专利名称：一种微晶低温镜头及其相机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在OK 温度范围内使用的相机，尤其涉及一种低温镜头。
背景技术：
红外技术特有的优势使得红外光学系统广泛应用于空间遥感和国防领域，利用红外谱段开展对弱点目标的探测，是红外技术应用的重要分支，例如红外天文观测等。在这类红外弱点目标观测中，为了减低光机系统自身热辐射对探测能力的影响，一般需要对光学系统本身进行降温，即需要采用低温镜头满足此类探测需求。而对于低温镜头而言，镜头需要在常温工况下完成加工、装调和测试之后，在低温工况下进行工作，巨大的温度差将导致低温光学系统无法正常工作。为了获得高成像质量稳定性的低温镜头，需采用一定的消热差技术以消除温度效应的影响。目前国内外采用的光学系统无热化技术大致分为三类，即光学被动补偿、机械被动补偿和机械主动补偿。空间相机对可靠性、体积和重量有严格限制而不适用机械被动补偿和机械主动补偿消热差技术。光学被动消热差直接利用不同光学材料间的热特性参数的互补性，通过光学材料的适当组合来消除温度变化的影响。以上消热差技术在工程实施中都只能在一定程度上降低温度变化对像质的影响，而无法完全消除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在常温条件下完成加工、装调和测试，在低温下使用的光学镜头和相机，能够降低温度变化对像质的影响。本发明包括如下技术方案—种微晶低温镜头，包括主镜/四镜、主镜与次镜连接结构件、次镜、三镜、三镜与四镜连接结构件、三镜与像面组件连接结构件、分色片、接收像面；主镜/四镜、主镜与次镜连接结构件、次镜、三镜、三镜与四镜连接结构件、三镜与像面组件连接结构件均采用同种微晶材料。主镜/四镜、次镜和三镜同轴，其光轴作为微晶低温镜头的主光轴，入射光线以主光轴为中心对称入射至主镜，经过主镜反射、次镜反射、三镜反射、四镜反射后到达分色片， 经分色片分成两个不同的谱段，并在接收像面各自成像。一种相机，包括探测器和所述的微晶低温镜头，所述探测器设置在所述微晶低温镜头的接收像面上。所述探测器为面阵(XD、线阵CXD或TDICXD。本发明与现有技术相比的有益效果是(1)本发明选择同种热膨胀系数的微晶材料作为光学件(除分色片)、结构件材料，在温度发生大范围变化时，光学件与结构件的变化趋势一致，各连接处无热应力产生， 镜头能够正常工作。(2)本发明采用了同轴型式光学系统，利用同轴系统所有光学件、结构件具有的轴对称特性，降低温度变化带来的影响，使得温度在OK 大范围变化下，光学件与结构件不发生非对称型式的变化。(3)本发明采用了全反射式光学系统，系统中不存在透射式光学元件，避免了透射式光学元件折射率随温度变化而发生的变化，使得系统工作原理简单，系统设计简洁实用。(4)所述的光学系统能够在常温条件下完成加工、装调和测试，在OK 温度范围内进行工作。
图1为本发明微晶低温镜头的结构图；图加为本发明微晶低温镜头的主镜(1)在120Κ条件下面形相对于常温条件的变化情况；图2b为本发明微晶低温镜头的次镜C3)在120K条件下面形相对于常温条件的变化情况；图2c为本发明微晶低温镜头的三镜(4)在120K条件下面形相对于常温条件的变化情况；图2d为本发明微晶低温镜头的四镜(1)在120K条件下面形相对于常温条件的变化情况；图加 图2d中，x、y为垂直于光轴的坐标，“变形量”为各面形节点由于温度的变化而发生的变化量。图3a为本发明微晶低温镜头Bl谱段在常温工况下像元能量集中度；图北为本发明微晶低温镜头B2谱段在常温工况下像元能量集中度；图3c为本发明微晶低温镜头Bl谱段在低温120K工况下像元能量集中度；图3d为本发明微晶低温镜头B2谱段在低温120K工况下像元能量集中度；图3a 图3d中，χ坐标为能量包围圆半径，y坐标为能量百分比。
具体实施例方式如图1所示，本发明的微晶低温镜头采用全反射式光学系统，由光学件和支撑结构件两部分组成。光学件包括主镜/四镜1、次镜3、三镜4、分色片7 ；支撑结构件包括主镜与次镜连接结构件2、三镜与四镜连接结构件5、三镜与像面组件连接结构件6。由于光学设计的需要，主镜和四镜加工为一体，如图1所示主镜/四镜1中左侧为主镜，右侧为四镜。 角度为0° 2°的入射光线，分别依次到达主镜、次镜、三镜和四镜，最终经分色片分成两个不同谱段，分别到达两个接收像面8上成像。主镜、次镜3和三镜4为非球面反射镜，四镜为球面或非球面反射镜。所述的接收像面8为面阵、线阵CCD或TDICCD(时间延迟积分 CCD)探测器的接收面。主镜/四镜1、主镜与次镜连接结构件2、次镜3、三镜4、三镜与四镜连接结构件5、 三镜与像面组件连接结构件6均采用同种微晶材料；利用结构件与光学件(除分色片)热膨胀系数一致特性，保证相机在常温条件下加工、装调和测试，在低温条件下成像工作。