專利名稱：一種微晶低溫鏡頭及其相機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在OK 溫度范圍內使用的相機，尤其涉及一種低溫鏡頭。
背景技術：
紅外技術特有的優(yōu)勢使得紅外光學系統(tǒng)廣泛應用于空間遙感和國防領域，利用紅外譜段開展對弱點目標的探測，是紅外技術應用的重要分支，例如紅外天文觀測等。在這類紅外弱點目標觀測中，為了減低光機系統(tǒng)自身熱輻射對探測能力的影響，一般需要對光學系統(tǒng)本身進行降溫，即需要采用低溫鏡頭滿足此類探測需求。而對于低溫鏡頭而言，鏡頭需要在常溫工況下完成加工、裝調和測試之后，在低溫工況下進行工作，巨大的溫度差將導致低溫光學系統(tǒng)無法正常工作。為了獲得高成像質量穩(wěn)定性的低溫鏡頭，需采用一定的消熱差技術以消除溫度效應的影響。目前國內外采用的光學系統(tǒng)無熱化技術大致分為三類，即光學被動補償、機械被動補償和機械主動補償。空間相機對可靠性、體積和重量有嚴格限制而不適用機械被動補償和機械主動補償消熱差技術。光學被動消熱差直接利用不同光學材料間的熱特性參數的互補性，通過光學材料的適當組合來消除溫度變化的影響。以上消熱差技術在工程實施中都只能在一定程度上降低溫度變化對像質的影響，而無法完全消除。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在常溫條件下完成加工、裝調和測試，在低溫下使用的光學鏡頭和相機，能夠降低溫度變化對像質的影響。本發(fā)明包括如下技術方案—種微晶低溫鏡頭，包括主鏡/四鏡、主鏡與次鏡連接結構件、次鏡、三鏡、三鏡與四鏡連接結構件、三鏡與像面組件連接結構件、分色片、接收像面；主鏡/四鏡、主鏡與次鏡連接結構件、次鏡、三鏡、三鏡與四鏡連接結構件、三鏡與像面組件連接結構件均采用同種微晶材料。主鏡/四鏡、次鏡和三鏡同軸，其光軸作為微晶低溫鏡頭的主光軸，入射光線以主光軸為中心對稱入射至主鏡，經過主鏡反射、次鏡反射、三鏡反射、四鏡反射后到達分色片， 經分色片分成兩個不同的譜段，并在接收像面各自成像。一種相機，包括探測器和所述的微晶低溫鏡頭，所述探測器設置在所述微晶低溫鏡頭的接收像面上。所述探測器為面陣(XD、線陣CXD或TDICXD。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是(1)本發(fā)明選擇同種熱膨脹系數的微晶材料作為光學件(除分色片)、結構件材料，在溫度發(fā)生大范圍變化時，光學件與結構件的變化趨勢一致，各連接處無熱應力產生， 鏡頭能夠正常工作。(2)本發(fā)明采用了同軸型式光學系統(tǒng)，利用同軸系統(tǒng)所有光學件、結構件具有的軸對稱特性，降低溫度變化帶來的影響，使得溫度在OK 大范圍變化下，光學件與結構件不發(fā)生非對稱型式的變化。(3)本發(fā)明采用了全反射式光學系統(tǒng)，系統(tǒng)中不存在透射式光學元件，避免了透射式光學元件折射率隨溫度變化而發(fā)生的變化，使得系統(tǒng)工作原理簡單，系統(tǒng)設計簡潔實用。(4)所述的光學系統(tǒng)能夠在常溫條件下完成加工、裝調和測試，在OK 溫度范圍內進行工作。


