之間設(shè)有彈片，所述前鏡筒的前端周部設(shè)有螺接在外罩上的前擋圈，所述前擋圈與前鏡筒的前端周部之間設(shè)有O型圈，所述前擋圈與圓形定位凸臺之間設(shè)有伸縮環(huán)，所述正光焦鏡片A與負(fù)光焦鏡片B之間的空氣間隔是1mm，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C之間的空氣間隔是12mm。

進(jìn)一步的，所述前鏡筒包括第一筒體，所述第一筒體的內(nèi)部設(shè)有一定位臺階面，所述定位臺階面的中部開設(shè)有通光通道，所述定位臺階面的前端面上開設(shè)有與正光焦鏡片A的外輪廓相適應(yīng)的定位凹槽，所述正光焦鏡片A的后端面嵌于定位凹槽內(nèi)，所述定位臺階面將第一筒體的內(nèi)部分隔成位于前端的前內(nèi)筒、位于后端的后內(nèi)筒，所述正光焦鏡片A與前壓圈位于前內(nèi)筒中。

進(jìn)一步的，所述后鏡筒包括第二筒體，所述第二筒體的前端嵌入后內(nèi)筒中，所述第二筒體的中部外周設(shè)有外徑大于第二筒體的圓形連接凸臺，所述圓形連接凸臺螺接于外罩內(nèi)周壁，所述彈片安裝于圓形定位凸臺與圓形連接凸臺之間，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C安裝于第二筒體內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述伸縮環(huán)由塑料制成，所述彈片由金屬制成。

一種f20mm輕便型機(jī)械被動無熱化紅外定焦鏡頭的使用方法，包含以下步驟：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，由于正光焦鏡片A、負(fù)光焦鏡片B和正光焦鏡片C同時發(fā)生膨脹導(dǎo)致原先的焦面向前發(fā)生偏移導(dǎo)致模糊，此時伸縮環(huán)膨脹推動前鏡筒壓縮彈片使正光焦鏡片A、負(fù)光焦鏡片B的空氣距變小，彌補(bǔ)原先向前偏移的焦面，使其恢復(fù)到常溫狀態(tài)下清晰畫面。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）具有高的成像分辨率、高穿透性，能夠捕捉細(xì)小溫度變化的物體；

（2）結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小便于攜帶，制作成本低廉，適宜規(guī)?；a(chǎn)；

（3）在鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以進(jìn)行剛度計算，適當(dāng)增加壁厚，提高固有頻率，提高鏡頭的抗振能力，保證系統(tǒng)的使用要求，保證鏡頭的密封性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。

圖1為該發(fā)明實施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2為該發(fā)明實施例的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

A-正光焦鏡片A；B-負(fù)光焦鏡片B；C-正光焦鏡片C；1-外罩；2-前鏡筒；3-前壓圈；4-BC隔圈；5-后壓圈；6-圓形定位凸臺；7-彈片；8-前擋圈；9-O型圈；10-伸縮環(huán)；11-第一筒體；12-定位臺階面；13-前內(nèi)筒；14-后內(nèi)筒；15-第二筒體；16-圓形連接凸臺；17-后鏡筒。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1～2所示，一種f20mm輕便型機(jī)械被動無熱化紅外定焦鏡頭，包括外罩1以及設(shè)置在外罩內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線從左向右入射方向依次設(shè)有正光焦鏡片A、負(fù)光焦鏡片B和正光焦鏡片C，所述外罩的內(nèi)部后端螺接有后鏡筒17，所述外罩的內(nèi)部前端設(shè)置有前鏡筒2，所述正光焦鏡片A安裝于前鏡筒內(nèi)，所述正光焦鏡片A的前端經(jīng)螺接在前鏡筒上的前壓圈3進(jìn)行固定，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C安裝于后鏡筒內(nèi)，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C之間設(shè)有BC隔圈4，所述正光焦鏡片C的后端經(jīng)螺接在后鏡筒上的后壓圈5進(jìn)行固定，所述前鏡筒的后端面設(shè)有一外徑大于前鏡筒的圓形定位凸臺6，所述圓形定位凸臺與后鏡筒之間設(shè)有彈片7，所述前鏡筒的前端周部設(shè)有螺接在外罩上的前擋圈8，所述前擋圈與前鏡筒的前端周部之間設(shè)有O型圈9，所述前擋圈與圓形定位凸臺之間設(shè)有伸縮環(huán)10，所述正光焦鏡片A與負(fù)光焦鏡片B之間的空氣間隔是1mm，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C之間的空氣間隔是12mm。

