高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车载镜头及其补偿方法技术领域：
本发明涉及一种用于实况记录监控的光学机械混合无热化长波非制冷镜头，属于镜头
领域。
背景技术：
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。
但是红外镜头所用材料的折射率温度系数较大，在不同的环境温度下，光学材料
和机械材料产生热胀冷缩，光学材料的折射率也会随温度而发生改变，进而使光学系统的
最佳像面发生偏离,降低了光学成像质量，使得图像模糊不清，对比度下降，最终影响镜头
的成像性能。
发明内容：
本发明的目的在于克服温度对红外镜头的影响，提供一种高透雾性双补偿式光机混合
无热化长波红外车载镜头及其补偿方法，该高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车
载镜头结构简单、设计合理，可以实现温度自适应的光学无热化，使红外光学系统能够在一
个较大的温度范围内保持良好的成像质量。
本发明高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车载镜头，其特征在于：所述
镜头的光学系统中沿光线入射方向依次设有正透镜A、负透镜B和正透镜C；所述镜头的结构
主体上由连接座和主镜筒构成，所述主镜筒内壁安装所述正透镜A、负透镜B和正透镜C；主
镜筒外侧固定装有热特性敏感的伸缩环，以在温度变化时伸缩环会带动主镜筒轴向移动，
补偿焦平面的偏移；主镜筒后端安装有弹性垫片，以补偿主镜筒移动带来的空间变化；主镜
筒前方设置有限位压圈，固定伸缩环的一端，以保证伸缩环带动主镜筒移动时不会发生偏
移。
进一步的，上述正透镜A与负透镜B之间的空气间隔是5.5mm，所述负透镜B与正透
镜C之间的空气间隔是3mm。
进一步的，上述主镜筒后方有后压圈固定正透镜C，所述正透镜A和负透镜B、负透
镜B和正透镜C之间有AB隔圈、BC隔圈隔开，以限定透镜之间的距离。
进一步的，上述正透镜A、负透镜B和正透镜C使用的材料不同，为IRG206和ZnSe中
的一种。
进一步的，上述正透镜A、负透镜B和正透镜C至少有一个使用IRG206材料，至少有
一个使用ZnSe材料，当温度变化时，采用两种不同材料的透镜引起光学系统焦平面改变的
方向不同，自适应温度变化，使镜头在一个温度范围内保证成像像质。
进一步的，上述连接座外侧加工有M33X0.75-6g的螺纹接口，以与相机相匹配。
进一步的，正透镜A片S1面曲率R28，S2面为平面，负透镜B片S1面为非球面，S2面曲
率R20；正透镜C片S1面曲率R45，S2面为平面，上述镜片组构成的光学系统达到了如下的技
术指标：（1）工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=14.5mm；（3）探测器：长波红外非制冷型384×
288，25μm；（4）视场角： 45°；（5）相对孔径D/ f′：1/0.9。
本发明高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车载镜头的补偿方法，其特征
在于：其中高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车载镜头的光学系统中沿光线入射
方向依次设有正透镜A、负透镜B和正透镜C；所述镜头的结构主体上由连接座和主镜筒构
成，所述主镜筒内壁安装所述正透镜A、负透镜B和正透镜C；主镜筒外侧固定装有热特性敏
感的伸缩环，以在温度变化时伸缩环会带动主镜筒轴向移动，补偿焦平面的偏移；主镜筒后
端安装有弹性垫片，以补偿主镜筒移动带来的空间变化；主镜筒前方设置有限位压圈，固定
伸缩环的一端，以保证伸缩环带动主镜筒移动时不会发生偏移；补偿方法包括以下步骤：
（1）温度变化引起镜片R值发生改变，成像焦平面发生偏移；
（2）伸缩环对温度较敏感，通过热胀冷缩带动主镜筒移动，补偿镜片R值变化带来的焦
平面的偏移；
（3）弹性垫片则用于补偿机械移动带来的空间变化，保证镜头在不同温度下主镜筒的
稳定性；
（4）三片透镜分别使用IRG206和ZnSe中的一种，不同材料的透镜在温度变化时对光路
有不同的影响，相互补偿后实现光学无热化；
