長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向依次設(shè)有前組A和后組B，所述前組A依次設(shè)有正透鏡A-1、負(fù)透鏡A-2、正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4，所述后組B依次設(shè)有正透鏡B-1、負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3。本發(fā)明具有高成像質(zhì)量、高空間分辨率、大口徑、大視場(chǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧等特點(diǎn)。在光路設(shè)計(jì)中，選用鍺、硒化鋅和IRG205三種紅外材料，選用中間有一次像面的光學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)成像質(zhì)量良好，光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可以與長(zhǎng)波紅外制冷型640×512，25μm探測(cè)器適配，用于全天候全天時(shí)對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)、偵察和跟蹤。
【專(zhuān)利說(shuō)明】長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，用于全天候全天時(shí)對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)、偵察和跟蹤，屬于鏡頭領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代化制冷型探測(cè)器中集成了一個(gè)低溫制冷器，這種裝置可以使傳感器降溫度，以降低探測(cè)器溫度，使得熱噪聲信號(hào)低于成像信號(hào)。絕大部分工作在陸地上的溫度目標(biāo)都會(huì)輻射8?12 μ m波段光譜。制冷型長(zhǎng)波紅外成像系統(tǒng)溫度分辨率高，靈敏度高；抗干擾性好、隱蔽性好；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(shí)工作等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于紅外夜視、紅外偵察以及紅外制導(dǎo)等方面。
[0003]遠(yuǎn)距離熱紅外監(jiān)測(cè)需要使用長(zhǎng)焦距鏡頭，非制冷紅外成像系統(tǒng)的鏡頭成本會(huì)隨著焦距的增大而迅速增加，因此大多數(shù)非制冷鏡頭是短焦鏡頭。焦距短，口徑小，系統(tǒng)的作用距離近，無(wú)法滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離熱紅外監(jiān)測(cè)的需求。顯然，研制大口徑、長(zhǎng)焦距、作用距離遠(yuǎn)的長(zhǎng)波紅外制冷型成像系統(tǒng)，克服上述缺陷是本發(fā)明的研究目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，該鏡頭具有空間分辨率高、大口徑、大視場(chǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧的性能。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向依次設(shè)有前組A和后組B，所述前組A依次設(shè)有正透鏡A-1、負(fù)透鏡A-2、正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4，所述后組B依次設(shè)有正透鏡B-1、負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3。
[0006]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述前組A和后組B之間的空氣間隔是39.2_。
[0007]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述前組A中的正透鏡A-1和負(fù)透鏡A-2之間的空氣間隔是164.4mm,所述負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3之間的空氣間隔是9.4mm,所述正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4之間的空氣間隔是80.8_。
[0008]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述后組B中的正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2之間的空氣間隔是25.4mm，所述負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3之間的空氣間隔是16mm。
[0009]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述鏡頭的結(jié)構(gòu)包括用以固定鏡頭的中鏡筒，所述中鏡筒兩端分別通過(guò)前支撐架和后支撐架與底板連接。
[0010]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述中鏡筒前端與聯(lián)接筒連接，所述聯(lián)接筒前端與前鏡筒連接，所述前鏡筒前部?jī)?nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)正透鏡A-ι的A片鏡座。
[0011]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述中鏡筒前端內(nèi)壁與調(diào)焦鏡筒連接，所述調(diào)焦鏡筒前端內(nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3的BC鏡座，所述調(diào)焦鏡筒外部設(shè)有用以安設(shè)調(diào)焦電機(jī)的電機(jī)架。
[0012]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述中鏡筒后端內(nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)負(fù)透鏡A-4、正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2的后鏡座。
[0013]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述中鏡筒后端與法蘭盤(pán)連接，所述法蘭盤(pán)前端內(nèi)壁安設(shè)正透鏡B-3，所述法蘭盤(pán)后端與用以安設(shè)紅外探測(cè)器的探測(cè)器架連接。
