CN113985559A - 一种宽光谱长焦距高分辨率镜头及装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学元件制造技术领域，涉及一种宽光谱长焦距高分辨率镜头及装调方法，包括外壳体和螺纹连接在外壳体后端的后组壳体，后组壳体的后端设有靶面分划板，外壳体内沿光线入射方向依次设置有带框透镜一、带框透镜二和带框透镜三、有机玻璃套筒和消光套筒，后组壳体内沿光线入射方向依次设置有带框透镜四和具有螺纹的带框透镜五，带框透镜五与后组壳体螺纹连接。本发明结合车削带透镜的镜框对中心、修切有机玻璃套筒补偿热离焦、调整垫片补偿焦距等方式的一种综合高效装调方法，可以保证光学系统在精确焦距与高低温条件下优良的光学性能，解决了长焦距高分辨率镜头装调公差敏感、成像质量和光学传递函数易降低的问题。

Description

一种宽光谱长焦距高分辨率镜头及装调方法

技术领域

本发明涉及光学镜头装调技术领域，具体涉及一种宽光谱长焦距高分辨率镜头及装调方法。

背景技术

在安防监控、军用观瞄等领域，随着CCD、CMOS器件的规格和分辨率的不断提高，以及昼夜全天候远距离探测监控需求，对长焦距高分辨率镜头的需求也日益强烈。

此类镜头对成像质量与同轴度、偏心度等均有较高的要求，如何兼顾这两种要求是目前光学装调的难题。针对这种公差比较敏感的镜头，微小的镜头透镜偏差往往会造成总体成像质量的迅速下降，因此对镜头中透镜的相对位置要求很高，通常采用中心偏测量装置进行对中心装调工作；但是在调整像质的过程中会改变透镜的间隔，进一步会影响到焦距与机械补偿的无热化效果，为此，有待进行技术革新。

发明内容

本发明的目的就在于解决上述技术问题，提供一种宽光谱长焦距高分辨率镜头及装调方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

基于本发明的一个方面，提出了一种宽光谱长焦距高分辨率镜头，包括外壳体和螺纹连接在外壳体后端的后组壳体，所述后组壳体的后端设有靶面分划板，靶面分划板用于宽光谱长焦距高分辨率镜头的焦距与分辨率的判据；所述外壳体内沿光线入射方向依次设置有带框透镜一、带框透镜二和带框透镜三、有机玻璃套筒和消光套筒，所述有机玻璃套筒套接在消光套筒的外壁上，且有机玻璃套筒的前后端面上分别均布有至少两个螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有钢套，所述有机玻璃套筒前端面的钢套内螺纹连接有长螺钉一，后端面的钢套内螺纹连接有长螺钉二，所述带框透镜二和带框透镜三之间设有调校垫片，所述长螺钉一将带框透镜一、带框透镜二、调校垫片、带框透镜三与有机玻璃套筒连接为一体，所述消光套筒的后端设有与有机玻璃套筒的后端面相抵触的法兰盘，所述长螺钉二将有机玻璃套筒、消光套筒的法兰盘和外壳体连接为一体，所述后组壳体内沿光线入射方向依次设置有带框透镜四和具有螺纹的带框透镜五，所述带框透镜五与后组壳体螺纹连接。

优选的，所述带框透镜一、带框透镜二、带框透镜三具有相同的外框直径，便于在同一车削工装上进行修切处理，尽可能减小车削的相对中心偏差，有利于减少后续装调的复杂程度。

优选的，所述后组壳体可通过螺纹与外壳体前后调整，所述带框透镜五可通过螺纹在后组壳体内前后调整，方便操作。

优选的，所述长螺钉一用以在高低温状态下热胀冷缩时，带动带框透镜一、带框透镜二、带框透镜三的外框整体前后微小移动，并保证带框透镜三与有机玻璃套筒的紧固连接；所述长螺钉二用以在高低温状态下热胀冷缩时，带动消光套筒与外壳体整体前后微小移动，并保证消光套筒与有机玻璃套筒的紧固连接。

