長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，該鏡頭主要由光學(xué)系統(tǒng)和伸縮機(jī)構(gòu)組成；光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡（901）和第二透鏡（902）；伸縮機(jī)構(gòu)，包括伸縮筒（710）、擋圈（707）、第一外鏡筒（701）、第二外鏡筒（708）和彈性部件（706）；其中：第一透鏡（901）和第二透鏡（902）安裝在內(nèi)鏡筒（702）中；內(nèi)鏡筒（702）外部套設(shè)有伸縮筒（710），內(nèi)鏡筒（702）上固設(shè)有擋圈（707）；伸縮筒（710）的端面與擋圈（707）的端面相接觸，擋圈（707）的另一端設(shè)有一個(gè)彈性部件（706）；伸縮筒（710）的前、后半部分別套設(shè)有第一外鏡筒（701）和第二外鏡筒（708）。采用本實(shí)用新型，能夠降低鏡頭的復(fù)雜程度，并降低整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種紅外被動(dòng)式無(wú)熱化鏡頭，尤其涉及一種長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混 合無(wú)熱化鏡頭。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著非制冷探測(cè)器技術(shù)的不斷發(fā)展和日益成熟，長(zhǎng)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，同時(shí)，也對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。 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(huì)對(duì)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。為了消除或降低溫度的變化 對(duì)光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響，必須采用相應(yīng)的補(bǔ)償技術(shù)，使光學(xué)系統(tǒng)在一個(gè)較大的溫差范 圍內(nèi)保持焦距基本不變，從而確保成像質(zhì)量良好。
[0003] 目前，在紅外光學(xué)系統(tǒng)的補(bǔ)償技術(shù)中，大致可分為：機(jī)械無(wú)熱化、光學(xué)無(wú)熱化和光 學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化技術(shù)。所述機(jī)械無(wú)熱化技術(shù)，本質(zhì)上是通過(guò)某種機(jī)構(gòu)移動(dòng)一片或者多片 透鏡補(bǔ)償像面的漂移，根據(jù)實(shí)現(xiàn)位移機(jī)構(gòu)的不同又可分為電子主動(dòng)式和機(jī)械被動(dòng)式。所述 光學(xué)無(wú)熱化技術(shù)，是利用光學(xué)材料的熱特性之間的差異，通過(guò)不同特性材料的合理組合來(lái) 消除溫度的影響。所述光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化技術(shù)，即通過(guò)機(jī)械和光學(xué)的組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)光 學(xué)系統(tǒng)的無(wú)熱化。
[0004] 現(xiàn)有采用光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化技術(shù)的紅外光學(xué)系統(tǒng)，在鏡頭設(shè)計(jì)過(guò)程中既要考慮 光學(xué)材料的熱特性，還得考慮通過(guò)機(jī)械補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到無(wú)熱化，因此，設(shè) 計(jì)的鏡頭結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且增加了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的制造成本。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡 頭，以降低鏡頭的復(fù)雜程度，并且降低整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的成本。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，該鏡頭包括光學(xué)系統(tǒng)和伸縮機(jī)構(gòu)；所述 光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡901和第二透鏡902 ;所述伸縮機(jī)構(gòu)，包括伸縮筒710、擋圈707、第 一外鏡筒701、第二外鏡筒708和彈性部件706 ;其中：所述第一透鏡901和第二透鏡902安 裝在內(nèi)鏡筒702中；所述內(nèi)鏡筒702外部套設(shè)有伸縮筒710,內(nèi)鏡筒702上固設(shè)有擋圈707 ; 伸縮筒710的端面與所述擋圈707的端面相接觸，所述擋圈707的另一端設(shè)有一個(gè)彈性部 件706 ;所述伸縮筒710的前、后半部分別套設(shè)有第一外鏡筒701和第二外鏡筒708。