圖1為本發(fā)明微晶低溫鏡頭的結構圖；圖加為本發(fā)明微晶低溫鏡頭的主鏡(1)在120Κ條件下面形相對于常溫條件的變化情況；圖2b為本發(fā)明微晶低溫鏡頭的次鏡C3)在120K條件下面形相對于常溫條件的變化情況；圖2c為本發(fā)明微晶低溫鏡頭的三鏡(4)在120K條件下面形相對于常溫條件的變化情況；圖2d為本發(fā)明微晶低溫鏡頭的四鏡(1)在120K條件下面形相對于常溫條件的變化情況；圖加 圖2d中，x、y為垂直于光軸的坐標，“變形量”為各面形節(jié)點由于溫度的變化而發(fā)生的變化量。圖3a為本發(fā)明微晶低溫鏡頭Bl譜段在常溫工況下像元能量集中度；圖北為本發(fā)明微晶低溫鏡頭B2譜段在常溫工況下像元能量集中度；圖3c為本發(fā)明微晶低溫鏡頭Bl譜段在低溫120K工況下像元能量集中度；圖3d為本發(fā)明微晶低溫鏡頭B2譜段在低溫120K工況下像元能量集中度；圖3a 圖3d中，χ坐標為能量包圍圓半徑，y坐標為能量百分比。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的微晶低溫鏡頭采用全反射式光學系統(tǒng)，由光學件和支撐結構件兩部分組成。光學件包括主鏡/四鏡1、次鏡3、三鏡4、分色片7 ；支撐結構件包括主鏡與次鏡連接結構件2、三鏡與四鏡連接結構件5、三鏡與像面組件連接結構件6。由于光學設計的需要，主鏡和四鏡加工為一體，如圖1所示主鏡/四鏡1中左側為主鏡，右側為四鏡。 角度為0° 2°的入射光線，分別依次到達主鏡、次鏡、三鏡和四鏡，最終經分色片分成兩個不同譜段，分別到達兩個接收像面8上成像。主鏡、次鏡3和三鏡4為非球面反射鏡，四鏡為球面或非球面反射鏡。所述的接收像面8為面陣、線陣CCD或TDICCD(時間延遲積分 CCD)探測器的接收面。主鏡/四鏡1、主鏡與次鏡連接結構件2、次鏡3、三鏡4、三鏡與四鏡連接結構件5、 三鏡與像面組件連接結構件6均采用同種微晶材料；利用結構件與光學件(除分色片)熱膨脹系數一致特性，保證相機在常溫條件下加工、裝調和測試，在低溫條件下成像工作。主鏡/四鏡1、次鏡3和三鏡4同軸并作為光學系統(tǒng)的主光軸，兩個不同視場的光線從左側以主光軸為中心對稱入射至微晶鏡頭，入射光線與主光軸的夾角為0° 2°，入射光穿過主鏡與次鏡連接結構件2上的孔入射到主鏡1，經過主鏡1反射至次鏡3、經次鏡 3反射后穿過主鏡/四鏡1的中心孔入射到三鏡4、通過三鏡4反射至四鏡、通過四鏡反射后穿過三鏡與像面組件連接結構件6的孔到達分色片7，經分色片7分成兩個不同的譜段， 其中一個譜段透過分色片入射到第一接收像面，另一個譜段經分色片反射入射到第二接收像面。相機的CXD探測器位于接收像面8上，焦面支撐結構件9用于支撐分色片和CXD 探測器，其材料也可以是微晶材料。主鏡/四鏡1和主鏡與次鏡連接結構件2之間、主鏡與次鏡連接結構件2和次鏡 3之間、主鏡/四鏡1和三鏡與四鏡連接結構件5之間、三鏡與四鏡連接結構件5和三鏡4 之間、三鏡與四鏡連接結構件5和三鏡與像面組件連接結構件6之間的連接方式均為膠粘接。本系統(tǒng)具有工作溫度范圍寬、高透過率、大相對孔徑、結構緊湊、重量輕的優(yōu)點，特別適用于弱點目標探測，以及滿足大溫度范圍成像的需求。實施例全微晶鏡頭的工作譜段Bl 5. 0 7. 6μπι、Β2 :8. 2 12. 0 μ m，入瞳口徑300mm， F數1.5，有效視場為4° ；探測器Bl譜段與B2譜段像元尺寸均為30 μ m面陣(XD。