專利名稱：溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空相機(jī)鏡頭，特別是一種溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭。
背景技術(shù)：
航空成像相機(jī)鏡頭一般都是工作在溫度范圍很寬的環(huán)境中，受溫度變化的影響， 使得相機(jī)鏡頭參數(shù)(折射率、間隔、曲率半徑等)發(fā)生變化，從而造成圖像模糊，極大地影響 高分辨率成像，進(jìn)而影響監(jiān)測效果。因此，在設(shè)計(jì)高空環(huán)境中使用的航空相機(jī)鏡頭時(shí)必須重 點(diǎn)考慮溫度變化對(duì)相機(jī)鏡頭性能的影響，進(jìn)行相應(yīng)的熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)或進(jìn)行調(diào)焦設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)外的航空相機(jī)鏡頭在高空工作時(shí)為了保證成像質(zhì)量，經(jīng)常使用的辦法是 采用主動(dòng)式調(diào)焦和溫控兩種方法實(shí)現(xiàn)。采用主動(dòng)調(diào)焦通常需要機(jī)電調(diào)焦組件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，可靠性低，成像清晰得不到保證。采用溫控措施，成像可以保證，但整個(gè)系統(tǒng)往往非常龐 大，增加了整個(gè)光學(xué)載荷的體積和重量，同時(shí)也增加了成本，不僅如此，它還與飛行器平臺(tái) 對(duì)光學(xué)有效載荷輕量化，小型化的目標(biāo)要求不符。所以，現(xiàn)有的航空相機(jī)鏡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐 大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便的工作溫度范圍寬 的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭。一種溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，包括含有9塊透鏡的前組透鏡、后組透鏡、 光闌和濾光片，其特征在于前組透鏡中的第三塊透鏡和第六塊透鏡為CaF2材料制成的透 鏡，前組中第八塊透鏡為NFK5材料制成的透鏡，光闌設(shè)置在前組與后組透鏡中部。顯然，本發(fā)明的目的是利用自動(dòng)溫度補(bǔ)償原理，通過加入適當(dāng)?shù)臏囟日凵渎蕿樨?fù) 的光學(xué)材料，利用材料的特性自我調(diào)節(jié)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)的。即前組透鏡中的第三塊透鏡和第六塊 透鏡采用CaF2材料制成的透鏡，第八塊透鏡采用NFK5材料制成的透鏡，CaF2和NFK5材料 制成的透鏡與普通玻璃材料相反，其溫度折射率系數(shù)為負(fù)，所以，能根據(jù)溫度的變化自動(dòng)調(diào) 節(jié)補(bǔ)償，而無需任何機(jī)電調(diào)焦部件和溫控裝置。為使后組透鏡也能自我調(diào)節(jié)補(bǔ)償，也可根據(jù) 需要采用若干溫度折射率系數(shù)為負(fù)的玻璃材料制成的透鏡。本發(fā)明不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、小 巧輕便、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，還具有可靠性高、能高分辨率成像、能獲取高質(zhì)量的清晰 圖像且成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉航空相機(jī)鏡頭。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的+20°C傳遞函數(shù)圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施例的-40°C傳遞函數(shù)圖，圖4是本發(fā)明實(shí)施例的+60°C傳遞函數(shù)圖，圖5是本發(fā)明實(shí)施例的-40 °C畸變、場曲、球差曲線圖。
圖中負(fù)彎月形透鏡1、正彎月形透鏡2、正彎月形透鏡3、雙凸透鏡4、雙凹透鏡5、 正彎月形透鏡6、負(fù)彎月形透鏡7、正彎月形透鏡8、負(fù)彎月形透鏡9、光闌10、雙凸透鏡11、 負(fù)彎月形透鏡12、負(fù)彎月形透鏡13、負(fù)彎月形透鏡14、雙凸透鏡15、負(fù)彎月形透鏡16、雙凸 透鏡17、平面鏡18。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行詳述圖1是本發(fā)明的一種溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭。主要包括含有9塊透鏡 的前組透鏡、后組透鏡、光闌10和濾光片18，其要點(diǎn)是前組透鏡中的第三塊透鏡3和第六 塊透鏡6為CaF2材料制成的透鏡，第八塊透鏡8為NFK5材料制成的透鏡。光闌10設(shè)置在 前組與后組透鏡中部。也就是前組透鏡中的第三塊透鏡3和第六塊透鏡6采用CaF2材料 制成，第八塊透鏡8采用NFK5材料制成，光闌10設(shè)置在前組與后組透鏡中部。為使后組透鏡也能根據(jù)溫度的變化自動(dòng)補(bǔ)償，并變圖1中的后組透鏡含有7塊透 鏡，其中的第六塊透鏡16為NFK5材料制成的透鏡，即后組透鏡的第六塊透鏡16采用NFK5 材料制成。為了確保成像質(zhì)量，圖中的9塊前組透鏡1 9依次為ZK5、NSK15、CaF2、NBAK4、 NSFl、CaF2、BK7、NFK5、NLAF21材料制成的透鏡，7塊后組透鏡11 17依次為NSF1、NBAK4、 NSFl、BK7、NSFl、NFK5、BK7材料制成透鏡，光闌10為鋼材料制成的光闌，濾光片18為ZK5 材料制成濾光片；即其余的前組透鏡1、2、4、5、7、9依次采用ZK5、NSK15、NBAK4、NSF1、BK7、 NLAF21材料制成，其余的后組透鏡11、12、13、14、15、17依次采用NSFl、NBAK4、NSFl、BK7、 NSF1、BK7材料制成，光闌(10)采用鋼材料制成，濾光片(18)采用ZK5材料制成。