一种红外镜头的制作方法

一种红外镜头
1.技术领域:本发明涉及一种红外镜头。
2.

背景技术：
:随着非制冷探测器技术的不断发展和日益成熟，长波红外非制冷光学系统在军用和民用领域均得到了广泛的应用，因为红外镜头具有抗干扰性能好；晚间作用距离远；穿透烟尘、雾霾能力强；可全天候、全天时工作；具有多目标全景观察、追踪和目标识别能力及良好的抗目标隐形的能力等优点，所以对光学系统的成像质量提出了越来越高的要求。但由于红外光学材料和机械材料存在一定的热效应，工作温度的剧烈变化会对光学系统产生严重的影响，例如引起焦距变化、像面漂移、成像质量下降等。因此，为了适应不同环境温度，要求红外镜头具有一定的温度自适应能力；而且在长时间持续不断的监控左右下，更要求红外镜头具有大范围的适应不同天气气候情况等特点，因此在长时间的监测情况下还要镜头具有分辨率高、透雾性强、畸变率低，结构简便，强度可靠、稳定性强等特点。然而，市面上大多数的镜头结构复杂，加工难度和成本较高，透雾性差、分辨率低，尤其在夜间监测的时候由于环境温度基本接近，所以难以区分所监测的事物的形态。
3.

技术实现要素：
:针对上述技术问题，本发明提出一种红外镜头，该红外镜头设计紧凑、合理，成像质量良好。
4.本发明解决技术问题所采用的方案是，红外镜头，其特征在于：所述镜头的光学系统包括沿光线入射方向依次间隔设置的第一正透镜、第一负透镜和第二正透镜，其中所述第一正透镜和第一负透镜之间的空气间隔是47.87mm；所述的第一负透镜和第二正透镜之间的空气间隔是12mm；第一正透镜、第一负透镜和第二正透镜组成的光学系统达到如下的技术指标：（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f
′
=70；（3）探测器：长波红外非制冷型640
×
512,12um（4）视场角fov：6.28
°
x5.02
°
（5）相对孔径d/ f
′
：1/1.0。
5.进一步的，上述镜头的结构包括主镜筒、调焦镜筒、连接法兰, 调焦镜筒套装于主镜筒内，连接法兰螺接紧固于主镜筒的后端面上。
6.进一步的，上述的主镜筒后侧外周对应调焦镜筒处套装有调焦凸轮，调焦凸轮外周上设置有齿轮,所述的主镜筒外周上设置有用于固定调焦凸轮的凸肩,调焦凸轮的前端抵靠在在凸肩上, 调焦凸轮的后端均布设有三个限位块，用于限定调焦凸轮的轴向窜动。
7.进一步的，上述的调焦凸轮通过调焦导钉驱动调焦镜筒沿主镜筒轴向移动，所述调焦凸轮上开设有用以与调焦导钉相配合的曲线槽，所述主镜筒上开设有用以与调焦导钉相配合并导向调焦导钉沿轴向滑移的直线槽，所述调焦导钉的一端与调焦镜筒固定连接，所述调焦导钉的另一端穿过直线槽并伸入曲线槽。
8.进一步的，上述的第一正透镜安装于主镜筒前端内，主镜筒内安装有用于压紧第一正透镜的第一压圈片，所述的第一负透镜安装于调焦镜筒后端，调焦镜筒安装有用于压紧第一负透镜的第二压圈片，所述的第二正透镜安装于主镜筒后端内，主镜筒内安装有用于压紧第二正透镜的第三压圈片。
9.进一步的，上述的主镜筒外周上螺固有电机座，电机座上螺固有电机，电机座上安装有与调焦凸轮上的齿轮啮合连接的驱动齿轮组,驱动齿轮组由电机驱动。
10.进一步的，上述的电机座呈l型,电机座包括固定部和安装部，安装部垂直固定于固定部的端部上，所述的固定部具有与主镜筒外周相配合的曲面，固定部螺固于主镜筒外周上，固定部设有与主镜筒配合的卡槽，保证电机组装配一致性，所述的安装部上通过螺钉固定电机，电机的主轴贯穿安装部且驱动齿轮组套装于电机的主轴上。
11.进一步的，上述的驱动齿轮组由轴套、驱动齿轮、垫片、螺母组成，所述轴套通过螺钉固定于电机轴上，所述驱动齿轮放置于轴套上，所述垫片放置于驱动齿轮上，所述螺母锁附于轴套上并压紧驱动齿轮。
12.进一步的，上述的安装部上位于主动齿轮旁侧安装有电位器,电位器的轴端上安装有与齿轮相啮合的电位器齿轮。
