CN114296200A - 镜头和光学成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种镜头和光学成像装置，镜头包括支撑结构和镜片组件，支撑结构包括支撑座以及分别与支撑座连接的两个支撑组件，支撑座为镂空结构，且设有两个对应设置的安装孔，两个支撑组件分别设于对应的安装孔处，镜片组件包括两个镜片，两个镜片分别安装于对应的支撑组件上，且两个镜片的光路相通。本发明的镜头通过设置镂空的支撑座，使得镜头的重量轻，从而可以满足载机平台对载荷重量的要求。

Description

镜头和光学成像装置

技术领域

本发明涉及多波段成像技术领域，尤其涉及一种镜头和光学成像装置。

背景技术

随着科技发展及国际局势的推动，多波段成像已成为航空航天成像领域研究的热点。为了获得同一目标的多波段图像信息，光学成像装置通过设置一系列相配合的光学系统进行多波段成像，而为了实现高质量的成像要求，对于承载前端光学系统的镜头的载机平台而言，要求前端光学系统的镜头的重量轻。

鉴于上述的缺陷，有必要提供一种新的镜头和光学成像装置。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种镜头和光学成像装置，旨在解决镜头为适应载机平台而要求重量轻的问题。

为实现上述目的，本发明提出的镜头包括支撑结构和镜片组件，支撑结构包括支撑座以及分别与所述支撑座连接的两个支撑组件，所述支撑座为镂空结构，且设有两个对应设置的安装孔，两个所述支撑组件分别设于对应的所述安装孔处，镜片组件包括两个镜片，两个所述镜片分别安装于对应的所述支撑组件上，且两个所述镜片的光路相通。

优选地，所述支撑座的线膨胀系数、所述支撑组件的线膨胀系数以及所述镜片组件的线膨胀系数均相同。

优选地，所述支撑座和所述支撑组件均为殷钢结构，所述镜片为微晶玻璃。

优选地，所述支撑座包括连接壁和对应间隔设置的两个安装壁，两个所述安装壁的对应外周连接有所述连接壁，且两个所述安装壁上分别开设有一所述安装孔，两个所述支撑组件分别与对应的安装壁连接。

优选地，所述连接壁上开设有减重孔。

优选地，所述支撑组件包括依次连接的压环、套环以及压块，所述压环与所述支撑座连接，所述套环设于对应的所述安装孔内，并套设在对应的所述镜片的外周，所述压块与所述压环分别与对应的所述镜片的两侧抵接，以将对应的所述镜片安装于对应的所述安装孔内。

优选地，所述镜片背离所述压环的一侧的外边缘向靠近所述压环的方向凹陷形成台阶，所述压块与所述台阶抵接；

和/或，

所述压环沿周向设有间隔设置的多个第一凸台，所述镜片与多个所述第一凸台分别抵接；

和/或，

所述支撑座沿所述安装孔的外周设有多个间隔设置的第二凸台，所述压环与多个所述第二凸台分别连接；

和/或，

所述压环与所述套环连接的一侧沿内圈凸出形成凸环，所述套环套设在所述凸环的外周。

优选地，所述支撑座上开设有连接孔，所述压环上开设有与所述连接孔对应的腰形孔，所述支撑组件包括连接螺钉，所述连接螺钉穿过所述腰形孔并拧入所述连接孔内，以将所述压环与所述支撑座连接，所述压环上还开设有靠近所述腰形孔的螺纹孔。

优选地，所述支撑组件还包括轴向定位块，所述套环的内侧壁内凹形成第一凹槽，所述轴向定位块的一侧设于所述第一凹槽内并与所述第一凹槽的底壁抵接，另一侧与对应的所述镜片的外周抵接；