在本實施例中，所述前鏡筒包括第一筒體11，所述第一筒體的內(nèi)部設(shè)有一定位臺階面12，所述定位臺階面的中部開設(shè)有通光通道，所述定位臺階面的前端面上開設(shè)有與正光焦鏡片A的外輪廓相適應(yīng)的定位凹槽，所述正光焦鏡片A的后端面嵌于定位凹槽內(nèi)，所述定位臺階面將第一筒體的內(nèi)部分隔成位于前端的前內(nèi)筒13、位于后端的后內(nèi)筒14，所述正光焦鏡片A與前壓圈位于前內(nèi)筒中。

在本實施例中，所述后鏡筒包括第二筒體15，所述第二筒體的前端嵌入后內(nèi)筒中，所述第二筒體的中部外周設(shè)有外徑大于第二筒體的圓形連接凸臺16，所述圓形連接凸臺螺接于外罩內(nèi)周壁，所述彈片安裝于圓形定位凸臺與圓形連接凸臺之間，所述負(fù)光焦鏡片B與正光焦鏡片C安裝于第二筒體內(nèi)。

在本實施例中，所述伸縮環(huán)由塑料制成，所述彈片由金屬制成。

一種f20mm輕便型機(jī)械被動無熱化紅外定焦鏡頭的使用方法，包含以下步驟：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，由于正光焦鏡片A、負(fù)光焦鏡片B和正光焦鏡片C同時發(fā)生膨脹導(dǎo)致原先的焦面向前發(fā)生偏移導(dǎo)致模糊，此時伸縮環(huán)膨脹推動前鏡筒壓縮彈片使正光焦鏡片A、負(fù)光焦鏡片B的空氣距變小，彌補(bǔ)原先向前偏移的焦面，使其恢復(fù)到常溫狀態(tài)下清晰畫面。

在本實施例中，由上述鏡片組構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了如下的光學(xué)指標(biāo)：

（1）工作波段：8μm-12μm；

（2）焦距：f′=20mm；

（3）探測器：長波紅外非制冷型640×512，17μm；

（4）視場角FOV：38°；

（5）相對孔徑D/ f′：1/1.0；

（6）光學(xué)體積：?44mm×26.1mm（直徑×長度）。

以下表格的數(shù)據(jù)，將說明本發(fā)明實施例的光學(xué)參數(shù)。

表一：各鏡片參數(shù)：

非球面具體面型方程如下：

Z為非球面沿光軸方向在高度為r的位置時，距非球面頂點的距離矢高，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。

曲率半徑是指每個表面的曲率半徑，間距是相鄰兩表面間的間距，舉例說明，S1、S2分別是正光焦鏡片A遠(yuǎn)離與鄰近負(fù)光焦鏡片B的表面，S1的間距是指S1與S2表面之間的中心間距，其它依此類推。

本發(fā)明根據(jù)不同環(huán)境情況下鏡頭的焦面的偏移量選用合適的機(jī)械結(jié)構(gòu)和伸縮環(huán)材料，讓鏡頭在-30℃~80℃的鏡頭下能夠保持良好的成像效果，實現(xiàn)溫度自適應(yīng)的機(jī)械被動無熱化；本發(fā)明具有經(jīng)濟(jì)實用性強(qiáng)、無熱化穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、高清低畸變率、透霧性強(qiáng)、安裝方便等特點；在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，合理運(yùn)用不同材料間的熱膨脹系數(shù)的差異，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，實現(xiàn)溫度自適應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)無熱化特點，可以與長波紅外非制冷型640*512，17μm探測器適配，執(zhí)行實況記錄和安防監(jiān)控任務(wù)。

本發(fā)明在結(jié)構(gòu)設(shè)計中機(jī)械被動式無熱化利用伸縮環(huán)來消除溫度的影響，在較大范圍內(nèi)保持像質(zhì)穩(wěn)定，實現(xiàn)溫度自適應(yīng)的機(jī)械無熱化，使紅外光學(xué)系統(tǒng)能夠在一個較大的溫度范圍內(nèi)保持良好的成像質(zhì)量；另外市面上大多數(shù)的鏡頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜、所需的零部件較多，不僅增加了制造成本還使安裝變得復(fù)雜，人工成本大大提高，本次采用固定式設(shè)計，避免了二次調(diào)整后截距的麻煩，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)極其輕巧，安裝簡單方便，大大降低了成本。

本發(fā)明在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，可以采取一系列措施，如適當(dāng)增加壁厚，可以提高鏡頭耐振動、沖擊的能力；可以采用2024鋁合金作為鏡頭的結(jié)構(gòu)件，可以提升鏡頭的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性，更進(jìn)一步減重，實現(xiàn)輕量化設(shè)計，加工簡單、成本較低，進(jìn)一步實現(xiàn)鏡頭的經(jīng)濟(jì)實用性，提高鏡頭市場競爭力。

上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。