CN112068276A - 一种高精度、宽环境适应性光学镜头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相机领域，具体涉及一种高精度、宽环境适应性光学镜头。该镜头包括：带通滤光片、主镜筒、光机结构元件组、气密筒、窗口玻璃；主镜筒内依次安装有带通滤光片、若干光机结构元件组，气密筒包覆在主镜筒上，气密筒一端安装在主镜筒上，气密筒另一端内安装有窗口玻璃，若干光机结构元件组位于带通滤光片与窗口玻璃之间，光机结构元件组包括透镜、内层镜筒；内层镜筒内安装有透镜，内层镜筒安装在主镜筒内，若干光机结构元件组同心安装在主镜筒内。该镜头以光机结构元件组为基本单元的镜头结构形式，具有装调工艺性好的特点，偏心精度可以达到5″‑10″，同时实现对镜头的气密，保证镜头工作时其内部压力在允许范围内。

Description

一种高精度、宽环境适应性光学镜头

技术领域

本发明涉及相机领域，具体而言，涉及一种高精度、宽环境适应性光学镜头。

背景技术

光学镜头是光学成像和测量设备的基本组成元件，光学镜头的性能直接决定了光学系统的性能。光学镜头性能一方面取决于自身装调精度，如偏心、倾斜等，存在偏心或倾斜的光学镜头传递函数会下降，影响成像质量。另一方面取决于使用环境，如温度、压力等，温度不均匀会导致光学镜头光学元件曲率及空气间隔发生改变，气压变化会导致光学镜头间空气间隔的折射率发生改变，这都会导致光学镜头性能下降，影响成像质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种高精度、宽环境适应性光学镜头，以至少解决现有光学镜头成像质量低的技术问题。

根据本发明的实施例，提供了一种高精度、宽环境适应性光学镜头，包括：带通滤光片、主镜筒、光机结构元件组、气密筒、窗口玻璃；

主镜筒内依次安装有带通滤光片、若干光机结构元件组，气密筒包覆在主镜筒上，气密筒一端安装在主镜筒上，气密筒另一端内安装有窗口玻璃，若干光机结构元件组位于带通滤光片与窗口玻璃之间，光机结构元件组包括透镜、内层镜筒；

内层镜筒内安装有透镜，内层镜筒安装在主镜筒内，若干光机结构元件组同心安装在主镜筒内。

进一步地，光机结构元件组还包括内层镜筒压圈、透镜压圈；透镜压圈对透镜安装在内层镜筒上进行固定，内层镜筒压圈对内层镜筒安装在主镜筒上进行固定。

进一步地，修研各光机结构元件组内的内层镜筒使得各透镜之间间隔为预设距离，然后在内层镜筒与主镜筒的间隙处通过工艺孔对称注入硅橡胶。

进一步地，窗口玻璃与气密筒、带通滤光片与主镜筒、气密筒与主镜筒接口处均采用增设橡胶密封圈的方法进行密封。

进一步地，带通滤光片、窗口玻璃外部使用螺钉将压板压合在带通滤光片、窗口玻璃上将带通滤光片、窗口玻璃分别与主镜筒、气密筒连接固定。

进一步地，气密筒内沿主镜筒轴向布置有三组环带加热区，三组环带加热区沿主镜筒轴向由外向内热控功耗逐渐递减。

进一步地，环带加热区内设置有加热片。

进一步地，气密筒外侧包覆有5-10mm厚的隔热包覆层。

进一步地，隔热包覆层材质包括隔热泡沫。

进一步地，热控系统依据布置在气密筒上的温度传感器测量气密筒的温度分布，对主镜筒实施分时温度控制。

本发明实施例中的高精度、宽环境适应性光学镜头，提出了一种以光机结构元件组为基本单元的镜头结构形式，具有装调工艺性好的特点，偏心精度可以达到5″-10″，在镜头前端增设保护窗口，利用后截距中的带通滤光片与气密筒结合，对镜头形成封闭的腔体，实现对镜头的气密，保证镜头工作时其内部压力在允许范围内。镜头可以实现高精度、宽环境适应性，保证航测相机在不同飞行高度、不同地域、不同季节都具有高成像质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明高精度、宽环境适应性光学镜头原理图；

图2是本发明光机结构元件组原理图；

图3是本发明气密原理图。

其中附图标记为：1-带通滤光片、2-主镜筒、3-光机结构元件组、4-气密筒、5-隔热包覆层、6-加热片、7-窗口玻璃、11-橡胶密封圈、12-螺钉、13-压板、21-外层镜筒、22-内层镜筒压圈、211-透镜、212-内层镜筒、213-透镜压圈。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种高精度、宽环境适应性光学镜头，参见图1-3，包括：带通滤光片1、主镜筒2、光机结构元件组3、气密筒4、窗口玻璃7；