[0014]在進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述中鏡筒后端與后艙連接，所述后艙與制冷器艙連接連接。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明具有高成像質(zhì)量、高空間分辨率、大口徑、大視場(chǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧等特點(diǎn)。在光路設(shè)計(jì)中，選用鍺、硒化鋅和IRG205三種紅外材料，選用中間有一次像面的光學(xué)結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算機(jī)光學(xué)輔助軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)成像質(zhì)量良好，光學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可以與長(zhǎng)波紅外制冷型640X512,25 μ m探測(cè)器適配，用于全天候全天時(shí)對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)、偵察和跟蹤。
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)主視示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)右視示意圖。 [0020]圖中:1-正透鏡A-l，2-A片鏡座，3-前鏡筒，4_聯(lián)接筒，5_前支撐架，6_調(diào)焦鏡筒，7-電機(jī)架，8-調(diào)焦電機(jī)，9-D片鏡座，10-負(fù)透鏡A-4，11 -后鏡座，12-正透鏡B-1，13-負(fù)透鏡B-2，14-法蘭盤(pán)，15-正透鏡B-3，16-探測(cè)器架，17-后艙，18-探測(cè)器，19-內(nèi)六角螺釘，20-內(nèi)六角螺釘，21-0型密封圈，22-內(nèi)六角螺釘，23-0型密封圈，24-后支撐架，25-中鏡筒，26-底板，27-內(nèi)六角螺釘，28-正透鏡A-3，29-BC鏡座，30-移動(dòng)座，31-負(fù)透鏡A-2，32-內(nèi)六角螺釘，33-內(nèi)六角螺釘，34-0型密封圈，35-內(nèi)六角螺釘，36-0型密封圈，37-0型密封圈，38-0型密封圈，39-制冷器艙，40-內(nèi)六角螺釘；A-前組，A-1-正透鏡，A-2-負(fù)透鏡，A-3-正透鏡，A-4-負(fù)透鏡，B-后組，B-1-正透鏡，B-2-負(fù)透鏡，B-3-正透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，一種長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向依次設(shè)有前組A和后組B，所述前組A依次設(shè)有正透鏡A-1、負(fù)透鏡A-2、正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4，所述后組B依次設(shè)有正透鏡B-1、負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3。
[0022]在本實(shí)施例中，所述前組A和后組B之間的空氣間隔是39.2mm ;所述前組A中的正透鏡A-1和負(fù)透鏡A-2之間的空氣間隔是164.4mm,所述負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3之間的空氣間隔是9.4mm,所述正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4之間的空氣間隔是80.8mm ;所述后組B中的正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2之間的空氣間隔是25.4mm，所述負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3之間的空氣間隔是16mm。
[0023]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)到了如下的光學(xué)指標(biāo):(I)工作波段:8 μ m-12 μ m ; (2)焦距:f' =407mm ；(3)探測(cè)器:長(zhǎng)波紅外制冷型640X512, 25 μ m ；
(4)視場(chǎng)角:2.25° X 1.8° ; (5)相對(duì)孔徑 D/ 廣:1/1.67 ; (6)光學(xué)長(zhǎng)度Σ L: 440mm。
[0024]在本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)100%冷光闌效率，在光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，采用二次成像結(jié)構(gòu)，以減小系統(tǒng)的徑向尺寸。選擇合理的初始結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，光學(xué)系統(tǒng)前組由正透鏡A-1、負(fù)透鏡A-2、正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4組成。在設(shè)計(jì)中，盡量使負(fù)透鏡A-2、正透鏡A-3遠(yuǎn)離正透鏡A-1，使其口徑盡量小，減小光學(xué)重量及成本；后組由正透鏡B-1、負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3組成；設(shè)計(jì)中，在正透鏡A-3、正透鏡B-3前表面分別采用偶次非球面，使得光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化，成像質(zhì)量良好。為了滿(mǎn)足高低溫和遠(yuǎn)近距要求，系統(tǒng)通過(guò)負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3來(lái)實(shí)現(xiàn)高低溫補(bǔ)償(在-30°C到+50°C溫度)及遠(yuǎn)近距補(bǔ)償。
[0025]如圖2?3所示，所述鏡頭的結(jié)構(gòu)包括用以固定鏡頭的中鏡筒25，所述中鏡筒25兩端分別通過(guò)前支撐架5和后支撐架24與底板26連接。所述中鏡筒25前端與聯(lián)接筒4連接，所述聯(lián)接筒4前端與前鏡筒3連接，前鏡筒3后端與聯(lián)接筒4前端通過(guò)8個(gè)內(nèi)六角螺釘35連接并緊固，聯(lián)接筒4后端與中鏡筒25前端通過(guò)8個(gè)內(nèi)六角螺釘33連接并緊固。所述前鏡筒3前部?jī)?nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)正透鏡A-1的A片鏡座2，A片鏡座2從前鏡筒3的前端裝入，A片鏡座2與前鏡筒3采用螺紋及主正面配合，能夠有效保證同心度需求。正透鏡A-1用壓圈固緊于A片鏡座2內(nèi)。在正透鏡A-1與A片鏡座2、A片鏡座2與前鏡筒3、前鏡筒3與聯(lián)接筒4、聯(lián)接筒4與中鏡筒25配合處均安設(shè)有O型密封圈，保證鏡頭的密封性能。所有螺紋配合處均點(diǎn)注蟲(chóng)膠，此方法有助于提高光學(xué)鏡頭部分的耐振動(dòng)和耐沖擊性能，提高整體鏡頭的抗震性能。
[0026]在本實(shí)施例中，所述中鏡筒25前端內(nèi)壁通過(guò)6個(gè)內(nèi)六角螺釘32與調(diào)焦鏡筒6連接，所述調(diào)焦鏡筒6前端內(nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3的BC鏡座29，負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3通過(guò)隔圈與壓圈安設(shè)于BC鏡座29內(nèi)。BC鏡座29與移動(dòng)座30采用螺紋及主正面配合，能夠有效保證同心度需求。移動(dòng)座30安設(shè)于調(diào)焦鏡筒6前端內(nèi)壁。所述調(diào)焦鏡筒6外部通過(guò)螺釘連接用以安設(shè)調(diào)焦電機(jī)8的電機(jī)架7。所有螺紋配合處均點(diǎn)注蟲(chóng)膠。