和/或，

所述压块面向对应的所述镜片的一侧内凹形成第二凹槽，所述第二凹槽内设有柔性垫，所述柔性垫的一侧与所述第二凹槽的底壁抵接，另一侧与对应的所述镜片的侧面抵接。

另外，本发明还提出一种光学成像装置，所述光学成像装置包括如上所述的镜头。

本发明技术方案中，镜头包括镜片组件以及支撑镜片组件的支撑结构，支撑结构包括支撑座以及两个支撑组件。安装时，先将两个支撑组件分别安装在支撑座上，并位于对应的安装孔处，将两个镜片分别安装对应的支撑组件上，以使两个镜片的光路相通。其中，支撑座设置成镂空结构，使得支撑座具有良好的力学性能的同时，还具有较轻重量，使得镜头轻量化，从而可以满足载机平台对载荷重量的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中镜头的结构示意图；

图2为图1中A处放大示意图；

图3为本发明一实施例中镜头的另一角度结构示意图；

图4为图3中B处放大示意图；

图5为本发明一实施例中镜头的又一角度结构示意图；

图6为图5中C-C处剖面示意图；

图7为图6中D处放大示意图；

图8为图6中E处放大示意图；

图9为图6中F处放大示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出镜头和光学成像装置，旨在解决镜头为适应载机平台而要求重量轻的问题。

请结合图1和图3，镜头包括支撑结构1和镜片组件2，支撑结构1包括支撑座11以及分别与支撑座11连接的两个支撑组件，支撑座11为镂空结构，且设有两个对应设置的安装孔，两个支撑组件分别设于对应的安装孔处，镜片组件2包括两个镜片，两个镜片分别安装于对应的支撑组件上，且两个镜片的光路相通。为了便于区分，将两个支撑组件命名为第一支撑组件12和第二支撑组件13，将两个安装孔命名为第一安装孔111和第二安装孔112，两个镜片可以为主镜21和次镜22，主镜21安装于第一支撑组件12上，第一支撑组件12与支撑座11连接，并设于第一安装孔111处，次镜22安装于第二支撑组件13上，第二支撑组件13与支撑座11连接，并设于第二安装孔112处。

本发明的镜头适用于光学成像装置、红外跟踪与干扰设备，并且可以是离轴两反光学系统的自适应镜头，镜头包括镜片组件2以及支撑镜片组件2的支撑结构1，支撑结构1包括支撑座11、第一支撑组件12以及第二支撑组件13。安装时，先将主镜21安装于第一支撑组件12上，再通过第一支撑组件12与支撑座11连接，将主镜21安装在第一安装孔111处，再以主镜21为装调基准，将次镜22利用过渡工装安装在六自由度调整机构上，并实时观察由干涉仪测试的波像差值，当波像差值为预设值时，预设值可设置为0.1λ(λ＝632.8nm)，即可将次镜22通过第二支撑组件13安装在第二安装孔112处。其中，支撑座11设置成镂空结构，使得支撑座11具有良好的力学性能的同时，还具有较轻重量，使得镜头轻量化，从而可以满足载机平台对载荷重量的要求。在一实施例中，支撑座11在保持相同的固有频率的前提下，支撑座11在镂空状态下的重量比非镂空状态下的重量减轻了约45％。另外，本发明的镂空的支撑座11可采用增材制造方式进行制造，无需用焊接、铸造等工艺，不会具有焊接应力，从而具有力学稳定性，并可进一步降低结构重量，减少生产成本。

其中，作为一种实施例，支撑座11的线膨胀系数、支撑组件的线膨胀系数以及镜片组件2的线膨胀系数相同。当支撑镜片组件2的支撑座11、第一支撑组件12以及第二支撑组件13的线膨胀系数与镜片组件2的线膨胀系数相同时，支撑座11、第一支撑组件12以及第二支撑组件13与镜片组件2的缩小或膨胀的尺寸一致，从而实现镜头的无热化，采用镂空结构的支撑座11，实现镜头的轻量化，从而可使得镜头无热化与轻量化并存。

