CN111061048B - 在轨广角高分辨率空间目标探测镜头 - Google Patents

在轨广角高分辨率空间目标探测镜头 Download PDF

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Abstract

本发明提供一在轨广角高分辨率空间目标探测镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次包括前组镜片及后组镜片；所述前组镜片包括沿入射光线从左至右依次排布的正月牙透镜A、正月牙透镜B、双凸透镜C和双凹透镜D密接的第一胶合组、由双凸透镜E、双凹透镜F及正月牙型透镜G密接的第二胶合组；所述后组镜片由沿入射光线从左至右依次排布的双凹透镜H、非球面透镜I构成；所述前组镜片与后组镜片之间具有光阑，本发明设计镜头探测范围大，在－40℃～＋60℃环境温度下正常使用，并达到高性能指标，该镜头体积小、重量轻并能承受大过载的振动、冲击。

Description

在轨广角高分辨率空间目标探测镜头
技术领域
本发明涉及一种在轨广角高分辨率空间目标探测镜头。
背景技术
在轨星载镜头是将有2个具有大视场角，能量集中度高，总长短等特点的镜头安装在3.6万公里的地球同步轨道的一个天基卫星平台上，全覆盖该轨道上的所有13等星以上的卫星。该项目实现全天候24小时观测所有地球同步轨道上卫星1次，每天有90%以上可以被观测2次，能够较好的对这些卫星进行定轨。由于该镜头要在同步轨道上工作，产品的环境适应性要求非常苛刻，应用环境需经受大过载的振动和冲击、在－40℃～＋65℃环境温度下正常使用。同时要求能经受大过载的振动和冲击的情况下，重量很轻（必须小于等于1.2Kg）
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是在轨星载镜头要求镜头视场角大，能量集中度高，总长短，体积小，重量轻，同时环境适应性要求非常苛刻，应用环境需经受大过载的振动和冲击、在－40℃～＋65℃环境温度下正常使用目前还未有。
本发明的具体实施方案是：一种在轨广角高分辨率空间目标探测镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次包括前组镜片及后组镜片；
所述前组镜片包括沿入射光线从左至右依次排布的正月牙透镜A、正月牙透镜B、双凸透镜C和双凹透镜D密接的第一胶合组、由双凸透镜E、双凹透镜F及正月牙型透镜G密接的第二胶合组；
所述后组镜片由沿入射光线从左至右依次排布的双凹透镜H、正非球面透镜I构成；
所述前组镜片与后组镜片之间具有光阑。
进一步的，正月牙透镜A与正月牙透镜B之间的空气距离为0.1mm；正月牙透镜B与双凸透镜C空气距离为0.1mm, 双凹透镜D与双凸透镜E的空气距离为2.7mm；正月牙型透镜G与双凹透镜H的空气距离为17.85mm；双凹透镜H与正非球面透镜I的空气距离为1.49mm。
进一步的，所述镜头还包括固定于光学系统外部的镜头组件，所述镜头组件包括主镜筒，主镜筒具有限位各个透镜的阶面，所述主镜筒沿光线入射方向依次设置有A片压圈、正月牙透镜A、B片压圈、正月牙透镜B、C片压圈、第一胶合组、DE隔圈、第二胶合组、双凹透镜H、HI隔圈、正非球面透镜I、后压圈，所述主镜筒侧部还具有用于锁紧各个透镜及压圈的锁紧螺钉。
进一步的，所述主镜筒材料为铝合金，其屈服强度为：539MPa、线胀系数为23.1×10-6mm/℃；所述主镜筒与各个镜片的最小配合间隙分别为: 主镜筒与正月牙透镜A的最小配合间隙为0.086mm、主镜筒与正月牙透镜B最小配合间隙为0.065mm、主镜筒与双凸透镜C最小配合间隙为0.07 mm、主镜筒与双凹透镜D最小配合间隙为0.07 mm、主镜筒与双凸透镜E最小配合间隙为0.06mm、主镜筒与双凹透镜F最小配合间隙为0.06mm、主镜筒与正月牙型透镜最小配合间隙为0.035mm、主镜筒与双凹透镜H最小配合间隙为0.03mm、主镜筒与正非球面透镜I最小配合间隙为0.03mm；