[0008] 其中：紅外入射光依次通過(guò)第一透鏡901、第二透鏡902后會(huì)聚到達(dá)成像面100。
[0009] 安裝在內(nèi)鏡筒702中第一透鏡901和第二透鏡902分別通過(guò)第一壓圈703和第二 壓圈704固定；所述第一透鏡901和第二透鏡902為硫系玻璃。
[0010] 所述第一透鏡901的凸面Sl為球面或非球面、凹面S2為非球面或球面；所述第 二透鏡902的凸面S3、凹面S4均為非球面或球面結(jié)構(gòu)；其中的一個(gè)凹面非球面中帶有衍射 面。
[0011] 所述彈性部件706為波形墊圈。
[0012] 所述鏡頭前端設(shè)置有密封圈，具體為：第一密封圈705設(shè)置于第二外鏡筒708外 部，第二密封圈709設(shè)置于第二外鏡筒708與第一外鏡筒701之間的連接處，第三密封圈 711設(shè)置于第一壓圈703、內(nèi)鏡筒702與第一透鏡901的結(jié)合處，第四密封圈712設(shè)置于第 一外鏡筒701與內(nèi)鏡筒702之間。
[0013] 所述的內(nèi)鏡筒702、擋圈707、第一外鏡筒701、第二外鏡筒708、第一壓圈703、第二 壓圈704的材料為鋁合金、鎂合金或不銹鋼；伸縮筒710的材料為聚甲醛、ABS或尼龍。
[0014] 所述彈性部件706始終處于受壓負(fù)載狀態(tài)。
[0015] 所述伸縮筒710的膨脹系數(shù)大于第一外鏡筒701、第二外鏡筒708和內(nèi)鏡筒702的 膨脹系數(shù)。
[0016] 所述鏡頭的固定焦距在IOmm到100mm，光圈F. NO在0. 8到1. 5之間。
[0017] 本實(shí)用新型提供的長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 該無(wú)熱化鏡頭只需兩片透鏡，結(jié)合光學(xué)和機(jī)械的反補(bǔ)償方式實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍內(nèi)的 無(wú)熱化功能。較現(xiàn)有的無(wú)熱化方案具有以下優(yōu)勢(shì)：與多種光學(xué)材料配比實(shí)現(xiàn)光學(xué)無(wú)熱化方 案相比，具有鏡頭鏡片數(shù)量少，使用單種光學(xué)材料，鏡頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。與采用機(jī)械無(wú)熱 化方案相比，本實(shí)用新型由于在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中利用了衍射光學(xué)元件具有反向色散、反 向光熱膨脹系數(shù)的特點(diǎn)，通過(guò)折、衍射零件光焦度的合理分配和匹配，大大降低了由溫度差 引起的離焦量，從而也就大大減小了補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償量，所以補(bǔ)償結(jié)構(gòu)上比機(jī)械被動(dòng)式無(wú) 熱化更加簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)也沒(méi)有電子主動(dòng)式機(jī)械無(wú)熱化的電子元器件。
[0019] 本實(shí)用新型米用的鏡片材料為一種硫系玻璃，在材料成本上硫系玻璃具有明顯的 優(yōu)勢(shì)，而且硫系玻璃在大批量生產(chǎn)時(shí)可進(jìn)行精密模壓，可以大大降低加工成本，具有廣闊的 市場(chǎng)前景。
[0020] 本實(shí)用新型采用光學(xué)無(wú)熱化和機(jī)械無(wú)熱化相結(jié)合的方式，保證了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)在 外界溫度一定范圍內(nèi)變化時(shí)，光學(xué)系統(tǒng)整體焦距不變或者變化很小，從而保持良好的成像 質(zhì)量，同時(shí)改善了鏡頭的復(fù)雜程度，降低了整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)成本。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2為圖1所示無(wú)熱化鏡頭的伸縮筒立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為圖1所示無(wú)熱化鏡頭的第一透鏡901非球面加衍射面示意圖；
[0024] 圖4為本實(shí)用新型的無(wú)熱化鏡頭在-40°C時(shí)的MTF曲線(xiàn)圖；