进一步地，支撑座11和支撑组件均为殷钢结构，镜片为微晶玻璃。在一实施例中，镜头为离轴两反光学系统的自适应镜头，焦距为300mm，主镜21的通光口径为150mm，次镜22的通光口径为95mm，主镜21和次镜22均为微晶玻璃，其线膨胀系数为0.05×10-6/K，支撑座11、第一支撑组件12以及第二支撑组件13均为殷钢材料制成，其线性膨胀系数也为0.05×10-6/K，使得支撑结构1与镜片组件2的线性膨胀系数相匹配，从而可实现镜头的离轴两反光学系统的无热化。

另外，在一实施例中，支撑座11包括连接壁113和对应间隔设置的两个安装壁，两个安装壁的对应外周连接有连接壁，且两个安装壁上分别开设有一安装孔，两个支撑组件分别与对应的安装壁连接。为了方便区分，两个安装壁分别为第一安装壁114和第二安装壁115，第一安装壁114的外周与第二安装壁115的外周对应连接有连接壁113，第一安装壁114上开设有第一安装孔111，第二安装壁115上开设有第二安装孔112。在一实施例中，支撑座11上的第一安装壁114和第二安装壁115的四周对应设置，并且均连接有连接壁113，从而使得支撑座11的中部镂空，具有力学稳定性，并且，第一安装壁114、第二安装壁115以及连接壁113均为薄壁结构，例如厚度为3mm的薄壁，可利于增材制造，使得支撑座11具有较轻重量，便于镜头的轻量化。

其中，连接壁113上开设有减重孔1131。为了使得支撑座11具有更轻的重量，可将连接壁113保持力学性能的同时，开设多个减重孔1131，减重孔1131的形状可以是三角形，从而使得连接壁113的力学性能更佳。

进一步地，请结合图4，为了实现多种功能，第一支撑组件12包括依次连接的压环121、套环122以及压块123，压环121与支撑座11连接，套环122设于对应的安装孔内，并套设在对应的镜片的外周，压块123与压环121分别与对应的镜片的两侧抵接，以将对应的镜片安装于对应的安装孔内。在一实施例中，镜片为主镜21时，套环122套设在主镜21的外周，并设于第一安装孔111内，套环122的外周与第一安装孔111的内壁配合形成连接副，从而便于套环122在第一安装孔111内绕其轴心转动，以调整主镜21，压环121、套环122以及压块123依次可拆卸连接，从而将主镜21安装于第一支撑组件12内，压环121与支撑座11可拆卸连接，从而可通过调整压环121相对支撑座11的位置，调节第一支撑组件12上的主镜21相对支撑座11的位置，直至将主镜21安装于支撑座11上的第一安装孔111内。另外，将压环121与套环122独立设计，可使得压环121的与支撑座11连接的安装面以及压环121与主镜21的定位面均得到精密研磨，降低加工难度，且提高镜头的安装效率，保证主镜21的安装精度。为了使得镜头无热化，压环121、套环122以及压块123的线性膨胀系数与主镜21的相匹配，例如，当主镜21为微晶玻璃时，压环121、套环122以及压块123均为为殷钢材料制成。同理，镜片为次镜22时，次镜22的安装方式与主镜21的相同，在此不再一一赘述。

在一实施例中，请结合图5至图9，镜片背离压环121的一侧的外边缘向靠近压环121的方向凹陷形成台阶211，压块123与台阶211抵接。当镜片为主镜21时，为了使得主镜21能够获得更好的轴向固定，将主镜21背离压环121的一侧的外边缘设置台阶211，通过将压块123与台阶211抵接，从而实现主镜21相对第一支撑组件12的轴向定位。

在另一实施例中，压环121沿周向设有间隔设置的多个第一凸台1211，主镜21与多个第一凸台1211分别抵接。当镜片为主镜21时，为了使得主镜21能够更好的轴向定位，可将压环121的外边缘沿周向间隔设置多个第一凸台1211，通过多个第一凸台1211分别与主镜21抵接，从而实现主镜21的轴向精确定位。当镜片为次镜22时，也同理设置上述零件，不再一一赘述。另外，为了方便加工，第一凸台1211的数量可以采用三个。