13.进一步的，第一正透镜、第一负透镜和第二正透镜的镜面参数如下表：非球面相关数据非球面表达式为：z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，、、、...代表非球面系数。在非球面数据中，e-n代表
“”
，例如4.525e-005代表。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：设计紧凑、合理，光学系统稳定，成像质量良好，可以与长波红外非制冷640
×
512，12μm探测器适配，进行实况记录和监控任务，制作成本低廉，可规模化生产。
15.附图说明：下面结合附图对本发明专利进一步说明。
16.图1是本发明光学系统的结构示意图；图2是本发明结构示意图；图3是整体爆炸图；图中：1-主镜筒；2-第一正透镜（即镜片a）；3-第一压圈片；4-调焦镜筒；5-调焦凸轮；6-第一限位块；7-第二限位块；8-第一负透镜（即镜片b）；9-第二压圈片；10-连接法兰；11-电机；12-电机座；13-驱动齿轮组；14-第二正透镜（即镜片c）；15-第三压圈片；16-轴套；17-螺母； 18-电位器齿轮；19-像面；20-电位器;21-调焦导钉；22-微动开关；23-挡钉；24-微动开关保护片；25-垫片。
17.具体实施方式：下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
18.如图1-3所示，一种红外镜头：所述镜头的光学系统包括沿光线入射方向依次间隔设置的第一正透镜2、第一负透镜8和第二正透镜14，然后到达像面19，其中所述第一正透镜和第一负透镜之间的空气间隔是47.87mm；所述的第一负透镜和第二正透镜之间的空气间隔是12mm，第一正透镜2、第一负透镜8和第二正透镜14均为凸面朝向物方的弯月形锗透镜。
19.在本实施例中，上述镜片组成的光学系统可以达到如下的技术指标：（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f
′
=70；（3）探测器：长波红外非制冷型640
×
512，12um；（4）视场角fov：6.28
°
x5.02
°
（5）相对孔径d/ f
′
：1/1.0。
20.在本实施例中，镜片的镜面参数如下表：表一：光学元件参数表表二：非球面相关数据
非球面表达式为：z代表光轴方向的位置，r代表相对光轴的垂直方向上的高度，c代表曲率半径，k代表圆锥系数，、、、...代表非球面系数。在非球面数据中，e-n代表
“”
，例如4.525e-005代表。
21.在本实施例中，所述的镜头结构包括主镜筒1、调焦镜筒4、连接法兰9, 调焦镜筒4套装于主镜筒1内，连接法兰9螺固于主镜筒1后端面上。
22.在本实施例中，所述的第一正透镜2安装于主镜筒1前端内，主镜筒内安装有用于压紧第一正透镜2的第一压圈片3，所述的第一负透镜8安装于调焦镜筒4的后端，调焦镜筒4安装有用于压紧第一负透镜8的第二压圈片9，所述的第二正透镜14安装于主镜筒1后端，主镜筒安装有用于压紧第二正透镜的第三压圈片15。
23.在本实施例中，所述的主镜筒1后侧外周对应调焦镜筒处套装有调焦凸轮5，调焦凸轮5外周上设置有齿轮501，所述的主镜筒外周上设置有用于固定调焦凸轮5的一个第一限位块6和两个第二限位块7，调焦凸轮5的前端抵靠在主镜筒1的凸肩上，调焦凸轮5的后端抵靠在第一限位块6和第二限位块7上。
24.在本实例中，为保证调焦凸轮5与第一、二限位块之间的间隙，第一、二限位块抵靠在主镜筒1的台阶上，通过调焦凸轮5套在主镜筒1台阶上的配合公差对调焦凸轮5进行径向限位；为保证调焦凸轮限位均匀，设置有第一、二限位块工三块均匀分布在调焦凸轮5侧部上对其进行限位。
25.调焦凸轮周向上开设有用以与调焦导钉21相配合的曲线槽502，主镜筒上开设有用以与调焦导钉21相配合并导向调焦导钉21沿轴向滑移的直线槽101 ，若干个调焦导钉21一端固定在调焦镜筒4的外周上，调焦导钉21另一端穿过直线槽101并伸入曲线槽502，调焦凸轮5在受到外力旋转运动时，曲线槽502导引调焦导钉21和调焦镜筒4沿主镜筒1轴向移动。
