CN107688235A - 一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，包括镜筒以及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜A、正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F、由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I、双凸透镜J以及双凹透镜K。本发明结构紧凑、合理，不仅无中心拦光引起的光能损失，具有大视场、大相对孔径的特点，同时长度短、体积小。

Description

一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜

技术领域：

本发明涉及一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜。

背景技术：

科学技术日新月异，人类对资源的争夺也从陆地、深海到地球外空间领域发展。空间技术的发展对国家战略尤其是军事国防有着重要意义，其中对空间目标的搜索与探测是开展空间研究的基础。用于空间目标探测的镜头，正朝着大相对孔径、大视场、高分辨率、强探测能力发展，其光学结构主要有三种形式：反射式、折射式和折反式。反射式结构具有无色差、长度较折射式短得多的优点，但同时也存在中心拦光、装调难度大、易产生杂散光导致分辨率下降的缺点。折射式结构具有视场较大、杂散光较反射式小、受温度变化影响小的优点，但同时也存在长度较长、体积较大的缺点。

发明内容：

本发明的目的在于针对以上不足之处，提供一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，不仅无中心拦光引起的光能损失，具有大视场、大相对孔径的特点，同时长度短、体积小。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，包括镜筒以及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜A、正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F、由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I、双凸透镜J以及双凹透镜K。

进一步的，所述正月牙透镜A与正月牙透镜B之间的空气间隔为0.5mm，正月牙透镜B与负月牙透镜C之间的空气间隔为4.0mm，负月牙透镜C与由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组之间的空气间隔为46.7mm，由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组与双凸透镜F之间的空气间隔为19.5mm，双凸透镜F与由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组之间的空气间隔为18.7mm，由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组与双凸透镜I之间的空气间隔为0.5mm，双凸透镜I与双凸透镜J之间的空气间隔为1.4mm，双凸透镜J与双凹透镜K之间的空气间隔为10.0mm。

进一步的，所述双凸透镜I由反常色散材料制成。

进一步的，所述镜筒包括依次连接的前组镜筒、中组镜筒以及后组镜筒，所述前组镜筒的前端固联有遮光罩，所述遮光罩的前端固联有镜盖；所述后组镜筒的外周侧设置有电动调焦机构，后组镜筒的后端固联有用于安装CCD的固定法兰。

进一步的，所述正月牙透镜A装于前组镜筒内并经由A片压圈固定压紧；所述正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F依次安装于中组镜筒内并经由B片压圈固定压紧，所述正月牙透镜B与负月牙透镜C之间设置有BC隔圈，所述双凸透镜E与双凸透镜F之间设置有EF隔圈；所述由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I以及双凸透镜J依次安装于后组镜筒内并经由G片压圈与J片压圈固定压紧，所述双凹透镜H与双凸透镜I之间设置有HI隔圈；所述后组镜筒的后端内壁套设有一K片镜筒，所述双凹透镜K安装于K片镜筒内并经由K片压圈固定压紧。

进一步的，所述前组镜筒的内壁设置有一以利与氮气输送管相连的气嘴；所述中组镜筒以及后组镜筒的内壁分别设置有以利氮气流通的气槽；所述B片压圈、G片压圈以及K片压圈上分别开设有透气孔；所述正月牙透镜A与前组镜筒的贴合处、前组镜筒与中组镜筒的贴合处、中组镜筒与后组镜筒的贴合处、双凹透镜K与K片镜筒的贴合处均设置有O型密封圈。

进一步的，所述电动调焦机构包括从内向外依次套接的调焦座、调焦环以及调焦移动座，所述调焦座套设在后组镜筒的外侧，调焦座的前端设置有一调焦电机，所述调焦电机的输出轴经一减速器与调焦环前端的调焦环齿轮相啮合，所述调焦环与调焦座之间设有以利转动的钢珠轴承，所述钢珠轴承经调焦环压圈压紧以与调焦环过盈配合；所述调焦移动座与调焦环之间经梯形螺纹连接，调焦移动座的外圆周面上开设有六个呈圆周均布的导槽，每一所述导槽内穿设有一导钉，所述导钉的一端与调焦座螺接，其中相邻两个导钉分别套设有对顶设置的消间隙轴承，所述调焦移动座的后端经螺钉与固定法兰固联。

进一步的，所述调焦座与调焦移动座之间设有若干呈圆周均布的消间隙机构，所述消间隙机构包括第一立柱、第二立柱以及拉簧，所述第一立柱与调焦座固联，所述第二立柱与调焦移动座固联，所述拉簧设置在第一立柱与第二立柱之间，拉簧的两端分别勾住第一立柱与第二立柱。

