本發(fā)明涉及一種高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭及其工作方法，屬于光學(xué)鏡頭裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

長波紅外鏡頭一般多采用鍺材料優(yōu)化設(shè)計，但鍺材料隨溫度的變化折射率也會發(fā)生改變，進而使光學(xué)系統(tǒng)的最佳像面發(fā)生偏移，降低了光學(xué)成像質(zhì)量，圖像模糊不清，對比度下降，最終影響鏡頭的成像性能。

隨著光學(xué)工藝及加工技術(shù)的發(fā)展，紅外鏡頭的使用也越來越廣泛，但紅外鏡頭對溫度的敏感度，相較可見光而言更為敏感。為了適應(yīng)特殊的應(yīng)用場合，不僅要求紅外鏡頭具備大相對孔徑，還要求紅外鏡頭能適應(yīng)惡劣環(huán)境，具有溫度自適應(yīng)能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具備大相對孔徑、穩(wěn)定性好的高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭及其工作方法，能夠自適應(yīng)補償因溫度變化引起的像面偏移。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自前向后入射方向依次設(shè)有正月牙形透鏡A、負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C；所述鏡頭的機械結(jié)構(gòu)包括用以安裝透鏡的主鏡筒，位于主鏡筒外圍設(shè)置有套筒，套筒與主鏡筒之間形成一環(huán)形槽，所述環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有通過熱脹冷縮實現(xiàn)伸縮以推動主鏡筒前后移動的伸縮環(huán)；位于套筒后端具有頂著主鏡筒后端部的后擋圈，主鏡筒與后擋圈之間夾設(shè)有彈片。

進一步的，所述正月牙形透鏡A和負(fù)月牙形透鏡B之間的空氣間隔是9.23mm，所述負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C之間的空氣間隔是3.34mm。

進一步的，所述套筒外圍還套設(shè)有用以與探測器連接的外套，外套與套筒之前通過螺紋連接；所述外套上具有一限位釘，所述套筒上具有與限位釘配合的限位槽以限制套筒前后位移量；外套上還穿設(shè)有用以鎖緊套筒的鎖緊釘。

進一步的，所述伸縮環(huán)為兩個并采用POM材質(zhì)，分別是位于內(nèi)側(cè)的第一伸縮環(huán)和位于外側(cè)的第二伸縮環(huán)，第一伸縮環(huán)與第二伸縮環(huán)之間夾設(shè)有固定環(huán)，第一伸縮環(huán)的后端頂在主鏡筒上，第二伸縮環(huán)前端頂在套筒上，固定環(huán)后端向上彎折并頂著第二伸縮環(huán)后端，固定環(huán)前端向下彎折并頂著第一伸縮環(huán)前端。

進一步的，所述正月牙形透鏡A前端邊沿頂著主鏡筒內(nèi)孔前端的凸環(huán)上，正月牙形透鏡A與負(fù)月牙形透鏡B之間夾設(shè)有第一隔圈，負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C之間夾設(shè)有第二隔圈，主鏡筒后端旋接有頂著正月牙形透鏡C后端邊沿的后壓圈。

進一步的，主鏡筒與套筒之間套設(shè)有第一密封圈，套筒與外套之間套設(shè)有第二密封圈。

本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案是：一種高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭的工作方法，采用如上所述的高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭，轉(zhuǎn)動套筒進行焦距手動調(diào)節(jié)，整好轉(zhuǎn)動套位置后擰緊縮緊定固定套筒位置；當(dāng)溫度發(fā)生變化時，通過伸縮環(huán)熱脹熱縮帶動主鏡筒移動以補償溫度變化引起的像面偏移。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：（1）具備大相對孔徑，通過熱脹冷縮帶動整組鏡頭移動來實現(xiàn)高低溫環(huán)境的溫度補償，以滿足鏡頭對溫度的自適應(yīng)性能，能適應(yīng)惡劣環(huán)境，穩(wěn)定性好；（2）可手動調(diào)節(jié)方式進行手動調(diào)節(jié)焦距使成像更簡便輕松；（3）主鏡筒采用一體化設(shè)計，并具有良好的密封性能。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關(guān)附圖，對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1為發(fā)明實施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；

圖2為發(fā)明實施例的機械機構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號說明：1-套筒，2- 第二密封圈，3-第二伸縮環(huán)，4-限位釘，5-固定環(huán)，6-主鏡筒，7-后擋圈，8-外套，9- 第一密封圈，10-第一伸縮環(huán)，11-第一隔圈，12-鎖緊釘，13-彈片，14-第二隔圈，15-后壓圈、16-正月牙形透鏡A、17-負(fù)月牙形透鏡B、18-正月牙形透鏡C。

具體實施方式

如圖1~2所示，一種高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中沿光線自前向后入射方向依次設(shè)有正月牙形透鏡A、負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C；所述鏡頭的機械結(jié)構(gòu)包括用以安裝透鏡的主鏡筒6，位于主鏡筒6外圍設(shè)置有套筒1，套筒1與主鏡筒6之間形成一環(huán)形槽，所述環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有通過熱脹冷縮實現(xiàn)伸縮以推動主鏡筒前后移動的伸縮環(huán)；位于套筒后端具有頂著主鏡筒后端部的后擋圈7，后擋圈7旋接于套筒后端，主鏡筒6與后擋圈7之間夾設(shè)有彈片13，后擋圈用于定位主鏡筒位置，并通過伸縮環(huán)的熱脹冷縮的原理實現(xiàn)主鏡筒移動以補償溫度對透鏡折射率的影響，保證成像質(zhì)量。