26.在本实施例中，主镜筒1外周上螺固有电机座12，电机座上螺固有电机11，电机主轴上安装有与调焦凸轮上齿轮501啮合连接的驱动齿轮组13，驱动齿轮组由电机11驱动；为保证电机可靠性，电机与电机座配合处的螺纹、驱动齿轮组13与电机轴配合面使用ab胶加强固定。
27.电机11通过驱动齿轮组13带动调焦凸轮5做旋转运动，调焦凸轮5带动置于调焦凸轮曲线槽502内的调焦导钉21做旋转运动的趋势，但由于主镜筒1内直线槽101限制调焦导钉21旋转运动趋势，使调焦导钉和调焦镜筒4为直线运动。
28.在本实例中，所述的驱动齿轮组13由轴套16、驱动齿轮、垫片25、螺母17组成，所述轴套16通过螺钉固定于电机轴上，为保证可靠性，使用ab胶加强固定，所述驱动齿轮放置于轴套16上，为保证齿轮与固定轴套的螺钉不发生干涉，驱动齿轮处设有避让槽，所述垫片放置于驱动齿轮上，所述螺母锁附于轴套上，压紧驱动齿轮，通过螺钉固定位置，并使用ab胶加强固定。
29.在本实施例中，所述的电机座呈l型，电机座包括固定部、安装部，安装部垂直固定于固定部的端部上，所述的固定部具有与主镜筒外周相配合的曲面，固定部螺固于主镜筒
外周上，为保证电机组装位置一致性，所述安装部外周环壁与主镜筒相配合的曲面上设有限位卡扣，与主筒上限位凹槽相配合，电机的主轴贯穿安装部且驱动齿轮套装于电机的主轴上。
30.在本实施例中，所述的安装部上且位于驱动齿轮旁侧安装有电位器20,电位器的轴端上安装有与调焦凸轮相啮合的电位器齿轮18，电位器为镜头行程提供位置参数，为保证可靠性，电位器与电机架配合的螺纹处及电位器主轴与电位器齿轮配合面使用ab胶加强固定。
31.在本实施例中，为保证镜头密封，在主筒前端内壁上对应第一压圈片处开有胶槽，以便涂抹密封胶。
32.在本实例中，调焦镜筒的外侧壁在环向设有三个固定座，固定座在环向的圆周角小于30度，固定座上设有用以连接调焦导钉21的安装孔位；所述调焦镜筒采用三点定心原理（即固定座在调焦镜筒环向的圆周角小于30度），减少所述调焦镜筒与主镜筒之间的接触面积，减小了部件重量的同时减少了镜筒在移动过程中的阻力，同时可以避免镜头内腔过于频繁聚焦时，镜头内部存在气压差导致聚焦扭力不均的问题；所述调焦镜筒的内腔采用阶梯式设计，增加第一负透镜与调焦镜筒的接触面积，保证安装的稳定性。
33.在本实例中，为保证调焦镜筒4移动过程中光轴偏移量，调焦镜筒与主筒间的配合采用研磨配合来提高配合精度，减小配合间隙。
34.在本实施例中，为控制振动后光轴的偏移量，所述连接法兰10与主镜筒1间设置有点胶槽，用于固定连接法兰，连接法兰上设有销钉孔，用于探测器限位，连接法兰处设置有拆胶孔，便于后期维修拆解。
35.在本实施例中，所述主镜筒的外侧壁上设置有微动开关22，微动开关螺固固定于主镜筒外侧壁，调焦凸轮上设置有用于碰触微动开关的挡块。
36.上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
37.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
38.本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
39.另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系例如“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制，且上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示形状
的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的形状。
40.本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
41.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。