所述正月牙透镜A的膨胀系数为7.1×10-6mm/℃，其实际口径为83 mm、正月牙透镜B的膨胀系数为14.9×10-6mm/℃，其实际口径为79 mm、双凸透镜C的膨胀系数为7.1×10- 6mm/℃，其实际口径为67mm、双凹透镜D的膨胀系数为6.8×10-6mm/℃，其实际口径为67 mm、双凸透镜E的膨胀系数为6.0×10-6mm/℃，其实际口径为50 mm、双凹透镜F的膨胀系数为9.0×10-6mm/℃，其实际口径为50 mm、正月牙型透镜G的膨胀系数为8.0×10-6mm/℃，其实际口径为30.1 mm、双凹透镜H的膨胀系数为8.7×10-6mm/℃，其实际口径为28 mm、正非球面透镜I的膨胀系数为8.4×10-6mm/℃，其实际口径为28mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：发明设计镜头探测范围大，在－40℃～＋60℃环境温度下正常使用，并达到高能量集中度，该镜头总长短、体积小、重量轻并能承爱大过载的振动、冲击。
附图说明
图1为本发明整组调焦光路示意图。
图2为本发明传函曲线图。
图3为本发明能量集中度图。
图4为本发明镜头结构总图。
图中：1、正月牙透镜A；2、A片压圈；3、正月牙透镜B；4、B片压圈；5、第一胶合组；51、双凸透镜C、52、双凹透镜D、 6、C片压圈；7、主镜筒； 8、DE隔圈；9、第二胶合组；91、双凸透镜E；92、双凹透镜F；93、正月牙型透镜G10、透镜调节螺丝；11、光阑；12、双凹透镜H；13、正非球面透镜I；14、HI隔圈；15、后压圈；16、正月牙透镜B5。
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。
一种在轨广角高分辨率空间目标探测镜头，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次包括前组镜片及后组镜片；
所述前组镜片包括沿入射光线从左至右依次排布的正月牙透镜A、正月牙透镜B、双凸透镜C和双凹透镜D密接的第一胶合组、由双凸透镜E、双凹透镜F及正月牙型透镜G密接的第二胶合组；
所述后组镜片由沿入射光线从左至右依次排布的双凹透镜H、正非球面透镜I构成；
所述前组镜片与后组镜片之间具有光阑。
本实施例中，正月牙透镜A与正月牙透镜B之间的空气距离为0.1mm；正月牙透镜B与双凸透镜C空气距离为0.1mm, 双凹透镜D与双凸透镜E的空气距离为2.7mm；正月牙型透镜G与双凹透镜H的空气距离为17.85mm；双凹透镜H与正非球面透镜I的空气距离为1.49mm。
本实施例中，所述镜头还包括固定于光学系统外部的镜头组件，所述镜头组件包括主镜筒，主镜筒具有限位各个透镜的阶面，所述主镜筒沿光线入射方向依次设置有A片压圈、正月牙透镜A、B片压圈、正月牙透镜B、C片压圈、第一胶合组、DE隔圈、第二胶合组、双凹透镜H、HI隔圈、正非球面透镜I、后压圈，所述主镜筒侧部还具有用于锁紧各个透镜的透镜调节螺丝和用于固定压圈的压圈锁紧螺钉。
本实施例中，所述主镜筒材料为铝合金，其屈服强度为：539MPa、线胀系数为23.1×10-6mm /℃；所述主镜筒与各个镜片的最小配合间隙分别为: 主镜筒与正月牙透镜A的最小配合间隙为0.086mm、主镜筒与正月牙透镜B最小配合间隙为0.065mm、主镜筒与双凸透镜C最小配合间隙为0.07 mm、主镜筒与双凹透镜D最小配合间隙为0.07 mm、主镜筒与双凸透镜E最小配合间隙为0.06mm、主镜筒与双凹透镜F最小配合间隙为0.06mm、主镜筒与正月牙型透镜最小配合间隙为0.035mm、主镜筒与双凹透镜H最小配合间隙为0.03mm、主镜筒与正非球面透镜I最小配合间隙为0.03mm；
所述正月牙透镜A的膨胀系数为7.1×10-6mm /℃，其实际口径为83 mm、正月牙透镜B的膨胀系数为14.9×10-6mm/℃，其实际口径为79 mm、双凸透镜C的膨胀系数为7.1×10-6mm /℃，其实际口径为67mm、双凹透镜D的膨胀系数为6.8×10-6mm /℃，其实际口径为67 mm、双凸透镜E的膨胀系数为6.0×10-6mm /℃，其实际口径为50 mm、双凹透镜F的膨胀系数为9.0×10-6mm /℃，其实际口径为50 mm、正月牙型透镜G的膨胀系数为8.0×10-6mm /℃，其实际口径为30.1 mm、双凹透镜H的膨胀系数为8.7×10-6mm /℃，其实际口径为28 mm、正非球面透镜I的膨胀系数为8.4×10-6mm /℃，其实际口径为28mm。