优选的，所述消光套筒的内壁经过消光处理，防止杂散光的干扰。

作为本发明的另一方面，提出了一种宽光谱长焦距高分辨率镜头的装调方法，包括以下步骤：

S1、根据所述靶面分划板的实际加工最小刻线宽度和要求的识别分划刻线所对应的分辨率，计算所述宽光谱长焦距高分辨率镜头的焦距，然后根据光学设计软件zemax或者code5仿真出所述宽光谱长焦距高分辨率镜头在最佳成像位置时各带框透镜的可调整间隔的理论值和机玻璃套筒的理论值，所述可调整间隔包括带框透镜二与带框透镜三的间隔A，带框透镜三与带框透镜四的间隔B(107)，带框透镜四与带框透镜五的间隔C，带框透镜五与靶面分划板的间隔D；

S2、根据S1中所需要的间隔A，计算出所需要的调校垫片厚度；根据S1中所需要的间隔B(107)，分别计算出有机玻璃套筒与消光套筒的长度，并按照计算结果进行修切，并保证各套筒端面与光轴的垂直度；

S3、将带框透镜一中的透镜与外框通过工艺螺钉进行调配，使透镜与外框的间隙均匀，紧固带框透镜一的压圈且保证透镜不变形，将带框透镜一置于车削工装上进行修切，使透镜相对于外框的中心偏小于0.02mm；

S4、将带框透镜二、带框透镜三按照S3进行操作，并修切带框透镜二和带框透镜三垂直于光轴方向的端面来保证间隔A和间隔B分别与各自对应的理论值相同；

S5、将消光套筒、有机玻璃套筒、带框透镜三、调校垫片、带框透镜二、带框透镜一依次安装在外壳体中，并依次检测间隔B和间隔A；

S6、通过旋转带框透镜五来调整间隔C；通过旋转后组壳体来调整间隔B；微调靶面分划板来调整的间隔D；通过平行光管观察靶面分划板，根据能否分辨靶面分划板的最小刻线来判断装调是否符合要求；

S7、若装调不符合要求，增加或减少调校垫片的厚度，根据调校垫片的变化量旋转后组壳体使间隔B保持不变；按S6中的要求调整间隔C与间隔D，通过平行光管观察靶面分划板，根据能否分辨靶面分划板的最小刻线来判断装调是否符合要求。

S8、重复S7的操作直至装调符合要求为止，然后将钢套旋入有机玻璃套筒中，通过长螺钉一依次穿过带框透镜一、带框透镜二、调校垫片和带框透镜三，压紧有机玻璃套筒的前端面，点胶紧固；通过长螺钉二依次穿过外壳体与消光套筒的法兰盘，压紧有机玻璃套筒的后端面，点胶紧固，从而完成整个宽光谱长焦距高分辨率镜头的装调。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的宽光谱长焦距高分辨率镜头结构简单，装调方便，有利于保证成像质量，其结合车削带透镜的镜框对中心、修切有机玻璃套筒补偿热离焦、调整垫片补偿焦距等方式的一种综合高效装调方法，可以保证本发明的宽光谱长焦距高分辨率镜头在精确焦距与高低温条件下优良的光学性能，解决了现有技术中长焦距高分辨率镜头装调公差敏感、成像质量和光学传递函数易降低的问题。

(2)本发明通过光学计算固定一组带框透镜的间隔保持不变，用于稳定高低温条件下的成像质量，通过微调另外两组带框透镜间隔来调整成像质量与焦距，并利用光学设计软件zemax或者code5分析的数据进行装调补偿与修正，不仅解决了焦距控制与高低温成像质量的兼顾，还简化了装调的调整环节，提高了装调的效率。