為了確保自動(dòng)補(bǔ)償不影響成像質(zhì)量，并使鏡頭更加小巧嚴(yán)謹(jǐn)，圖中的九塊前組透 鏡依次為負(fù)彎月形透鏡1、正彎月形透鏡2、正彎月形透鏡3、雙凸透鏡4、雙凹透鏡5、正彎月 形透鏡6、負(fù)彎月形透鏡7、正彎月形透鏡8、負(fù)彎月形透鏡9，七塊后組透鏡依次為雙凸透鏡 11、負(fù)彎月形透鏡12、負(fù)彎月形透鏡13、負(fù)彎月形透鏡14、雙凸透鏡15、負(fù)彎月形透鏡16、雙 凸透鏡17。也就是前組透鏡依次由負(fù)彎月形透鏡1、正彎月形透鏡2、正彎月形透鏡3、雙凸 透鏡4、雙凹透鏡5、正彎月形透鏡6、負(fù)彎月形透鏡7、正彎月形透鏡8、負(fù)彎月形透鏡9構(gòu) 成，后組透鏡依次由雙凸透鏡11、負(fù)彎月形透鏡12、負(fù)彎月形透鏡13、負(fù)彎月形透鏡14、雙 凸透鏡15、負(fù)彎月形透鏡16、雙凸透鏡17構(gòu)成。綜上所述，本發(fā)明是通過溫度變化光學(xué)鏡 頭自動(dòng)補(bǔ)償原理，利用每種光學(xué)材料折射率溫度系數(shù)(β = dn/dt)有正有負(fù)不同，選擇合 適的材料組合來達(dá)到消熱差和消色差的目的。根據(jù)光學(xué)鏡頭自動(dòng)補(bǔ)償原理，系統(tǒng)透鏡的光 焦度必須滿足光焦度不變、消熱差、消色差三個(gè)基本方程，表示如下
權(quán)利要求
一種溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，包括含有9塊透鏡的前組透鏡、后組透鏡、光闌(10)和濾光片(18)，其特征在于前組透鏡中的第三塊透鏡(3)和第六塊透鏡(6)為CaF2材料制成的透鏡，第八塊透鏡(8)為NFK5材料制成的透鏡，光闌(10)設(shè)置在前組與后組透鏡中部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，其特征在于后組透鏡含 有7塊透鏡，其中的第六塊透鏡(16)為NFK5材料制成的透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，其特征在于其余的前組 透鏡(1、2、4、5、7、9)依次采用 ZK5、NSK15、NBAK4、NSF1、BK7、NLAF21 材料制成，其余的 7 塊 后組透鏡(11 15、17)依次采用NSFU NBAK4、NSFU BK7、NSFU BK7材料制成，光闌(10) 采用鋼材料制成，濾光片(18)采用ZK5材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，其特征在于前組透 鏡依次由負(fù)彎月形透鏡(1)、正彎月形透鏡(2)、正彎月形透鏡(3)、雙凸透鏡(4)、雙凹透鏡 (5)、正彎月形透鏡(6)、負(fù)彎月形透鏡(7)、正彎月形透鏡(8)、負(fù)彎月形透鏡(9)構(gòu)成，后組 透鏡依次由雙凸透鏡(11)、負(fù)彎月形透鏡(12)、負(fù)彎月形透鏡(13)、負(fù)彎月形透鏡(14)、雙 凸透鏡(15)、負(fù)彎月形透鏡(16)、雙凸透鏡(17)構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，其特征在于焦距750mm， 光學(xué)視場為5. 5°，在60線對(duì)時(shí)，MTF彡0.5，全視場畸變< 1 %，波段430nm 750nm，空間 分辨率達(dá)10cm，F(xiàn)數(shù)達(dá)到5. 6。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，其特征在于前組透鏡依 次由負(fù)彎月形透鏡(1)、正彎月形透鏡(2)、正彎月形透鏡(3)、雙凸透鏡(4)、雙凹透鏡(5)、 正彎月形透鏡(6)、負(fù)彎月形透鏡(7)、正彎月形透鏡(8)、負(fù)彎月形透鏡(9)構(gòu)成，后組透鏡 依次由雙凸透鏡(11)、負(fù)彎月形透鏡(12)、負(fù)彎月形透鏡(13)、負(fù)彎月形透鏡(14)、雙凸透 鏡(15)、負(fù)彎月形透鏡(16)、雙凸透鏡(17)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭，其特征在于焦距750mm， 光學(xué)視場為5. 5°，在60線對(duì)時(shí)，MTF彡0. 5，全視場畸變< 1 %，波段430nm 750nm，空間 分辨率達(dá)10cm，F(xiàn)數(shù)達(dá)到5. 6。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種航空相機(jī)鏡頭，特別是一種溫度變化自動(dòng)補(bǔ)償航空相機(jī)鏡頭。包括含有九塊透鏡的前組透鏡、后組透鏡、光闌和濾光片，其特征在于前組透鏡中的第三塊透鏡和第六塊透鏡為CaF2材料制成的透鏡，第八塊透鏡為NFK5材料制成的透鏡，光闌設(shè)置在前組與后組透鏡中部。所以，無需任何機(jī)電調(diào)焦部件和溫控裝置，不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、小巧輕便、工作溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，還具有可靠性高、能高分辨率成像、能獲取高質(zhì)量的清晰圖像且成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉航空相機(jī)鏡頭。
文檔編號(hào)G02B13/00GK101980064SQ20101050178
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月9日
發(fā)明者李勇, 程曉薇, 邵杰, 金偉民, 錢義先 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)