專利名稱：一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大多數(shù)軍用光學(xué)儀器的工作環(huán)境溫度變化范圍比較大，溫度變化時會引起光學(xué)元 件的曲率、厚度、折射率發(fā)生變化，雖然可見光材料的折射率溫度系數(shù)比紅外光學(xué)材料小一 個或兩個數(shù)量級，環(huán)境溫度變化對電視光學(xué)系統(tǒng)的影響顯得比較小，但是，對于長焦電視光 學(xué)系統(tǒng)來講，由于焦距較長并且在環(huán)境溫度變化范圍較寬時，會使像面發(fā)生漂移，造成成像 質(zhì)量顯著下降，所以必須在電視光學(xué)系統(tǒng)中加入主動或被動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以補(bǔ)償溫度變化造 成像面漂移所引起的系統(tǒng)性能降低。根據(jù)儀器的特點(diǎn)和使用場合的不同，出現(xiàn)了多種溫度補(bǔ)償?shù)姆椒??？蓺w納為主動 式、被動式和混合式三大類，主動式采用手動、機(jī)械或機(jī)電等方式對補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)；被 動式則利用機(jī)械、機(jī)電或光學(xué)等方式實(shí)現(xiàn)像面離焦的自動補(bǔ)償；混合式則在被動式的基礎(chǔ) 上輔助以主動調(diào)節(jié)裝置，使系統(tǒng)離焦得到更好的補(bǔ)償。其中，光學(xué)被動補(bǔ)償方式由于其結(jié)構(gòu) 相對簡單、尺寸小重量輕、系統(tǒng)可靠性高等特點(diǎn)，受到極大的重視。如圖1所示一種現(xiàn)有的長焦電視系統(tǒng)光路圖，光線經(jīng)成像透鏡11即雙凸正透鏡、 成像透鏡12即雙凹負(fù)透鏡)、成像透鏡13即彎月正透鏡)、光闌14即圓孔、會聚透鏡15即 雙凹負(fù)透鏡、會聚透鏡16即雙凸正透鏡、成像到CXD像平面17上。由于該系統(tǒng)未進(jìn)行消熱 差設(shè)計，在環(huán)境溫度變化時，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)聚焦面發(fā)生飄移，從而光學(xué)系統(tǒng)聚焦面與CCD像 平面不重合，光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量下降，不能滿足使用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在-40°C +60°C溫度范圍內(nèi)，無需進(jìn)行調(diào)焦補(bǔ)償， 均能保證優(yōu)良像質(zhì)的消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)包括為雙凸膠合正透鏡 的第一前組物鏡(1)、為彎月正透鏡的第二前組物鏡(2)、光闌(3)、為膠合彎月負(fù)透鏡的后 組物鏡(4)和CXD焦平面(5)，所述第一前組物鏡(1)、第二前組物鏡(2)、光闌(3)和后組物 鏡(4)構(gòu)成系統(tǒng)光路，成像在CXD焦平面(5)上，所述第一前組物鏡(1)、第二前組物鏡(2) 用于承擔(dān)系統(tǒng)的主光焦度，所述第二前組物鏡(2)為折射率溫度系數(shù)可變化的光學(xué)材料； 所述后組物鏡(4)的前表面為非球面用于像差校正。進(jìn)一步的，所述第一前組物鏡(1)、第二前組物鏡(2)用于承擔(dān)系統(tǒng)的光焦度為 4. 65m。進(jìn)一步的，所述第一前組物鏡(1)材料為重火石玻璃和重鋇火石玻璃；所述第二 前組物鏡(2)材料為氟化鈣；所述后組物鏡(4)材料為冕火石玻璃和冕玻璃。進(jìn)一步的，所述所述第一前組物鏡(1)材料為重火石玻璃ZF6和重鋇火石玻璃 ZBAF3 ；所述后組物鏡(4)材料為冕火石玻璃KF2和冕玻璃K3。
進(jìn)一步的，所述第一前組物鏡(1)與第二前組物鏡(2)間隔0. Imm ；所述第二前組 物鏡(2)與光闌(3)間隔80mm ；所述光闌(3)和后組物鏡(4)間隔19. 2mm ；所述后組物鏡 (4)與CCD焦平面(5)間隔82. 9mm。