本实施例中各个镜片参数如下表所示，在本实施例中光学面序号S1、S2、S3……表示从由光线入射方向由正月牙透镜A至正非球面透镜I对应的表面，折射率为对应于所属透镜的折射率，胶合面计做一个面。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，正非球面透镜I的后表面为非球面，非球面系数见表2。
Figure 552151DEST_PATH_IMAGE002
发明方案达到的技术指标：
1，焦距
Figure DEST_PATH_IMAGE003
=120mm；
2，入瞳直径：φ80mm（相对孔径
Figure 431770DEST_PATH_IMAGE004
=1/1.5）；
3，视场角2ω=10.1°（有效成像面
Figure 457495DEST_PATH_IMAGE005
≥φ21mm）；
4，光学总长小于123mm；
5，80%的能量集中在Φ15μm光斑范围内。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种在轨广角高分辨率空间目标探测镜头，其特征在于，所述镜头的光学系统沿光线自左向右入射方向依次包括前组镜片及后组镜片；
所述前组镜片由沿入射光线从左至右依次排布的正月牙透镜A、正月牙透镜B、双凸透镜C和双凹透镜D密接的第一胶合组、由双凸透镜E、双凹透镜F及正月牙型透镜G密接的第二胶合组构成；
所述后组镜片由沿入射光线从左至右依次排布的双凹透镜H、正非球面透镜I构成；
所述前组镜片与后组镜片之间具有光阑；
正月牙透镜A与正月牙透镜B之间的空气距离为0.1mm；正月牙透镜B与双凸透镜C空气距离为0.1mm, 双凹透镜D与双凸透镜E的空气距离为2.7mm；正月牙型透镜G与双凹透镜H的空气距离为17.85mm；双凹透镜H与正非球面透镜I的空气距离为1.49mm；
所述镜头还包括固定于光学系统外部的镜头组件，所述镜头组件包括主镜筒，主镜筒具有限位各个透镜的阶面，所述主镜筒沿光线入射方向依次设置有A片压圈、正月牙透镜A、B片压圈、正月牙透镜B、C片压圈、第一胶合组、DE隔圈、第二胶合组、双凹透镜H、HI隔圈、正非球面透镜I、后压圈，所述主镜筒侧部还具有用于锁紧各个透镜及压圈的锁紧螺钉；
所述主镜筒材料为铝合金，其屈服强度为：539MPa、线胀系数为23.1×10-6mm/℃；所述主镜筒与各个镜片的最小配合间隙分别为: 主镜筒与正月牙透镜A的最小配合间隙为0.086mm、主镜筒与正月牙透镜B最小配合间隙为0.065mm、主镜筒与双凸透镜C最小配合间隙为0.07 mm、主镜筒与双凹透镜D最小配合间隙为0.07 mm、主镜筒与双凸透镜E最小配合间隙为0.06mm、主镜筒与双凹透镜F最小配合间隙为0.06mm、主镜筒与正月牙型透镜最小配合间隙为0.035mm、主镜筒与双凹透镜H最小配合间隙为0.03mm、主镜筒与正非球面透镜I最小配合间隙为0.03mm；
所述正月牙透镜A的膨胀系数为7.1×10-6mm/℃，其实际口径为83 mm、正月牙透镜B的膨胀系数为14.9×10-6mm/℃，其实际口径为79 mm、双凸透镜C的膨胀系数为7.1×10-6mm/℃，其实际口径为67mm、双凹透镜D的膨胀系数为6.8×10-6mm/℃，其实际口径为67 mm、双凸透镜E的膨胀系数为6.0×10-6mm/℃，其实际口径为50 mm、双凹透镜F的膨胀系数为9.0×10-6mm/℃，其实际口径为50 mm、正月牙型透镜G的膨胀系数为8.0×10-6mm/℃，其实际口径为30.1 mm、双凹透镜H的膨胀系数为8.7×10-6mm/℃，其实际口径为28 mm、正非球面透镜I的膨胀系数为8.4×10-6mm/℃，其实际口径为28mm。
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