主镜/四镜1、次镜3和三镜4同轴并作为光学系统的主光轴，两个不同视场的光线从左侧以主光轴为中心对称入射至微晶镜头，入射光线与主光轴的夹角为0° 2°，入射光穿过主镜与次镜连接结构件2上的孔入射到主镜1，经过主镜1反射至次镜3、经次镜 3反射后穿过主镜/四镜1的中心孔入射到三镜4、通过三镜4反射至四镜、通过四镜反射后穿过三镜与像面组件连接结构件6的孔到达分色片7，经分色片7分成两个不同的谱段， 其中一个谱段透过分色片入射到第一接收像面，另一个谱段经分色片反射入射到第二接收像面。相机的CXD探测器位于接收像面8上，焦面支撑结构件9用于支撑分色片和CXD 探测器，其材料也可以是微晶材料。主镜/四镜1和主镜与次镜连接结构件2之间、主镜与次镜连接结构件2和次镜 3之间、主镜/四镜1和三镜与四镜连接结构件5之间、三镜与四镜连接结构件5和三镜4 之间、三镜与四镜连接结构件5和三镜与像面组件连接结构件6之间的连接方式均为胶粘接。本系统具有工作温度范围宽、高透过率、大相对孔径、结构紧凑、重量轻的优点，特别适用于弱点目标探测，以及满足大温度范围成像的需求。实施例全微晶镜头的工作谱段Bl 5. 0 7. 6μπι、Β2 :8. 2 12. 0 μ m，入瞳口径300mm， F数1.5，有效视场为4° ；探测器Bl谱段与B2谱段像元尺寸均为30 μ m面阵(XD。主镜/ 四镜(1)为凹双曲面镜、次镜⑶为凸双曲面镜，三镜⑷为凸球面镜。加工、装调与检测工作环境温度为^I，工作环境温度为120K。本实施例中，当温度从降低至120K，全微晶低温镜头的各个反射镜面发生的变形如图加 2d所示，各镜面的变形均为对称型式。本实施例中，全微晶低温镜头Bi、B2谱段在^;3K、120K工况下像元能量集中度如图3a 3d所示，各谱段在各工况像元能力集中度均值分别为58^^42^^58%,42%，说明全微晶低温镜头在温度从四；31(降低至120K后，其光学性能没有发生变化。因此以上这些数据表明本发明的光学系统能够满足在常温工况下进行加工、装调和测试，在低温工况下进行工作的要求。本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种微晶低温镜头，其特征在于包括主镜/四镜(1)、主镜与次镜连接结构件O)、 次镜(3)、三镜G)、三镜与四镜连接结构件(5)、三镜与像面组件连接结构件(6)、分色片 (7)、接收像面⑶；主镜/四镜(1)、主镜与次镜连接结构件O)、次镜(3)、三镜、三镜与四镜连接结构件(5)、三镜与像面组件连接结构件(6)均采用同种微晶材料。
2.根据权利要求1所述的微晶低温镜头，其特征在于主镜/四镜⑴、次镜⑶和三镜同轴，其光轴作为微晶低温镜头的主光轴，入射光线以主光轴为中心对称入射至主镜(1)，经过主镜反射、次镜⑶反射、三镜⑷反射、四镜反射后到达分色片(7)，，经分色片(7)分成两个不同的谱段，并在接收像面(8)各自成像。
3.根据权利要求1所述的微晶低温镜头，其特征在于主镜/四镜⑴、次镜⑶和三镜⑷为反射镜。
4.根据权利要求3所述的微晶低温镜头，其特征在于主镜(1)、次镜(3)和三镜⑷ 面形为非球面，四镜(1)面形为球面或非球面。
5.根据权利要求1所述的微晶低温镜头，其特征在于所述主镜/四镜⑴与所述主镜与次镜连接结构件( 之间、所述主镜与次镜连接结构件( 与所述次镜C3)之间、所述主镜/四镜(1)与所述三镜与四镜连接结构件(5)之间、所述三镜与四镜连接结构件(5) 与所述三镜(4)之间、所述三镜与四镜连接结构件( 与所述三镜与像面组件连接结构件 (6)之间的连接方式均为胶粘接。
6.一种相机，其特征在于包括探测器和权利要求1-5任一权利要求所述的微晶低温镜头，所述探测器设置在所述微晶低温镜头的接收像面(8)上。
7.根据权利要求6所述的相机，其特征在于所述探测器为面阵CCD、线阵CCD或 TDICCD探测器。
全文摘要
一种微晶低温镜头及其相机，微晶低温镜头包括主镜/四镜(1)、主镜与次镜连接结构件(2)、次镜(3)、三镜(4)、三镜与四镜连接结构件(5)、三镜与像面组件连接结构件(6)、分色片(7)、接收像面(8)；主镜/四镜(1)、主镜与次镜连接结构件(2)、次镜(3)、三镜(4)、三镜与四镜连接结构件(5)、三镜与像面组件连接结构件(6)均采用同种微晶材料。本发明保证了相机在常温条件下加工、装调和测试，在低温条件下成像工作。
文档编号G02B13/00GK102385143SQ20111031696
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者周峰, 张寅生, 张涛, 汤天瑾, 苏云, 行麦玲, 马军 申请人:北京空间机电研究所