进一步的，所述调焦移动座与固定法兰之间设置有微调机构，所述微调机构包括一固联在固定法兰外圆周面的T形调节活动块，所述调节活动块的左、右两端分别设置有一固联在调焦移动座的L形调节固定块，所述调节固定块上螺接有一用于压紧调节活动块的调节螺钉；所述固定法兰的端面上开设有若干用于与调焦移动座固联的连接孔，所述连接孔为一字长槽状，以便对CCD进行方位微调。

进一步的，所述调焦座上设置有霍尔元件，所述调焦环的前端设置有用于触发霍尔元件的磁钢。

与现有技术相比，本发明具有以下效果：

（1）采用全透射式结构，不存在中心遮拦，有效地利用了光能量，提高探测能力；

（2）采用复杂化双高斯结构，很好地校正了轴外像差，工作视场大，提高了探测效率；

（3）双凸透镜I由反常色散材料制成，有效地降低了镜头的色差，特别是二级光谱，使镜头在工作波段范围内清晰成像；

（4）消间隙机构的设置，可避免调焦环与调焦移动座螺纹传动的间隙空回影响调焦精度，从而提高调焦精度；

（5）采用两个消间隙轴承对顶来消除调焦移动座与导钉的间隙，提高转动方向精度；

（6）调焦移动座与固定法兰之间的微调机构，可实现CCD方位微调功能；

（7）该镜头内部密封充氮，可提高环境适应能力和光学性能。

附图说明：

图1是本发明实施例的光学系统示意图；

图2是本发明实施例的装配示意图；

图3是本发明实施例中镜筒的结构示意图；

图4是遮光罩与镜盖的装配示意图；

图5是调焦电机与减速器的装配示意图；

图6是消间隙机构以及微调机构的装配示意图；

图7是图6的侧视图；

图8是消间隙轴承的安装示意图。

图中：

A-正月牙透镜A；B-正月牙透镜B；C-负月牙透镜C；D-双凹透镜D；E-双凸透镜E；F-双凸透镜F；G-双凸透镜G；H-双凹透镜H；I-双凸透镜I；J-双凸透镜J；K-双凹透镜K；1-前组镜筒；2-中组镜筒；3-后组镜筒；4-遮光罩；5-镜盖；6-固定法兰；601-连接孔；7-A片压圈；8-B片压圈；9-BC隔圈；10-EF隔圈；11-G片压圈；12-HI隔圈；13-K片镜筒；14-K片压圈；15-气嘴；16-调焦座；17-调焦环；171-调焦环齿轮；18-调焦移动座；181-导槽；19-调焦电机；191-电机齿轮；20-调焦电机架；21-减速器；210-支架；211-第一齿轮轴；212-第二齿轮轴；213-第一传动齿轮；214-第二传动齿轮；22-导钉；23-消间隙轴承；24-第一立柱；25-第二立柱；26-拉簧；27-调节活动块；28-调节固定块；29-调节螺钉；30-CCD；31-钢珠轴承；32-调焦环压圈；33-O型密封圈；34-霍尔元件；35-霍尔元件架；36-磁钢；37-螺钉；38-底板；39-J片压圈。。

具体实施方式:

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1-4所示，本发明一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，包括镜筒以及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜A、正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F、由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I、双凸透镜J以及双凹透镜K。

本实施例中，所述正月牙透镜A与正月牙透镜B之间的空气间隔为0.5mm，正月牙透镜B与负月牙透镜C之间的空气间隔为4.0mm，负月牙透镜C与由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组之间的空气间隔为46.7mm，由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组与双凸透镜F之间的空气间隔为19.5mm，双凸透镜F与由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组之间的空气间隔为18.7mm，由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组与双凸透镜I之间的空气间隔为0.5mm，双凸透镜I与双凸透镜J之间的空气间隔为1.4mm，双凸透镜J与双凹透镜K之间的空气间隔为10.0mm。

本实施例中，所述双凸透镜I由反常色散材料制成，有效地降低了镜头的色差，特别是二级光谱，使镜头在工作波段范围内清晰成像。

本实施例中，各个镜片的物理参数如表1所示：

表1镜片物理参数

表面	曲率半径（mm）	间隔（mm）	折射率
				1	150≤R≤170	24.4	1.85
2	360≤R≤390	0.5	1.0
				3	110≤R≤135	25.9	1.66
4	320≤R≤340	4.0	1.0
				5	430≤R≤450	5.6	1.73
6	75≤R≤100	46.7	1.0
				7	100≤R≤125	5.5	1.80
8	115≤R≤135	34.0	1.61
				9	-180≤R≤-160	19.5	1.0
10	210≤R≤230	25.3	1.91
				11	-300≤R≤-280	18.7	1.0
12	140≤R≤160	37.9	1.68
				13	-121≤R≤-100	9.5	1.75
14	80≤R≤100	0.5	1.0
				15	75≤R≤95	37.5	1.50
16	-180≤R≤-165	1.4	1.0
				17	1430≤R≤1450	37.5	1.83
18	-1000≤R≤-980	10	1.0
				19	-95≤R≤-75	5.7	1.49
20	450≤R≤470	—	1.0