（5）上述光学无热化和机械无热化相互配合，完成光学机械混合无热化，保证镜头在一
个温度范围内成像的清晰度。
进一步的，镜片组构成的光学系统达到了如下的技术指标：（1）工作波段：8μm-12μ
m；（2）焦距：f′=14.5mm；（3）探测器：长波红外非制冷型384×288，25μm；（4）视场角： 45°；
（5）相对孔径D/ f′：1/0.9。
本发明高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车载镜头的光机结构设计过
程中，合理分配光焦度；在不同温度下特制材料伸缩环发生热胀冷缩，带主镜筒移动，补偿
温度变化引发的像面漂移；另外，合理利用不同光学材料温折变不同的原理，实现光学无热
化；光学机械混合无热化通过不同特性材料的组合来消除温度的影响，在较大范围内保持
像质稳定，实现温度自适应的光学无热化，使红外光学系统能够在一个较大的温度范围内
保持良好的成像质量。
与现有技术相比，本发明具有以显著优点：（1）结构简单，体积小，适合小型化的非
制冷红外光学系统使用；（2）具有高的成像分辨率；（3）结构紧凑，制作成本低廉，适宜规模
化生产；4）在保证结构紧凑的前提下，采取一系列措施，提高了镜头耐振动、冲击的能力；
（5）主镜筒采用一体化设计，具有良好的密封性能；在镜头结构设计中可以进行了刚度计
算，适当增加壁厚，提高固有频率，提高镜头的抗振能力，保证系统的使用要求；保证镜头的
密封性能。（6）光学机械混合无热化使得材料在不同温度下变形量减小，小的偏移量保证了
无热化的准确性，使得不同温度下的成像效果更好。
本发明的车载镜头的穿雾能力及黑夜识别能力大大提高驾驶安全性，随着红外成
像技术的快速发展，红外镜头在安防监控领等域有着广泛的应用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明：
图1为本发明实施例的光学系统示意图。
图2为本发明实施例的光学镜头结构示意图；
图中：1-限位压圈，2-伸缩环，3-主镜筒，4-后压圈，5-连接座，6-弹性垫片，7-BC隔圈，
8-AB隔圈，A-正透镜A，B-负透镜B，C-正透镜C。
具体实施方式：
如图1所示，高透雾性双补偿式光机混合无热化长波红外车载镜头，所述镜头的光学系
统中沿光线自左向右入射方向及自下向上入射方向依次设有正透镜A、负透镜B和正透镜C。
在本实施例中，沿光线入射方向，所述正透镜A和负透镜B之间的空气间隔是
5.5mm。所述负透镜B和正透镜C之间的空气间隔是3mm。
在本实施例中，补偿调节包括以下步骤：
（1）温度变化引起镜片R值发生改变，成像焦平面发生偏移；
（2）伸缩环对温度较敏感，通过热胀冷缩带动主镜筒3移动，补偿镜片R值变化带来的焦
平面的偏移；
（3）弹性垫片6则用于补偿机械移动带来的空间变化，保证镜头在不同温度下主镜筒的
稳定性；
（4）三片透镜分别使用IRG206和ZnSe中的一种，不同材料的透镜在温度变化时对光路
有不同的影响，相互补偿后实现光学无热化；
（5）上述光学无热化和机械无热化相互配合，完成光学机械混合无热化，保证镜头在一
个温度范围内成像的清晰度；
在本实施例中，由上述镜片组构成的光学系统达到了如下的技术指标：
工作波段：8μm-12μm；（2）焦距：f′=14.5mm；（3）探测器：长波红外非制冷型384×288，25
μm；（4）视场角： 45°；（5）相对孔径D/ f′：1/0.9；正透镜A的中心厚度可以为2.8 mm、负透镜
B的中心厚度可以为5 mm和正透镜C的中心厚度可以为3.2 mm。
负透镜B片S1面为非球面，其参数可以通过下面公式计算
在本实施例中，所述连接座和主镜筒之间设置有用于定位保证距离的可通过热胀冷
缩的原理进行伸缩的伸缩机构组，实现机械无热化；另外通过不同特性材料的组合来消除
温度的影响，在较大范围内保持像质稳定，实现温度自适应的光学无热化，使红外光学系统
能够在一个较大的温度范围内保持良好的成像质量；所述伸缩结构包括伸缩环2和弹性垫
片6。
在本实施例中，所述所述主镜筒和连接座之间设置有用于补偿位移量的补偿弹性
垫片7，所述连接座设计了M33X0.75-6g的螺纹牙和摄像机配合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与
修饰，皆应属本发明的涵盖范围。