抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其光學(xué)系統(tǒng)沿光線入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔是20.5mm，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔是4.3mm。本實用新型合理選取光學(xué)材料，提高鏡頭機械性能；合理分配各鏡片光焦度，以保證光學(xué)系統(tǒng)像質(zhì)優(yōu)良的同時具有很高的抗沖擊安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗對鏡片的外形參數(shù)給出了一些要求，最終找出安全系數(shù)高且像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)；在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，給出各鏡片適當(dāng)?shù)难b夾角度以提高了鏡頭的沖擊的能力，滿足大過載的環(huán)境要求。
【專利說明】抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于跟蹤偵察的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，屬于夜視偵察鏡頭領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]普通紅外鏡頭一般應(yīng)用于室內(nèi)或者環(huán)境條件較好的室外使用，由于紅外鏡頭具有晚間作用距離遠(yuǎn)、抗干擾性能好，圖像直觀、易于觀察，穿透煙塵、霧霾能力強，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)隱形能力等優(yōu)點，紅外鏡頭的應(yīng)用也越來越廣泛，但一般對沖擊的要求不會很高，在1g以下。對于12000g加速度高強度的沖擊環(huán)境，普通紅外鏡頭的機械強度不夠，鏡片的強質(zhì)比太小。在大過載的作用下，會使鏡片、鏡頭發(fā)生永久變形、探測器相對位置發(fā)生位移，導(dǎo)致鏡頭的像質(zhì)變壞，理論像面和探測器焦平面位置不重合等，從而導(dǎo)致探測器收集到的圖像模糊甚至完全看不到圖像；更嚴(yán)重的，將可能導(dǎo)致鏡片碎裂。因此，傳統(tǒng)的普通紅外鏡頭不適合在特殊的應(yīng)用環(huán)境中使用。
實用新型內(nèi)容
[0003]鑒于現(xiàn)有普通紅外鏡頭根本不能滿足12000g加速度高強度的沖擊環(huán)境，本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，以適應(yīng)特殊的應(yīng)用環(huán)境。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:一種抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)沿光線入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔是20.5_，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔是4.3_。
[0005]進一步的，所述正透鏡A的孔徑為54.100mm，邊緣厚度為9.000mm，中心厚度為8.700mm，裝夾角度為18.82°。
[0006]進一步的，所述負(fù)透鏡B的孔徑為55.266mm,邊緣厚度為2.900mm,中心厚度為
4.500mm，裝夾角度為68.75°。
[0007]進一步的，所述正透鏡C的孔徑為25.400mm,邊緣厚度為0.949mm,中心厚度為6.090mm，裝夾角度為67.18°。
[0008]進一步的，所述鏡頭的機械結(jié)構(gòu)包括安裝在主體前部的鏡筒，所述正透鏡A安裝在鏡筒前端內(nèi)并由主體前端面頂住，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C依次安裝在鏡筒后端內(nèi)，所述正透鏡C由鏡筒內(nèi)的臺階定位，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間設(shè)置有隔圈，所述負(fù)透鏡B由壓圈壓緊。
[0009]進一步的，所述鏡筒前部的周側(cè)壁通過徑向的緊定螺釘緊固于主體外壁，所述鏡筒后部的外凸緣通過軸向的內(nèi)六角圓柱頭螺釘和彈簧墊片固定于主體內(nèi)壁上。