主鏡/ 四鏡(1)為凹雙曲面鏡、次鏡⑶為凸雙曲面鏡，三鏡⑷為凸球面鏡。加工、裝調與檢測工作環(huán)境溫度為^I，工作環(huán)境溫度為120K。本實施例中，當溫度從降低至120K，全微晶低溫鏡頭的各個反射鏡面發(fā)生的變形如圖加 2d所示，各鏡面的變形均為對稱型式。本實施例中，全微晶低溫鏡頭Bi、B2譜段在^;3K、120K工況下像元能量集中度如圖3a 3d所示，各譜段在各工況像元能力集中度均值分別為58^^42^^58%,42%，說明全微晶低溫鏡頭在溫度從四；31(降低至120K后，其光學性能沒有發(fā)生變化。因此以上這些數據表明本發(fā)明的光學系統(tǒng)能夠滿足在常溫工況下進行加工、裝調和測試，在低溫工況下進行工作的要求。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
1.一種微晶低溫鏡頭，其特征在于包括主鏡/四鏡(1)、主鏡與次鏡連接結構件O)、 次鏡(3)、三鏡G)、三鏡與四鏡連接結構件(5)、三鏡與像面組件連接結構件(6)、分色片 (7)、接收像面⑶；主鏡/四鏡(1)、主鏡與次鏡連接結構件O)、次鏡(3)、三鏡、三鏡與四鏡連接結構件(5)、三鏡與像面組件連接結構件(6)均采用同種微晶材料。
2.根據權利要求1所述的微晶低溫鏡頭，其特征在于主鏡/四鏡⑴、次鏡⑶和三鏡同軸，其光軸作為微晶低溫鏡頭的主光軸，入射光線以主光軸為中心對稱入射至主鏡(1)，經過主鏡反射、次鏡⑶反射、三鏡⑷反射、四鏡反射后到達分色片(7)，，經分色片(7)分成兩個不同的譜段，并在接收像面(8)各自成像。
3.根據權利要求1所述的微晶低溫鏡頭，其特征在于主鏡/四鏡⑴、次鏡⑶和三鏡⑷為反射鏡。
4.根據權利要求3所述的微晶低溫鏡頭，其特征在于主鏡(1)、次鏡(3)和三鏡⑷ 面形為非球面，四鏡(1)面形為球面或非球面。
5.根據權利要求1所述的微晶低溫鏡頭，其特征在于所述主鏡/四鏡⑴與所述主鏡與次鏡連接結構件( 之間、所述主鏡與次鏡連接結構件( 與所述次鏡C3)之間、所述主鏡/四鏡(1)與所述三鏡與四鏡連接結構件(5)之間、所述三鏡與四鏡連接結構件(5) 與所述三鏡(4)之間、所述三鏡與四鏡連接結構件( 與所述三鏡與像面組件連接結構件 (6)之間的連接方式均為膠粘接。
6.一種相機，其特征在于包括探測器和權利要求1-5任一權利要求所述的微晶低溫鏡頭，所述探測器設置在所述微晶低溫鏡頭的接收像面(8)上。
7.根據權利要求6所述的相機，其特征在于所述探測器為面陣CCD、線陣CCD或 TDICCD探測器。
全文摘要
一種微晶低溫鏡頭及其相機，微晶低溫鏡頭包括主鏡/四鏡(1)、主鏡與次鏡連接結構件(2)、次鏡(3)、三鏡(4)、三鏡與四鏡連接結構件(5)、三鏡與像面組件連接結構件(6)、分色片(7)、接收像面(8)；主鏡/四鏡(1)、主鏡與次鏡連接結構件(2)、次鏡(3)、三鏡(4)、三鏡與四鏡連接結構件(5)、三鏡與像面組件連接結構件(6)均采用同種微晶材料。本發(fā)明保證了相機在常溫條件下加工、裝調和測試，在低溫條件下成像工作。
文檔編號G02B13/00GK102385143SQ20111031696
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者周峰, 張寅生, 張濤, 湯天瑾, 蘇云, 行麥玲, 馬軍 申請人:北京空間機電研究所