上述镜头达到如下技术指标：

1、焦距：f′=154mm；

2、相对孔径D/F=1/1.0；

3、视场角2ω：25.86°；

4、适用光谱范围：450nm～750nm；

5、靶面大小：2048×2048，像素大小24μm×24μm；

6、能量集中度：＜16μm；

7、光学总长：＜380mm；

8、后截距：＞20mm。

本实施例中，所述镜筒包括依次连接的前组镜筒1、中组镜筒2以及后组镜筒3，所述前组镜筒1的前端经螺钉固联有遮光罩4，所述遮光罩4的前端经螺钉固联有镜盖5；所述后组镜筒3的外周侧设置有电动调焦机构，后组镜筒3的后端固联有用于安装CCD的固定法兰6。

本实施例中，所述正月牙透镜A装于前组镜筒1内并经由A片压圈7固定压紧；所述正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F依次安装于中组镜筒2内并经由B片压圈8固定压紧，所述正月牙透镜B与负月牙透镜C之间设置有BC隔圈9，所述双凸透镜E与双凸透镜F之间设置有EF隔圈10；所述由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I以及双凸透镜J依次安装于后组镜筒3内并经由G片压圈11与J片压圈39固定压紧，所述双凹透镜H与双凸透镜I之间设置有HI隔圈12；所述后组镜筒3的后端内壁套设有一K片镜筒13，所述双凹透镜K安装于K片镜筒13内并经由K片压圈14固定压紧。

本实施例中，所述前组镜筒1的内壁设置有一以利与氮气输送管相连的气嘴15；所述中组镜筒2以及后组镜筒3的内壁分别设置有以利氮气流通的气槽；所述B片压圈8、G片压圈11以及K片压圈14上分别开设有透气孔；所述正月牙透镜A与前组镜筒1的贴合处、前组镜筒1与中组镜筒2的贴合处、中组镜筒2与后组镜筒3的贴合处、双凹透镜K与K片镜筒13的贴合处均设置有O型密封圈33；该镜头内部密封充氮，可提高环境适应能力和光学性能。

本实施例中，所述电动调焦机构包括从内向外依次套接的调焦座16、调焦环17以及调焦移动座18，所述调焦座16套设在后组镜筒3的外侧，调焦座16的前端设置有一调焦电机19，调焦电机19经由调焦电机架20安装在调焦座16上，所述调焦电机19的输出轴经一减速器21与调焦环17前端的调焦环齿轮171相啮合，所述调焦环17与调焦座16之间设有以利转动的钢珠轴承31，所述钢珠轴承31经调焦环压圈32压紧以与调焦环17过盈配合，消除间隙；所述调焦移动座18与调焦环17之间经梯形螺纹连接，[A1] ，如图8所示；所述调焦移动座18的后端经螺钉与固定法兰6固联；当调焦电机19启动时，调焦电机19通过减速器21驱动调焦环17作正反向运动，调焦环17通过与调焦移动座18连接的梯形螺纹带动CCD，并在导钉22的的作用下作正反向的直线运动，从而带动CCD作正反向的直线运动，实现调焦的目的。

如图5所示，所述减速器21包括一支架210，所述支架210上于调焦电机19输出轴内侧依次设置有第一齿轮轴211和第二齿轮轴212，所述第一齿轮轴211的前端设置有与电机齿轮191相啮合的第一传动齿轮213，所述第二齿轮轴212的前端设置有与第一齿轮轴211相啮合的第二传动齿轮214，所述第二齿轮轴212与调焦环齿轮171相啮合，以驱动调焦环齿轮171带动调焦环17转动。

如图6-7所示，本实施例中，所述调焦座16与调焦移动座18之间设有若干呈圆周均布的消间隙机构，所述消间隙机构包括第一立柱24、第二立柱25以及拉簧26，所述第一立柱24与调焦座16固联，所述第二立柱25与调焦移动座18固联，所述拉簧26设置在第一立柱24与第二立柱25之间，拉簧26的两端分别勾住第一立柱24与第二立柱25；适当选取拉簧26负载，使之即满足消除梯形螺纹传动间隙，同时不至于使调焦电机19超过额定负载。

本实施例中，所述调焦移动座18与固定法兰6之间设置有微调机构，所述微调机构包括一固联在固定法兰6外圆周面的T形调节活动块27，所述调节活动块27的左、右两端分别设置有一固联在调焦移动座18的L形调节固定块28，所述调节固定块28上螺接有一用于压紧调节活动块27的调节螺钉29；所述固定法兰6的端面上开设有若干用于与调焦移动座18固联的连接孔601，所述连接孔601为一字长槽状，以便对CCD进行方位微调。