附图说明

图1为实施例1和2中本发明的宽光谱长焦距高分辨率镜头的整体结构示意图。

图2为实施例1和2中本发明的各带框透镜的可调整间隔的位置示意图。

图3为实施例1和2中本发明的带框透镜的装调结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

参见图1～3，一种宽光谱长焦距高分辨率镜头，包括外壳体1和螺纹连接在外壳体1后端的后组壳体12，所述后组壳体12的后端设有靶面分划板13，靶面分划板13用于宽光谱长焦距高分辨率镜头的焦距与分辨率的判据；所述外壳体1内沿光线入射方向依次设置有带框透镜一2、带框透镜二3和带框透镜三4、有机玻璃套筒9和消光套筒10，所述有机玻璃套筒9套接在消光套筒10的外壁上，且有机玻璃套筒9的前后端面上分别均布有至少两个螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有钢套，所述有机玻璃套筒9前端面的钢套内螺纹连接有长螺钉一8，后端面的钢套内螺纹连接有长螺钉二11，所述带框透镜二3和带框透镜三4之间设有调校垫片7，所述长螺钉一8将带框透镜一2、带框透镜二3、调校垫片7、带框透镜三4与有机玻璃套筒9连接为一体，所述消光套筒10的后端设有与有机玻璃套筒9的后端面相抵触的法兰盘，所述长螺钉二11将有机玻璃套筒9、消光套筒10的法兰盘和外壳体1连接为一体，所述后组壳体12内沿光线入射方向依次设置有带框透镜四5和具有螺纹的带框透镜五6，所述带框透镜五6与后组壳体12螺纹连接。

所述带框透镜一2、带框透镜二3、带框透镜三4具有相同的外框直径，便于在同一车削工装上进行修切处理，减少中心偏误差。所述后组壳体12可通过螺纹与外壳体1前后调整，所述带框透镜五6可通过螺纹在后组壳体12内前后调整，方便操作。所述长螺钉一8用以在高低温状态下热胀冷缩时，带动带框透镜一2、带框透镜二3、带框透镜三4的外框整体前后微小移动，并保证带框透镜三4与有机玻璃套筒9的紧固连接；所述长螺钉二11用以在高低温状态下热胀冷缩时，带动消光套筒10与外壳体1整体前后微小移动，并保证消光套筒10与有机玻璃套筒9的紧固连接。所述消光套筒10的内壁经过消光处理，防止杂散光的干扰。

实施例2

参见图1～3，本发明提供了一种宽光谱长焦距高分辨率镜头的装调方法，包括以下步骤：

S1、根据所述靶面分划板13的实际加工的最小刻线宽度0.012mm和要求的识别分划刻线所对应的分辨率角度0.18′，计算所述宽光谱长焦距高分辨率镜头的焦距为0.012mm*2/tan(0.18/60)＝458mm，然后根据光学设计软件zemax仿真出所述宽光谱长焦距高分辨率镜头在最佳成像位置时各带框透镜的可调整间隔的理论值和机玻璃套筒9的理论值，所述可调整间隔包括带框透镜二3与带框透镜三4的间隔A106，带框透镜三4与带框透镜四5的间隔B107，带框透镜四5与带框透镜五6的间隔C108，带框透镜五6与靶面分划板13的间隔D109；

S2、根据S1中所需要的间隔A106，计算出所需要的调校垫片7厚度；根据S1中所需要的间隔B107，分别计算出有机玻璃套筒9与消光套筒10的长度，并按照计算结果进行修切，并保证各套筒端面与光轴的垂直度；在该实施例中，有机玻璃套筒9的长度为126mm，消光套筒10的长度为122mm，有机玻璃套筒在温度从0℃到40℃变化时将会补偿126mm×(130－23.6)×10^-6×40＝0.54mm,正好为从0℃到40℃时所述宽光谱长焦距高分辨率镜头的离焦量，其中130为有机玻璃套筒9的热膨胀系数，23.6为消光套筒10的热膨胀系数，这里的消光套筒10采用铝合金材质。

S3、将带框透镜一2中的透镜101与外框102通过工艺螺钉(图中未示出)进行调配，使透镜101与外框102的间隙均匀，紧固带框透镜一2的压圈103且保证透镜101不变形，将带框透镜一2置于车削工装上进行修切，使透镜101相对于外框102的中心偏小于0.02mm；