[0010]進一步的，所述主體內(nèi)還安裝有電子艙。[0011 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:(I)在光學(xué)設(shè)計中，合理選取光學(xué)材料，提高鏡頭機械性能；(2)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)良的同時具有很高的抗沖擊安全系數(shù)；(3)根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗對鏡片的外形參數(shù)給出了一些要求，即要求鏡片一定的形狀參數(shù)并通過Solid works分析各鏡片的安全系數(shù)，最終找出安全系數(shù)高且像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)，并可以與長波紅外非制冷型384X288,25 μ m探測器適配；(4)在保證結(jié)構(gòu)緊湊的前提下，給出各鏡片適當(dāng)?shù)难b夾角度以提高了鏡頭的沖擊的能力，滿足大過載的環(huán)境要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例的光學(xué)系統(tǒng)圖。
[0013]圖2為本實用新型實施例的機械結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為正透鏡A的形狀示意圖。
[0015]圖4為負(fù)透鏡B的形狀示意圖。
[0016]圖5為正透鏡C的形狀示意圖。
[0017]圖1中:A-正透鏡A，B-負(fù)透鏡B，C-正透鏡C，O-像面。
[0018]圖5中:1_正透鏡A，2-負(fù)透鏡B，3-壓圈，4-鏡筒，5-緊定螺釘，6-隔圈，7-正透鏡C，8-內(nèi)六角圓柱頭螺釘,9-彈簧墊片，10-主體，11-電子艙。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細(xì)的闡述。
[0020]如圖廣4所示，一種抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)沿光線自左向右入射方向及自下向上入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔H1是20.5mm，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔H2是4.3mm。
[0021]在本實施例中，由上述鏡片組構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到了如下的技術(shù)指標(biāo):(I)工作波段:8μπι-12μπι;(2)焦距:f' =50mm±lmm;(3)探測器:長波紅外非制冷型384X288，像元尺寸 25μπι*25μπι;(4)視場角:10.97° X8.24。;(5)相對孔徑 D/f':1/1 ；(6)光學(xué)體積:60mmX53mmX53mm (長X寬X高)；(7)光學(xué)傳遞含數(shù)(MTF):0視場，不低于
0.5il71p/mm ；0.7 視場，不低于 0.45il71p/mm ； (8)沖擊強度:12000g。
[0022]在本實施例中，所述正透鏡A的孔徑D1為54.100mm，邊緣厚度B1為9.0OOmm,中心厚度O1為8.700mm，裝夾角度Θ i為18.82° ;所述負(fù)透鏡B的孔徑D2為55.266mm，邊緣厚度B2為2.900mm,中心厚度O2為4.500mm，裝夾角度Θ 2為68.75° ;所述正透鏡C的孔徑D3為25.400mm,邊緣厚度B3為0.949mm,中心厚度O3為6.090mm,裝夾角度Θ 3為67.18。。
[0023]本實用新型具備大相對孔徑、抗高強度沖擊和高透過率等特點；使用的力學(xué)的環(huán)境要求為:軸向過載大于等于12000g，反向過載大于等于2000g，橫向過載大于等于2000g。由于產(chǎn)品的過載過大，達(dá)到12000g;因此在設(shè)計中，合理選取光學(xué)材料，三片鏡片全采用機械性能更優(yōu)的鍺材料，提高鏡頭機械性能；合理分配各鏡片光焦度，并根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗對鏡片的外形參數(shù)給出了一些要求，把這些參數(shù)作為光學(xué)設(shè)計的邊界條件，代入ZEMAX光學(xué)程序進行計算。設(shè)計的光學(xué)鏡片給出適當(dāng)?shù)陌惭b角度并通過Solid works分析各鏡片的安全系數(shù)，調(diào)整鏡片外形形狀及各鏡片安裝角度，最終找出安全系數(shù)高且像質(zhì)優(yōu)良的光學(xué)結(jié)構(gòu)。
[0024]用Solid works三維程序建模，進行有限元分析。如分析結(jié)果不能滿足大過載要求時，對鏡片的形狀參數(shù)進行修改，即在滿足光學(xué)指標(biāo)的前提下，盡可能地提高安全系數(shù)指標(biāo)(即減小正透鏡A孔徑，適當(dāng)增加正透鏡A邊緣厚度，減小正透鏡A中心厚度，加大裝夾正透鏡A的角度)。對修改后的鏡片形狀參數(shù)再進行光學(xué)計算和三維有限元分析。通過這樣反復(fù)的計算，直到指標(biāo)符合技術(shù)條件要求。把這些設(shè)計結(jié)果用程序進行三維建模。并把產(chǎn)品裝配起來，取軸向過載12000g作為本實用新型的分析過載(即過載為117600m/s2)。