主镜筒2内依次安装有带通滤光片1、若干光机结构元件组3，气密筒4包覆在主镜筒2上，气密筒4一端安装在主镜筒2上，气密筒4另一端内安装有窗口玻璃7，若干光机结构元件组3位于带通滤光片1与窗口玻璃7之间，光机结构元件组3包括透镜211、内层镜筒212；

内层镜筒212内安装有透镜211，内层镜筒212安装在主镜筒2内，若干光机结构元件组3同心安装在主镜筒2内。

本发明实施例中的高精度、宽环境适应性光学镜头，提出了一种以光机结构元件组3为基本单元的镜头结构形式，具有装调工艺性好的特点，偏心精度可以达到5″-10″，在镜头前端增设保护窗口，利用后截距中的带通滤光片1与气密筒4结合，对镜头形成封闭的腔体，实现对镜头的气密，保证镜头工作时其内部压力在允许范围内。镜头可以实现高精度、宽环境适应性，保证航测相机在不同飞行高度、不同地域、不同季节都具有高成像质量。

其中，光机结构元件组3还包括内层镜筒压圈22、透镜压圈213；透镜压圈213对透镜211安装在内层镜筒212上进行固定，内层镜筒压圈22对内层镜筒212安装在主镜筒2上进行固定。

其中，修研各光机结构元件组3内的内层镜筒212使得各透镜211之间间隔为预设距离，然后在内层镜筒212与主镜筒2的间隙处通过工艺孔对称注入硅橡胶。

其中，窗口玻璃7与气密筒4、带通滤光片1与主镜筒2、气密筒4与主镜筒2接口处均采用增设橡胶密封圈11的方法进行密封。

其中，带通滤光片1、窗口玻璃7外部使用螺钉12将压板13压合在带通滤光片1、窗口玻璃7上将带通滤光片1、窗口玻璃7分别与主镜筒2、气密筒4连接固定。

其中，气密筒4内沿主镜筒2轴向布置有三组环带加热区，三组环带加热区沿主镜筒2轴向由外向内热控功耗逐渐递减。

其中，环带加热区内设置有加热片6。

其中，气密筒4外侧包覆有5-10mm厚的隔热包覆层5。

其中，隔热包覆层5材质包括隔热泡沫。

其中，热控系统依据布置在气密筒4上的温度传感器测量气密筒4的温度分布，对主镜筒2实施分时温度控制。

下面以具体实施例，对本发明进行详细说明：

本发明针对高精度航测相机，提出了一种高精度、宽环境适应性光学镜头，通过镜头支撑设计、气密设计、热控设计，即采用气密和主被动热控措施，使得镜头偏心精度达到5″-10″，镜头可以实现高精度、宽环境适应性，保证航测相机在不同飞行高度、不同地域、不同季节都具有高成像质量。

具体如图1所示，本发明的光学镜头包括：带通滤光片1、主镜筒2、光机结构元件组3、气密筒4、隔热包覆层5、加热片6、窗口玻璃7。其中光学元件采用双层镜筒结构安装，主镜筒2内安装有带通滤光片1，窗口玻璃7安装在气密筒4前端，气密筒4安装在主镜筒2上，气密筒4外部包覆有隔热包覆层5，气密筒4内设置有加热片6。

为保证各光学元件位置精度要求，采用双层主镜筒结构形式，原理如图2所示，双层主镜筒2结构包括外层镜筒21、内层镜筒压圈22、透镜211、内层镜筒212、透镜压圈213。即内层镜筒212用于固定单个透镜211，用透镜压圈213(根据需求可设置隔圈)对透镜211安装在内层镜筒212上进行固定，并组成光机结构元件组3，然后再将各光机结构元件组3分别放置于外层镜筒21(即主镜筒2)中，用内层镜筒压圈22对单个内层镜筒212安装在外层镜筒21上进行固定，通过微调保证各透镜211同心。对于图2所示镜头，通过修研各光机结构元件组3内的内层镜筒212，保证各透镜211间隔为预设距离，然后在内层镜筒212、外层镜筒21的间隙处通过工艺孔对称注入硅橡胶，保证在复杂温度及振动环境下具有良好的稳定性。

为保证镜头空气间隔折射率在不同工作高度即在不同气压下不变，对镜头采用气密设计，即在镜头外部增设一层气密筒4。在镜头第一片透镜211前端增设一片窗口玻璃7，利用镜头最后一片透镜211后的带通滤光片1及主镜筒2，在窗口玻璃7、主镜筒2间用气密筒4连接，窗口玻璃7与气密筒4、带通滤光片1与主镜筒2、气密筒4与主镜筒2接口处采用增设橡胶密封圈11的方法进行密封，原理如图3所示，带通滤光片1与主镜筒2接口处设置橡胶密封圈11，在带通滤光片1外部使用螺钉12将压板13压合在带通滤光片1上使得带通滤光片1与主镜筒2连接更加紧密。气密筒4与窗口玻璃7及气密筒4与主镜筒2之间也采用相同原理进行密封。