[0027]在本實(shí)施例中，所述中鏡筒25后端內(nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)負(fù)透鏡A-4、正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2的后鏡座11，正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2通過(guò)隔圈與壓圈安設(shè)于后鏡座11內(nèi)，負(fù)透鏡A-4通過(guò)壓圈安設(shè)于D片鏡座9內(nèi)。D片鏡座9通過(guò)螺紋及主正面與后鏡座11前端內(nèi)壁連接，后鏡座11通過(guò)4個(gè)內(nèi)六角螺釘27與中鏡筒25后端內(nèi)壁連接。所述中鏡筒25后端通過(guò)6個(gè)內(nèi)六角螺釘20與法蘭盤(pán)14連接，所述法蘭盤(pán)14前端內(nèi)壁安設(shè)正透鏡B-3，正透鏡B-3通過(guò)壓圈安設(shè)于法蘭盤(pán)14內(nèi)。正透鏡B-3與法蘭盤(pán)14、法蘭盤(pán)14與中鏡筒25配合處均安設(shè)有O型密封圈。所有螺紋配合處均點(diǎn)注蟲(chóng)膠。
[0028]在本實(shí)施例中，所述法蘭盤(pán)14后端通過(guò)4個(gè)內(nèi)六角螺釘19與用以安設(shè)紅外探測(cè)器18的探測(cè)器架16連接。所述中鏡筒25后端通過(guò)6個(gè)內(nèi)六角螺釘22與后艙17連接，所述后艙17通過(guò)10個(gè)內(nèi)六角螺釘40與制冷器艙39連接連接。后艙17與中鏡筒25、后艙17與制冷器艙39配合處均安設(shè)有O型密封圈。所有螺紋配合處均點(diǎn)注蟲(chóng)膠。
[0029]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
(I)在光學(xué)設(shè)計(jì)中，合理分配前組A和后組B的光焦度，可以通過(guò)鍺、硒化鋅和IRG205三種紅外材料配合，采用兩個(gè)非球面，使鏡頭達(dá)到長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的性能指標(biāo)；
(2 )在光學(xué)設(shè)計(jì)中，通過(guò)負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3同時(shí)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)高低溫補(bǔ)償和遠(yuǎn)近距補(bǔ)償，來(lái)保證鏡頭在高低溫環(huán)境下及遠(yuǎn)近距中的使用要求； (3)在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，采取一系列措施，提高了鏡頭耐振動(dòng)、沖擊的能力；
(4)在鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行了剛度計(jì)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。同時(shí)各密封部位采用O型密封圈密封，保證鏡頭的密封性倉(cāng)泛。
[0030] 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(qǐng)專(zhuān)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】
1.一種長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自左向右入射方向依次設(shè)有前組A和后組B，所述前組A依次設(shè)有正透鏡A-1、負(fù)透鏡A-2、正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4，所述后組B依次設(shè)有正透鏡B-1、負(fù)透鏡B-2和正透鏡 B-3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述前組A和后組B之間的空氣間隔是39.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述前組A中的正透鏡A-1和負(fù)透鏡A-2之間的空氣間隔是164.4mm，所述負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3之間的空氣間隔是9.4mm,所述正透鏡A-3和負(fù)透鏡A-4之間的空氣間隔是80.8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述后組B中的正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2之間的空氣間隔是25.4mm,所述負(fù)透鏡B-2和正透鏡B-3之間的空氣間隔是16mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的結(jié)構(gòu)包括用以固定鏡頭的中鏡筒，所述中鏡筒兩端分別通過(guò)前支撐架和后支撐架與底板連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒前端與聯(lián)接筒連接，所述聯(lián)接筒前端與前鏡筒連接，所述前鏡筒前部?jī)?nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)正透鏡A-1的A片鏡座。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒前端內(nèi)壁與調(diào)焦鏡筒連接，所述調(diào)焦鏡筒前端內(nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)負(fù)透鏡A-2和正透鏡A-3的BC鏡座，所述調(diào)焦鏡筒外部設(shè)有用以安設(shè)調(diào)焦電機(jī)的電機(jī)架。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒后端內(nèi)壁上設(shè)有用以安設(shè)負(fù)透鏡A-4、正透鏡B-1和負(fù)透鏡B-2的后鏡座。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒后端與法蘭盤(pán)連接，所述法蘭盤(pán)前端內(nèi)壁安設(shè)正透鏡B-3，所述法蘭盤(pán)后端與用以安設(shè)紅外探測(cè)器的探測(cè)器架連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的長(zhǎng)波紅外制冷型長(zhǎng)焦距、大口徑、大視場(chǎng)鏡頭，其特征在于:所述中鏡筒后端與后艙連接，所述后艙與制冷器艙連接連接。
【文檔編號(hào)】G02B13/14GK103631003SQ201310600051
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】肖維軍, 陳瀟, 張清蘇, 鄭煒亮 申請(qǐng)人:福建福光數(shù)碼科技有限公司