在又一实施例中，支撑座11沿安装孔的外周设有多个间隔设置的第二凸台116，压环121与多个第二凸台116分别连接。当镜片为主镜21时，为了使得主镜21相对支撑座11安装更准确，可将支撑座11沿着第一安装孔111的外周设置多个间隔设置的第二凸台116，通过多个第二凸台116分别与压环121连接，从而可保证支撑座11安装压环121的安装面的平面度。另外，压环121和套环122为独立零件，分别加工，可方便压环121上的第二凸台116与主镜21接触的台面的研磨，以保证主镜21的面形精度。当镜片为次镜22时，也同理设置上述零件，不再一一赘述。另外，为了方便加工，第二凸台116的数量可以采用三个。

在再一实施例中，压环121与套环122连接的一侧沿内圈凸出形成凸环1214，套环122套设在凸环1214的外周。当镜片为主镜21时，为了使得套设在主镜21外周的套环122与压环121之间同轴布置，可将压环121与套环122连接的一侧沿内圈设置凸环1214，套环122不仅套设在主镜21的外周，还套设在凸环1214的外周，从而使得主镜21、套环122以及压环121均为同轴布置，在压环121与支撑座11连接时，以方便调节压环121与支撑座11，获得主镜21与第一安装孔111之间的相对位置，降低了装调难度，从而提高镜头的调整效率。当镜片为次镜22时，也同理设置上述零件，不再一一赘述。

在一实施例中，请结合图2，支撑座11上开设有连接孔，压环121上开设有与连接孔对应的腰形孔1212，第一支撑组件12包括连接螺钉124，连接螺钉124穿过腰形孔1212并拧入连接孔内，以将压环121与支撑座11连接，压环121上还开设有靠近腰形孔1212的螺纹孔1213。为了使得主镜21的安装精度更高，可通过调整压环121与支撑座11之间的可拆卸连接实现，在一实施例中，支撑座11上开设有间隔设置的三个连接孔，压环121上开设有与三个连接孔一一对应的三个腰形孔1212，连接螺钉124的螺纹端穿过腰形孔1212，并拧入对应的连接孔内，以将压环121与支撑座11预紧，实现三拉，而且，压环121上还在三个腰形孔1212附近处均开设有螺纹孔1213，通过螺钉拧入螺纹孔1213并与支撑座11抵接，实现三顶，通过反复调整连接螺钉124和螺钉，实现主镜21与支撑座11之间的位置微调，并通过前述部分套环122与支撑座11的第一安装孔111的配合形成的连接副进行配合微调，实现主镜21的五自由度调节，从而确定主镜21的初始位置。

进一步地，请结合图7、图9，支撑组件还包括轴向定位块125，套环122的内侧壁内凹形成第一凹槽1221，轴向定位块125的一侧设于第一凹槽1221内并与第一凹槽1221的底壁抵接，另一侧与对应的镜片的外周抵接。当镜片为主镜21时，通过将轴向定位块125设置在套环122的第一凹槽1221内，轴向定位块125的一侧与第一凹槽1221的底壁抵接，另一侧与主镜21的外周抵接，可防止主镜21相对套环122转动。并且，为了镜头的无热化，轴向定位块125的线性膨胀系数与主镜21的相匹配，当主镜21为微晶玻璃时，轴向定位块125为殷钢材料制成。当镜片为次镜22时，也同理设置上述零件，不再一一赘述。