[0025]另外，本實用新型單獨對正透鏡A、負(fù)透鏡B、正透鏡C取軸向過載12000g進行分析，分析結(jié)果如下:鏡頭所受到的應(yīng)力為68.9MPa，最大位移為31.7 μ m，最小安全系數(shù)為33 ;正透鏡A所受的最大應(yīng)力為2.21 X 17Pa,最大位移為6.33 μ m,最小安全系數(shù)為5.43 ；負(fù)透鏡B所受的最大應(yīng)力為1.49 X 17Pa,最大位移為1.55 μ m,最小安全系數(shù)為8.06 ;正透鏡C所受的最大應(yīng)力為1.59 X 17Pa,最大位移為1.23 μ m，最小安全系數(shù)為7.52。從上述的分析結(jié)果可知，正透鏡A最為薄弱，其所受的最大應(yīng)力為2.21 X 17Pa,最小安全系數(shù)達(dá)到
5.43，設(shè)計安全可靠。本實用新型通過加工裝配成實驗樣機并進行力學(xué)過載實驗，產(chǎn)品承受ISOOOg過載產(chǎn)品狀態(tài)完好，驗證了設(shè)計和計算結(jié)果是正確的。
[0026]如圖5所示，所述鏡頭的機械結(jié)構(gòu)包括安裝在主體前部的鏡筒4，所述正透鏡A安裝在鏡筒4前端內(nèi)并由主體10前端面頂住，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C依次安裝在鏡筒4后端內(nèi)，所述正透鏡C由鏡筒4內(nèi)的臺階定位，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間設(shè)置有隔圈6，所述負(fù)透鏡B由壓圈3壓緊。
[0027]在本實施例中，所述鏡筒4前部的周側(cè)壁通過徑向的緊定螺釘5緊固于主體10外壁，所述鏡筒4后部的外凸緣通過軸向的內(nèi)六角圓柱頭螺釘8和彈簧墊片9固定于主體10內(nèi)壁上。所述主體10內(nèi)還安裝有電子艙11。
[0028]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實用新型的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)沿光線入射方向依次設(shè)有正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C，所述正透鏡A、負(fù)透鏡B和正透鏡C均為鍺鏡片，所述正透鏡A和負(fù)透鏡B之間的空氣間隔是20.5mm,所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間的空氣間隔是4.3mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述正透鏡A的孔徑為54.100mm,邊緣厚度為9.0OOmm,中心厚度為8.700mm,裝夾角度為18.82。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述負(fù)透鏡B的孔徑為55.266mm,邊緣厚度為2.900mm,中心厚度為4.500mm,裝夾角度為68.75°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述正透鏡C的孔徑為25.400mm,邊緣厚度為0.949mm,中心厚度為6.090mm,裝夾角度為67.18°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述鏡頭的機械結(jié)構(gòu)包括安裝在主體前部的鏡筒，所述正透鏡A安裝在鏡筒前端內(nèi)并由主體前端面頂住，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C依次安裝在鏡筒后端內(nèi)，所述正透鏡C由鏡筒內(nèi)的臺階定位，所述負(fù)透鏡B和正透鏡C之間設(shè)置有隔圈，所述負(fù)透鏡B由壓圈壓緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述鏡筒前部的周側(cè)壁通過徑向的緊定螺釘緊固于主體外壁，所述鏡筒后部的外凸緣通過軸向的內(nèi)六角圓柱頭螺釘和彈簧墊片固定于主體內(nèi)壁上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗高強度沖擊的非制冷長波紅外鏡頭，其特征在于:所述主體內(nèi)還安裝有電子艙。
【文檔編號】G02B13/14GK204086667SQ201420629142
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】陳瀟, 林春生, 黃霞霞, 劉輝, 周寶藏 申請人:福建福光數(shù)碼科技有限公司