S4、将带框透镜二3、带框透镜三4按照S3进行操作，并修切带框透镜二3和带框透镜三4垂直于光轴方向的端面来保证间隔A106和间隔B107分别与各自对应的理论值相同；

根据光学设计软件zemax进行分析，发现间隔A106影响光学系统的成像质量，且敏感度最高，对光学系统的焦距略微有影响。间隔B107影响光学系统的高低温性能、光学系统的焦距、光学系统的成像质量，且影响因素均较大，为了保证总体装调，将间隔B107修切为S2中计算的理论值并控制其值不变。间隔C108对光学系统的焦距影响很大，用于在间隔A106调整时补偿焦距的变化；间隔D109用于最后补偿成像质量。分析结果见表1。

表1

影响效果	间隔A(106)	间隔B(107)	间隔C(108)	间隔D(109)
					光学系统的焦距	较小可被补偿	较大可被补偿	较大用于补偿	不影响
光学系统的高低温	很小	非常大且不可补偿	较小	很小
					光学系统的像质	很大	较大	很小	较大但可补偿
结果分析	用于提升像质	总长固定，2种材料	用于补偿焦距	用于补偿像质

S5、将消光套筒10、有机玻璃套筒9、带框透镜三4、调校垫片7、带框透镜二3、带框透镜一2依次安装在外壳体1中，并依次检测间隔B107、带框透镜二3和间隔A106；

S6、通过旋转带框透镜五6来调整间隔C108；通过旋转后组壳体12来调整间隔B107；微调靶面分划板13来调整间隔D109；通过平行光管观察靶面分划板13，根据能否分辨靶面分划板13的最小刻线来判断装调是否符合要求；

S7、若装调不符合要求，增加或减少调校垫片7的厚度，根据调校垫片7的变化量旋转后组壳体12使间隔B107保持不变；按S6中的要求调整间隔C108与间隔D109，通过平行光管观察靶面分划板13，根据能否分辨靶面分划板13的最小刻线来判断装调是否符合要求。

S8、重复S7的操作直至装调符合要求为止，然后将钢套旋入有机玻璃套筒9中，通过长螺钉一8依次穿过带框透镜一2、带框透镜二3、调校垫片7和带框透镜三4，压紧有机玻璃套筒9的前端面，点胶紧固；通过长螺钉二11依次穿过外壳体1与消光套筒10的法兰盘，压紧有机玻璃套筒9的后端面，点胶紧固，从而完成整个宽光谱长焦距高分辨率镜头的装调。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种宽光谱长焦距高分辨率镜头，其特征在于：包括外壳体(1)和螺纹连接在外壳体(1)后端的后组壳体(12)，所述后组壳体(12)的后端设有靶面分划板(13)，所述外壳体(1)内沿光线入射方向依次设置有带框透镜一(2)、带框透镜二(3)和带框透镜三(4)、有机玻璃套筒(9)和消光套筒(10)，所述有机玻璃套筒(9)套接在消光套筒(10)的外壁上，且有机玻璃套筒的前后端面上分别均布有至少两个螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有钢套，所述有机玻璃套筒(9)前端面的钢套内螺纹连接有长螺钉一(8)，后端面的钢套内螺纹连接有长螺钉二(11)，所述带框透镜二(3)和带框透镜三(4)之间设有调校垫片(7)，所述长螺钉一(8)将带框透镜一(2)、带框透镜二(3)、调校垫片(7)、带框透镜三(4)与有机玻璃套筒(9)连接为一体，所述消光套筒(10)的后端设有与有机玻璃套筒(9)的后端面相抵触的法兰盘，所述长螺钉二(11)将有机玻璃套筒(9)、消光套筒(10)的法兰盘和外壳体连接为一体，所述后组壳体(12)内沿光线入射方向依次设置有带框透镜四(5)和具有螺纹的带框透镜五(6)，所述带框透镜五(6)与后组壳体(12)螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的宽光谱长焦距高分辨率镜头，其特征在于：所述带框透镜一(2)、带框透镜二(3)、带框透镜三(4)具有相同的外框直径。