在一实施例中，压块123面向对应的镜片的一侧内凹形成第二凹槽1231，第二凹槽1231内设有柔性垫1232，柔性垫1232的一侧与第二凹槽1231的底壁抵接，另一侧与对应的镜片的侧面抵接。当镜片为主镜21时，为了使得主镜21更好地装配在第一支撑组件12内，可将压块123设置成三个，三个压块123环绕套环122并间隔设置，通过三个压块123与套环122连接，并从三点将套环122内的主镜21压合在压块123与压环121之间。而为了更好的保护主镜21，可在压块123与主镜21之间设置柔性垫1232，为防止柔性垫1232挤压脱落，可将压块123上设置容纳柔性垫1232的第二凹槽1231，柔性垫1232的一侧与第二凹槽1231的槽底抵接，另一侧与主镜21抵接，从而实现主镜21的三点柔性压合预紧。其中，柔性垫1232可采用非金属材质硅胶制成，厚度可采用2.5mm，利用柔性垫1232压缩，以固定主镜21。当镜片为次镜22时，也同理设置上述零件，不再一一赘述。

另外，本发明还提出一种光学成像装置，所述光学成像装置包括如上所述的镜头。该光学成像装置中镜头的具体结构参照上述实施例，由于本光学成像装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种镜头，其特征在于，所述镜头包括：

支撑结构，包括支撑座以及分别与所述支撑座连接的两个支撑组件，所述支撑座为镂空结构，且设有两个对应设置的安装孔，两个所述支撑组件分别设于对应的所述安装孔处；

镜片组件，包括两个镜片，两个所述镜片分别安装于对应的所述支撑组件上，且两个所述镜片的光路相通。

2.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述支撑座的线膨胀系数、所述支撑组件的线膨胀系数以及所述镜片组件的线膨胀系数均相同。

3.如权利要求2所述的镜头，其特征在于，所述支撑座和所述支撑组件均为殷钢结构，所述镜片为微晶玻璃。

4.如权利要求1所述的镜头，其特征在于，所述支撑座包括连接壁和对应间隔设置的两个安装壁，两个所述安装壁的对应外周连接有所述连接壁，且两个所述安装壁上分别开设有一所述安装孔，两个所述支撑组件分别与对应的安装壁连接。

5.如权利要求4所述的镜头，其特征在于，所述连接壁上开设有减重孔。

6.如权利要求1至5中任一项所述的镜头，其特征在于，所述支撑组件包括依次连接的压环、套环以及压块，所述压环与所述支撑座连接，所述套环设于对应的所述安装孔内，并套设在对应的所述镜片的外周，所述压块与所述压环分别与对应的所述镜片的两侧抵接，以将对应的所述镜片安装于对应的所述安装孔内。

7.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述镜片背离所述压环的一侧的外边缘向靠近所述压环的方向凹陷形成台阶，所述压块与所述台阶抵接；

和/或，

所述压环沿周向设有间隔设置的多个第一凸台，所述镜片与多个所述第一凸台分别抵接；

和/或，

所述支撑座沿所述安装孔的外周设有多个间隔设置的第二凸台，所述压环与多个所述第二凸台分别连接；

和/或，

所述压环与所述套环连接的一侧沿内圈凸出形成凸环，所述套环套设在所述凸环的外周。

8.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述支撑座上开设有连接孔，所述压环上开设有与所述连接孔对应的腰形孔，所述支撑组件包括连接螺钉，所述连接螺钉穿过所述腰形孔并拧入所述连接孔内，以将所述压环与所述支撑座连接，所述压环上还开设有靠近所述腰形孔的螺纹孔。

9.如权利要求6所述的镜头，其特征在于，所述支撑组件还包括轴向定位块，所述套环的内侧壁内凹形成第一凹槽，所述轴向定位块的一侧设于所述第一凹槽内并与所述第一凹槽的底壁抵接，另一侧与对应的所述镜片的外周抵接；

和/或，

所述压块面向对应的所述镜片的一侧内凹形成第二凹槽，所述第二凹槽内设有柔性垫，所述柔性垫的一侧与所述第二凹槽的底壁抵接，另一侧与对应的所述镜片的侧面抵接。

10.一种光学成像装置，其特征在于，所述光学成像装置包括如权利要求1至9中任一项所述的镜头。

Images