为保证相机工作时镜头处于稳定的温度环境，在气密筒4的周边沿轴向布置有三组环带加热区，三组环带加热区沿主镜筒2轴向由外向内热控功耗逐渐递减，为减小热辐射，在气密筒4外侧包覆有5-10mm厚的隔热包覆层5，隔热包覆层5优选包括隔热泡沫。相机工作时，热控系统依据布置在气密筒4上的温度传感器测量温度分布，对主镜筒2实施分时温度控制，保证镜头温度水平控制在允许范围内。

实际装配时，首先将各片透镜211组成光机结构元件组3，然后再将各光机结构元件组3分别放置于外层镜筒21中，通过调整各光机结构元件组3保证各光学元件同心，最后通过工艺孔对称注入硅橡胶，保证镜头在复杂温度及振动环境下具有良好的稳定性；将带通滤光片1、窗口玻璃7分别安装在主镜筒2和气密筒4上；在气密筒4内部布置加热片6，在外部包覆隔热包覆层5；将气密筒4与外层镜筒21的法兰端面连接好。全部装配完成后，将镜头放置在温度-高度试验箱中，相机镜头通电，通过内置的压力传感器、温度传感器监视气密筒4内部压力和温度，验证气密及温度保持情况。

本发明的创新技术点及有益效果至少在于：

a.提出了一种以光机结构元件组3为基本单元的镜头结构形式，具有装调工艺性好的特点，偏心精度可以达到5″-10″，采用胶封固定的方法保证镜头各光学元件间具有较高的尺寸稳定性和结构稳定性；

b.在镜头前端增设保护窗口，利用后截距中的带通滤光片1、气密筒4、主镜筒2结合，对镜头形成封闭的腔体，实现对镜头的气密，保证镜头工作时其内部压力在允许范围内；

c.在气密筒4内侧有规律的布置环形加热带，通过控制加热带功耗，使镜头温度保持在允许梯度范围内；在气密筒4外侧包覆隔热包覆层5后气密筒4与外界隔离，减小热损失；

d.将主镜筒2、气密筒4、热控组件结合成一体，形成了具有宽环境适应性光学镜头。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，包括：带通滤光片、主镜筒、光机结构元件组、气密筒、窗口玻璃；

所述主镜筒内依次安装有所述带通滤光片、若干所述光机结构元件组，所述气密筒包覆在所述主镜筒上，所述气密筒一端安装在所述主镜筒上，所述气密筒另一端内安装有所述窗口玻璃，若干所述光机结构元件组位于所述带通滤光片与所述窗口玻璃之间，所述光机结构元件组包括透镜、内层镜筒；

所述内层镜筒内安装有所述透镜，所述内层镜筒安装在所述主镜筒内，若干所述光机结构元件组同心安装在所述主镜筒内。

2.根据权利要求1所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述光机结构元件组还包括内层镜筒压圈、透镜压圈；所述透镜压圈对所述透镜安装在所述内层镜筒上进行固定，所述内层镜筒压圈对所述内层镜筒安装在所述主镜筒上进行固定。

3.根据权利要求2所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，修研各所述光机结构元件组内的所述内层镜筒使得各所述透镜之间间隔为预设距离，然后在所述内层镜筒与所述主镜筒的间隙处通过工艺孔对称注入硅橡胶。

4.根据权利要求1所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述窗口玻璃与所述气密筒、所述带通滤光片与所述主镜筒、所述气密筒与所述主镜筒接口处均采用增设橡胶密封圈的方法进行密封。

5.根据权利要求4所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述带通滤光片、窗口玻璃外部使用螺钉将压板压合在所述带通滤光片、窗口玻璃上将所述带通滤光片、窗口玻璃分别与所述主镜筒、所述气密筒连接固定。

6.根据权利要求1所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述气密筒内沿所述主镜筒轴向布置有三组环带加热区，三组所述环带加热区沿所述主镜筒轴向由外向内热控功耗逐渐递减。

7.根据权利要求6所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述环带加热区内设置有加热片。

8.根据权利要求6所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述气密筒外侧包覆有5-10mm厚的隔热包覆层。

9.根据权利要求7所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，所述隔热包覆层材质包括隔热泡沫。

10.根据权利要求6所述的高精度、宽环境适应性光学镜头，其特征在于，热控系统依据布置在所述气密筒上的温度传感器测量所述气密筒的温度分布，对所述主镜筒实施分时温度控制。

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