3.根据权利要求1所述的宽光谱长焦距高分辨率镜头，其特征在于：所述后组壳体(12)可通过螺纹与外壳体(1)前后调整，所述带框透镜五(6)可通过螺纹在后组壳体(12)内前后调整。

4.根据权利要求1所述的宽光谱长焦距高分辨率镜头，其特征在于，所述长螺钉一(8)用以在高低温状态下热胀冷缩时，带动带框透镜一(2)、带框透镜二(3)、带框透镜三(4)的外框整体前后微小移动，并保证带框透镜三(4)与有机玻璃套筒(9)的紧固连接；所述长螺钉二(11)用以在高低温状态下热胀冷缩时，带动消光套筒(10)与外壳体(1)整体前后微小移动，并保证消光套筒(10)与有机玻璃套筒(9)的紧固连接。

5.根据权利要求1所述的宽光谱长焦距高分辨率镜头，其特征在于，所述消光套筒(10)的内壁经过消光处理。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的宽光谱长焦距高分辨率镜头的装调方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据所述靶面分划板(13)的实际加工的最小刻线宽度和要求的识别分划刻线所对应的分辨率，计算所述宽光谱长焦距高分辨率镜头的焦距，然后根据光学设计软件zemax或者code5仿真出所述宽光谱长焦距高分辨率镜头在最佳成像位置时各带框透镜的可调整间隔的理论值和机玻璃套筒(9)的理论值，所述可调整间隔包括带框透镜二(3)与带框透镜三(4)的间隔A(106)，带框透镜三(4)与带框透镜四(5)的间隔B(107)，带框透镜四(5)与带框透镜五(6)的间隔C(108)，带框透镜五(6)与靶面分划板(13)的间隔D(109)；

S2、根据S1中所需要的间隔A(106)，计算出所需要的调校垫片(7)厚度；根据S1中所需要的间隔B(107)，分别计算出有机玻璃套筒(9)与消光套筒(10)的长度，并按照计算结果进行修切，并保证各套筒端面与光轴的垂直度；

S3、将带框透镜一(2)中的透镜(101)与外框(102)通过工艺螺钉进行调配，使透镜(101)与外框(102)的间隙均匀，紧固带框透镜一(2)的压圈(103)且保证透镜(101)不变形，将带框透镜一(2)置于车削工装上进行修切，使透镜(101)相对于外框(102)的中心偏小于0.02mm；

S4、将带框透镜二(3)、带框透镜三(4)按照S3进行操作，并修切带框透镜二和带框透镜三垂直于光轴方向的端面来保证间隔A(106)和间隔B(107)分别与各自对应的理论值相同；

S5、将消光套筒(10)、有机玻璃套筒(9)、带框透镜三(4)、调校垫片(7)、带框透镜二(3)、带框透镜一(2)依次安装在外壳体(1)中，并依次检测间隔B(107)和间隔A(106)；

S6、通过旋转带框透镜五(6)来调整间隔C(108)；通过旋转后组壳体(12)来调整间隔B(107)；微调靶面分划板(13)来调整间隔D(109)；通过平行光管观察靶面分划板(13)，根据能否分辨靶面分划板(13)的最小刻线来判断装调是否符合要求；

S7、若装调不符合要求，增加或减少调校垫片(7)的厚度，根据调校垫片(7)的变化量旋转后组壳体(12)使间隔B(107)保持不变；按S6中的要求调整间隔C(108)与间隔D(109)，通过平行光管观察靶面分划板(13)，根据能否分辨靶面分划板(13)的最小刻线来判断装调是否符合要求；

S8、重复S7的操作直至装调符合要求为止，然后将钢套旋入有机玻璃套筒(9)中，通过长螺钉一(8)依次穿过带框透镜一(2)、带框透镜二(3)、调校垫片(7)和带框透镜三(4)，压紧有机玻璃套筒(9)的前端面，点胶紧固；通过长螺钉二(11)依次穿过外壳体(1)与消光套筒(10)的法兰盘，压紧有机玻璃套筒(9)的后端面，点胶紧固，从而完成整个宽光谱长焦距高分辨率镜头的装调。

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