[0025] 圖5為本實(shí)用新型的無(wú)熱化鏡頭在20°C時(shí)的MTF曲線(xiàn)圖；
[0026] 圖6為本實(shí)用新型的無(wú)熱化鏡頭在80°C時(shí)的MTF曲線(xiàn)圖。
[0027]【主要部件符號(hào)說(shuō)明】
[0028] 100 :成像面
[0029] 7〇1 :第一外鏡筒
[0030] 702:內(nèi)鏡筒
[0031] 703 :第一壓圈
[0032] 704 :第二壓圈
[0033] 705 :第一密封圈
[0034] 706 :彈性部件
[0035] 707 :擋圈
[0036] 708 :第二外鏡筒
[0037] 7O9 :第二密封圈
[0038] 710 :伸縮筒
[0039] 711 :第三密封圈
[0040] 712:第四密封圈
[0041] 901 :第一透鏡
[0042] 902 :第二透鏡
[0043] Sl :第一透鏡901的凸面
[0044] S2 :第一透鏡901的凹面
[0045] S3 :第二透鏡902的凸面
[0046] S4 :第二透鏡902的凹面
[0047] Ll :伸縮筒710的長(zhǎng)度
[0048] L2 :第二外鏡筒708與伸縮筒710的側(cè)靠面到S4中心點(diǎn)的長(zhǎng)度。

【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖及本實(shí)用新型的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú) 熱化鏡頭作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0050] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 經(jīng)實(shí)際設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，本實(shí)用新型適用于焦距在IOmm至100mm，光圈F. NO在0? 8到L 5之間 的紅外定焦鏡頭。該無(wú)熱化鏡頭，主要包括由兩個(gè)鏡片構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)和一個(gè)具有隨溫度 變化帶動(dòng)所述光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償移動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)（即無(wú)熱化鏡頭的機(jī)械補(bǔ)償機(jī)構(gòu)），通過(guò)該伸 縮機(jī)構(gòu)，能夠保證當(dāng)外界溫度在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，鏡頭的整體焦距基本不變，從而能夠保 證清晰的成像質(zhì)量。所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，主要包括第一透鏡901和第二透鏡902。所述鏡 頭的伸縮機(jī)構(gòu)，主要包括伸縮筒710 (其立體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖2)、擋圈707、第一外鏡筒701、第 二外鏡筒708和彈性部件706。
[0051] 下面以固定焦距為60mm，光圈FL 25的長(zhǎng)波紅外光機(jī)無(wú)熱化鏡頭的設(shè)計(jì)為例，對(duì) 本實(shí)用新型的無(wú)熱化鏡頭及裝配過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。該固定焦距為60mm，F(xiàn)L 25的長(zhǎng)波紅外光 機(jī)無(wú)熱化鏡頭，可適配于640*480/25um、640*480/17um的探測(cè)器。
[0052] 如圖1所示，該長(zhǎng)波紅外光機(jī)無(wú)熱化鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)由兩片硫系玻璃構(gòu)成，其沿 光軸從物側(cè)到像側(cè)依次設(shè)置有：具有正屈光力的第一透鏡901，具有正屈光力的第二透鏡 902以及成像面100。紅外入射光通過(guò)第一透鏡901，進(jìn)入第二透鏡902,最后會(huì)聚到達(dá)成像 面100。所述第一透鏡901的凸面Sl為球面，凹面S2為非球面，所述第二透鏡902的凸面 S3、凹面S4均為非球面結(jié)構(gòu)。其中凹面S2非球面中帶有衍射面，如圖3所示。但在實(shí)際設(shè) 計(jì)中，鏡頭的第一、第二透鏡的球面和非球面的位置是可以改變的，例如，第一透鏡901的 凸面Sl可以是非球面、凹面S2可以是球面；所述第二透鏡902的凸面S3、凹面S4均可以 是球面結(jié)構(gòu)；其中的一個(gè)凹面非球面中帶有衍射面即可。