本实施例中，所述调焦座16上设置有霍尔元件34，霍尔元件34经一霍尔元件架35与调焦座16固定连接，所述调焦环17的前端设置有用于触发霍尔元件34的磁钢36。

本实施例中，该镜头通过底板38桥式连接固定。

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。

Claims (10)

1.一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：包括镜筒以及设置在镜筒内的光学系统，所述光学系统包括沿光线入射方向依次设置的正月牙透镜A、正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F、由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I、双凸透镜J以及双凹透镜K。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述正月牙透镜A与正月牙透镜B之间的空气间隔为0.5mm，正月牙透镜B与负月牙透镜C之间的空气间隔为4.0mm，负月牙透镜C与由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组之间的空气间隔为46.7mm，由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组与双凸透镜F之间的空气间隔为19.5mm，双凸透镜F与由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组之间的空气间隔为18.7mm，由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组与双凸透镜I之间的空气间隔为0.5mm，双凸透镜I与双凸透镜J之间的空气间隔为1.4mm，双凸透镜J与双凹透镜K之间的空气间隔为10.0mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述双凸透镜I由反常色散材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述镜筒包括依次连接的前组镜筒、中组镜筒以及后组镜筒，所述前组镜筒的前端固联有遮光罩，所述遮光罩的前端固联有镜盖；所述后组镜筒的外周侧设置有电动调焦机构，后组镜筒的后端固联有用于安装CCD的固定法兰。

5.根据权利要求4所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述正月牙透镜A装于前组镜筒内并经由A片压圈固定压紧；所述正月牙透镜B、负月牙透镜C、由双凹透镜D和双凸透镜E密接构成的第一胶合组、双凸透镜F依次安装于中组镜筒内并经由B片压圈固定压紧，所述正月牙透镜B与负月牙透镜C之间设置有BC隔圈，所述双凸透镜E与双凸透镜F之间设置有EF隔圈；所述由双凸透镜G和双凹透镜H密接构成的第二胶合组、双凸透镜I以及双凸透镜J依次安装于后组镜筒内并经由G片压圈与J片压圈固定压紧，所述双凹透镜H与双凸透镜I之间设置有HI隔圈；所述后组镜筒的后端内壁套设有一K片镜筒，所述双凹透镜K安装于K片镜筒内并经由K片压圈固定压紧。

6.根据权利要求5所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述前组镜筒的内壁设置有一以利与氮气输送管相连的气嘴；所述中组镜筒以及后组镜筒的内壁分别设置有以利氮气流通的气槽；所述B片压圈、G片压圈以及K片压圈上分别开设有透气孔；所述正月牙透镜A与前组镜筒的贴合处、前组镜筒与中组镜筒的贴合处、中组镜筒与后组镜筒的贴合处、双凹透镜K与K片镜筒的贴合处均设置有O型密封圈。

7.根据权利要求4所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述电动调焦机构包括从内向外依次套接的调焦座、调焦环以及调焦移动座，所述调焦座套设在后组镜筒的外侧，调焦座的前端设置有一调焦电机，所述调焦电机的输出轴经一减速器与调焦环前端的调焦环齿轮相啮合，所述调焦环与调焦座之间设有以利转动的钢珠轴承，所述钢珠轴承经调焦环压圈压紧以与调焦环过盈配合；所述调焦移动座与调焦环之间经梯形螺纹连接，调焦移动座的外圆周面上开设有六个呈圆周均布的导槽，每一所述导槽内穿设有一导钉，所述导钉的一端与调焦座螺接，其中相邻两个导钉分别套设有对顶设置的消间隙轴承，所述调焦移动座的后端经螺钉与固定法兰固联。

8.根据权利要求7所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述调焦座与调焦移动座之间设有若干呈圆周均布的消间隙机构，所述消间隙机构包括第一立柱、第二立柱以及拉簧，所述第一立柱与调焦座固联，所述第二立柱与调焦移动座固联，所述拉簧设置在第一立柱与第二立柱之间，拉簧的两端分别勾住第一立柱与第二立柱。

9.根据权利要求7所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述调焦移动座与固定法兰之间设置有微调机构，所述微调机构包括一固联在固定法兰外圆周面的T形调节活动块，所述调节活动块的左、右两端分别设置有一固联在调焦移动座的L形调节固定块，所述调节固定块上螺接有一用于压紧调节活动块的调节螺钉；所述固定法兰的端面上开设有若干用于与调焦移动座固联的连接孔，所述连接孔为一字长槽状，以便对CCD进行方位微调。

10.根据权利要求4所述的一种用于空间目标探测的全透射式大视场望远镜，其特征在于：所述调焦座上设置有霍尔元件，所述调焦环的前端设置有用于触发霍尔元件的磁钢。