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1、(10)申请公布号 CN 102385143 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102385143 A *CN102385143A* (21)申请号 201110316962.4 (22)申请日 2011.10.18 G02B 13/14(2006.01) G02B 13/00(2006.01) G02B 1/02(2006.01) G02B 17/06(2006.01) G03B 17/12(2006.01) H04N 5/372(2011.01) (71)申请人 北京空间机电研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路 1 号 9201 信箱 5 分箱 (72)发明。
2、人 周峰 苏云 汤天瑾 马军 行麦玲 张寅生 张涛 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种微晶低温镜头及其相机 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 CN 102385162 A1/1 页 2 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 (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。
4、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 (1)、 次镜 (3) 和三 镜 (4) 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 (3) 反射、 三镜 (4) 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 (1)、 次镜 (3) 和三 镜 (4) 为反射镜。 4. 根。
5、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 (4) 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 (1) 与所述主 镜与次镜连接结构件 (2) 之间、 所述主镜与次镜连接结构件 (2) 与所述次镜 (3) 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 (5) 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。
6、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。 权 利 要 求 书 CN 102385143 A CN 102385162 A1/3 页 3 一种微晶低温镜头及其相机 技术领域 0001 本发明涉及一种在 0K 293K 温度范围内使用的相机， 尤其涉及一种低温镜头。 背景技术 0002 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。
7、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。 0003 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。 0004 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。
8、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 0005 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。 0006 本发明包括如下技术方案 ： 0007 一种微晶低温镜头， 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。
9、、 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。 0008 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。 0009 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。 0010 所述探测器为面阵 CCD、 线阵 CCD 或 TDICCD。 0011 本发明与现有技术相比的。
10、有益效果是 ： 0012 (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。 0013 (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 说 明 书 CN 102385143 A CN 102385162 A2/3 页 4 对称特性， 降低温度变化带来的影响， 使得温度在 0K 293K 大范围变化下， 光学件与结构 件不发生非对称型式的变化。 0014 (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， 。
11、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。 0015 (4) 所述的光学系统能够在 293K 常温条件下完成加工、 装调和测试， 在 0K 293K 温度范围内进行工作。 附图说明 0016 图 1 为本发明微晶低温镜头的结构图 ； 0017 图 2a 为本发明微晶低温镜头的主镜 (1) 在 120K 条件下面形相对于常温 293K 条 件的变化情况 ； 0018 图 2b 为本发明微晶低温镜头的次镜 (3) 在 120K 条件下面形相对于常温 293K 条 件的变化情况 ； 0019 图 2c 为本发明微晶低温镜头的三镜 (4) 在 12。
12、0K 条件下面形相对于常温 293K 条 件的变化情况 ； 0020 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 293K 条 件的变化情况 ； 0021 图 2a 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。 0022 图 3a 为本发明微晶低温镜头 B1 谱段在常温 293K 工况下像元能量集中度 ； 0023 图 3b 为本发明微晶低温镜头 B2 谱段在常温 293K 工况下像元能量集中度 ； 0024 图 3c 为本发明微晶低温镜头 B1 谱段在低温 120K 工况下像元能量集中度 ； 00。
13、25 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 ； 0026 图 3a 图 3d 中， x 坐标为能量包围圆半径， y 坐标为能量百分比。 具体实施方式 0027 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。
14、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。 0028 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。 0029 主镜。
15、 / 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 说 明 书 CN 102385143 A CN 102385162 A3/3 页 5 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。
16、个谱段经分色片反射入射到第二接收 像面。 0030 相机的 CCD 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 CCD 探测器， 其材料也可以是微晶材料。 0031 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。 0032 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，。
17、 以及满足大温度范围成像的需求。 0033 实施例 0034 全微晶镜头的工作谱段 B1 ： 5.0 7.6m、 B2 ： 8.2 12.0m， 入瞳口径 ： 300mm， F 数 1.5， 有效视场为 4； 探测器 B1 谱段与 B2 谱段像元尺寸均为 30m 面阵 CCD。主镜 / 四镜 (1) 为凹双曲面镜、 次镜 (3) 为凸双曲面镜， 三镜 (4) 为凸球面镜。 0035 加工、 装调与检测工作环境温度为 293K， 工作环境温度为 120K。 0036 本实施例中， 当温度从 293K 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 2a 2d 所示， 各镜面的变。
18、形均为对称型式。 0037 本实施例中， 全微晶低温镜头 B1、 B2 谱段在 293K、 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 293K 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。 0038 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。 说 明 书 CN 102385143 A CN 102385162 A1/5 页 6 图 1 图 2a 说 明 书 附 图 CN 102385143 A CN 102385162 A2/5 页 7 图 2b 图 2c 说 明 书 附 图 CN 102385143 A CN 102385162 A3/5 页 8 图 2d 图 3a 说 明 书 附 图 CN 102385143 A CN 102385162 A4/5 页 9 图 3b 图 3c 说 明 书 附 图 CN 102385143 A CN 102385162 A5/5 页 10 图 3d 说 明 书 附 图 CN 102385143 A 。