[0053] 第一透鏡901和第二透鏡902為硫系玻璃，在8 ii m?12 ii m具有良好的透過(guò)率， 透明區(qū)域覆蓋三個(gè)大氣窗口。硫系玻璃折射率隨溫度變化系數(shù)dn/dT相對(duì)于其他的紅外光 學(xué)材料較小，在光學(xué)系統(tǒng)中采用兩片硫系玻璃鏡片，并在第一透鏡901的凹面S2非球面中 設(shè)置衍射面，可利用衍射光學(xué)元件具有反向色散、反向光熱膨脹系數(shù)的特點(diǎn)，加上合理的光 焦度分配顯著減少由溫度變化而引起的像面漂移量，再配合隨溫度伸縮的機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠?qū)?現(xiàn)良好的無(wú)熱化功能。在加工方式上帶有衍射面的非球面硫系玻璃鏡片可以像使用其它材 料的非球面鏡片一樣進(jìn)行高精度車(chē)削加工完成，更可利用其軟化溫度較低的特性進(jìn)行高精 度模壓成型，相較于高精度車(chē)削加工的低效率和高成本，高精度模壓成型在批量生產(chǎn)時(shí)具 有極大地成本優(yōu)勢(shì)。
[0054] 表一：光學(xué)元件參數(shù)表
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，該鏡頭包括光學(xué)系統(tǒng)和伸縮 機(jī)構(gòu)；所述光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡（901)和第二透鏡（902);所述伸縮機(jī)構(gòu)，包括伸縮筒 (710)、擋圈（707)、第一外鏡筒（701)、第二外鏡筒（708)和彈性部件（706);其中：所述第一 透鏡（901)和第二透鏡（902 )安裝在內(nèi)鏡筒（702 )中；所述內(nèi)鏡筒（702 )外部套設(shè)有伸縮筒 (710)，內(nèi)鏡筒（702)上固設(shè)有擋圈（707);伸縮筒（710)的端面與所述擋圈（707)的端面相 接觸，所述擋圈（707)的另一端設(shè)有一個(gè)彈性部件（706);所述伸縮筒（710)的前、后半部分 別套設(shè)有第一外鏡筒（701)和第二外鏡筒（708)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，紅外入射光 依次通過(guò)第一透鏡（901 )、第二透鏡（902 )后會(huì)聚到達(dá)成像面（100 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，安裝在內(nèi)鏡 筒（702)中第一透鏡（901)和第二透鏡（902)分別通過(guò)第一壓圈（703)和第二壓圈（704)固 定；所述第一透鏡（901)和第二透鏡（902)為硫系玻璃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所述第一透 鏡（901)的凸面S1為球面或非球面、凹面S2為非球面或球面；所述第二透鏡（902)的凸面 S3、凹面S4均為非球面或球面結(jié)構(gòu)；其中的一個(gè)凹面非球面中帶有衍射面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所述彈性部 件（706)為波形墊圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所述鏡頭前 端設(shè)置有密封圈，具體為：第一密封圈（705)設(shè)置于第二外鏡筒（708)外部，第二密封圈 (709) 設(shè)置于第二外鏡筒（708)與第一外鏡筒（701)之間的連接處，第三密封圈（711)設(shè)置 于第一壓圈（703)、內(nèi)鏡筒（702)與第一透鏡（901)的結(jié)合處，第四密封圈（712)設(shè)置于第一 外鏡筒（701)與內(nèi)鏡筒（702)之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所述的內(nèi) 鏡筒（702)、擋圈（707)、第一外鏡筒（701)、第二外鏡筒（708)、第一壓圈（703)、第二壓圈 (704)的材料為鋁合金、鎂合金或不銹鋼；伸縮筒（710)的材料為聚甲醛、ABS或尼龍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所述彈性部 件（706)始終處于受壓負(fù)載狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所述伸縮筒 (710) 的膨脹系數(shù)大于第一外鏡筒（701)、第二外鏡筒（708)的膨脹系數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1?9任一所述長(zhǎng)波紅外光學(xué)機(jī)械混合無(wú)熱化鏡頭，其特征在于，所 述鏡頭的固定焦距在l〇mm到100mm，光圈F. NO在0. 8到1. 5之間。
【文檔編號(hào)】G02B7/02GK204143034SQ201420549479
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】王昌龍, 沈洪, 朱光春, 姚鈞 申請(qǐng)人:寧波舜宇紅外技術(shù)有限公司