在本實施例中，所述正月牙形透鏡A和負(fù)月牙形透鏡B之間的空氣間隔是9.23mm，所述負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C之間的空氣間隔是3.34mm。

在本實施例中，所有鏡片的光學(xué)材料均為鍺，正月牙形透鏡A、負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C的折射率均為4.004，正月牙形透鏡A前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為24.03mm和81.87mm，負(fù)月牙形透鏡B前鏡面為非球面，負(fù)月牙形透鏡B后鏡面的曲率半徑分別為15.23，正月牙形透鏡C前鏡面和后鏡面的曲率半徑分別為24.84mm和19.6mm。

負(fù)月牙形透鏡B前鏡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；

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。

正月牙形透鏡A的厚度為3.95mm，負(fù)月牙形透鏡B的厚度為4.2mm，正月牙形透鏡C的厚度為3.18mm，正月牙形透鏡C后鏡面與像面之間的間距為9.95mm。

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)：

（1）工作波段：8μm-12μm；

（2）焦距：f′=15mm；

（3）探測器：長波紅外非制冷型640×512，17μm；

（4）視場角FOV：49°；

（5）相對孔徑D/ f′：1/1；

（6）光學(xué)體積：?42mm×30.8mm（直徑×長度）。

本發(fā)明鏡頭具備大相對孔徑、機械被動式無熱化和高透過率等特點；在光學(xué)設(shè)計中，合理分配光焦度，依靠不同膨脹系數(shù)的鏡筒材料組合通過熱脹冷縮來實現(xiàn)主鏡筒移動以補償像面漂移，實現(xiàn)溫度自適應(yīng)的機械被動式無熱化特點，使紅外光學(xué)系統(tǒng)能夠在-40℃~+80℃的溫度范圍內(nèi)保持良好的成像質(zhì)量，可以與長波紅外非制冷型640×480，17μm探測器適配，進行實況記錄和監(jiān)控任務(wù)。

在本實施例中，所述套筒外圍還套設(shè)有用以與探測器連接的外套8，所述外罩后端設(shè)計了M34x0.75-6g的螺紋牙和探測器配合；外套8與套筒1之前通過螺紋連接；所述外套8上具有一限位釘4，所述套筒上具有與限位釘配合的限位槽以限制套筒前后位移量；外套上還穿設(shè)有用以鎖緊套筒1的鎖緊釘12；通過轉(zhuǎn)動套筒帶動整個主鏡筒前后移動以實現(xiàn)焦距的手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)完畢后擰緊鎖緊12便固定住套筒的位置。

在本實施例中，所述伸縮環(huán)為兩個并采用POM材質(zhì)，分別是位于內(nèi)側(cè)的第一伸縮環(huán)10和位于外側(cè)的第二伸縮環(huán)3，第一伸縮環(huán)10與第二伸縮環(huán)3之間夾設(shè)有固定環(huán)5，第一伸縮環(huán)10的后端頂在主鏡筒6上，第二伸縮環(huán)3前端頂在套筒1上，固定環(huán)后端向上彎折并頂著第二伸縮環(huán)后端，固定環(huán)前端向下彎折并頂著第一伸縮環(huán)前端。

在本實施例中，所述正月牙形透鏡A前端邊沿頂著主鏡筒內(nèi)孔前端的凸環(huán)上，正月牙形透鏡A與負(fù)月牙形透鏡B之間夾設(shè)有第一隔圈11，負(fù)月牙形透鏡B和正月牙形透鏡C之間夾設(shè)有第二隔圈14，主鏡筒后端旋接有頂著正月牙形透鏡C后端邊沿的后壓圈15。

在本實施例中，主鏡筒6與套筒1之間套設(shè)有第一密封圈9，套筒與外套之間套設(shè)有第二密封圈2；密封圈保證鏡頭的密封性能，同時能夠增大主鏡筒與套筒之間以及套筒與外套之間的阻力，增加轉(zhuǎn)動阻尼力，提高轉(zhuǎn)動手感。

本發(fā)明具備大相對孔徑、機械被動式無熱化和高透過率等特點；在光學(xué)設(shè)計中，合理分配光焦度，依靠不同膨脹系數(shù)的鏡筒材料組合以推動正透鏡A移動以補償像面漂移，實現(xiàn)溫度自適應(yīng)的機械被動式無熱化特點?？梢耘c長波紅外非制冷型640×480，17μm探測器適配，進行實況記錄和監(jiān)控任務(wù)。

一種高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭的工作方法，采用如上所述的高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭，轉(zhuǎn)動套筒進行焦距手動調(diào)節(jié)，整好轉(zhuǎn)動套位置后擰緊縮緊定固定套筒位置；當(dāng)溫度發(fā)生變化時，通過伸縮環(huán)熱脹熱縮帶動主鏡筒移動以補償溫度變化引起的像面偏移。

本發(fā)明高透過率型遠(yuǎn)紅外長波定焦鏡頭：可手動調(diào)節(jié)方式進行手動調(diào)節(jié)焦距使成像更簡便輕松；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；采用非球面設(shè)計校正系統(tǒng)像差，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊；通過熱脹冷縮帶動整組鏡頭移動來實現(xiàn)高低溫環(huán)境的溫度補償，以滿足鏡頭對溫度的自適應(yīng)性能；同時主鏡筒采用一體化設(shè)計，具有良好的密封性能；在鏡頭結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以進行了剛度計算，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；同時，各密封部位采用O型密封圈密封，保證鏡頭的密封性能。

上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進行了進一步詳細(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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。