本發(fā)明的消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，在合理分配光學(xué)系統(tǒng)光焦度的情況下，利用不同 光學(xué)材料相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍即-40°C +60°C內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)的消熱差；由于實(shí)現(xiàn)了光學(xué) 被動熱補(bǔ)償，省去了系統(tǒng)中的主動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，簡化了光機(jī)結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)構(gòu)型簡單；由于系 統(tǒng)中沒有運(yùn)動部件，光機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，裝調(diào)簡單易行。


圖1是現(xiàn)有的一種長焦電視系統(tǒng)光路圖； 圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)光路圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，在合理分配光學(xué)系統(tǒng)光焦度的基礎(chǔ)上，利用 不同可見光光學(xué)材料的溫度特性相組合，并適當(dāng)加入部分折射率溫度系數(shù)變化較大的光學(xué) 材料，求取系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)像差、熱差的優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)了長焦 電視光學(xué)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的像面離焦與儀器殼體的熱脹冷縮一致，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)系統(tǒng)對環(huán)境溫 度變化的自適應(yīng)，消熱差功能。有效的簡化了光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、縮小體積并獲得了優(yōu)良成像質(zhì) 量。合理分配就是利用光學(xué)軟件進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計時，使各種光學(xué)像差得到平衡和校 正，獲得良好像質(zhì)。可見光光學(xué)材料折射率隨溫度變化的系數(shù)并不大，要比紅外光學(xué)材料小一個數(shù)量 級，因此，對于一般的短焦電視光學(xué)系統(tǒng)，溫度變化對光學(xué)系統(tǒng)的影響很小，不會影響像質(zhì)， 但是對于長焦電視系統(tǒng)，由于系統(tǒng)焦距很長，因此，焦距隨溫度的變化量就很大，影響成像 效果，必須采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。在進(jìn)行光學(xué)被動補(bǔ)償設(shè)計時，利用特殊光學(xué)材料(如氟化 鈣)的負(fù)的溫度特性，和常規(guī)光學(xué)材料相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光學(xué)被動補(bǔ)償。像差、熱差優(yōu)化，就是將長焦電視光學(xué)系統(tǒng)設(shè)為常溫、高溫、低溫三重光學(xué)結(jié)構(gòu)，同 時利用光學(xué)軟件進(jìn)行設(shè)計，使三重光學(xué)結(jié)構(gòu)同時達(dá)到優(yōu)良像質(zhì)。如圖2所示為本發(fā)明的系統(tǒng)光路圖，該光路示意圖是在合理分配光學(xué)系統(tǒng)光焦度 的基礎(chǔ)上，利用不同可見光光學(xué)材料的溫度特性相組合，并適當(dāng)加入部分折射率溫度系數(shù) 變化較大的光學(xué)材料后，實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)的原理圖。第一前組物鏡組1、第二前組物鏡組2、光闌3、后組物鏡組4構(gòu)成系統(tǒng)光路，成像 在CXD焦平面5上。光線經(jīng)第一前組物鏡組1即雙凸膠合正透鏡，材料為重火石玻璃ZF6 和重鋇火石玻璃ZBAF3 ；第二前組物鏡組2即彎月正透鏡，材料為氟化鈣CaF2 ；光闌3即圓 孔，可為無窮大；后組物鏡組4即膠合彎月負(fù)透鏡，材料冕火石玻璃KF2和冕玻璃K3，會聚 到CXD像平面5上。第一前組物鏡組1與第二前組物鏡組2間隔0. Imm,第二前組物鏡組2 與光闌3間隔80mm，闌3與后組物鏡組4間隔19. 2mm，后組物鏡組4與CXD像平面5間隔 82. 9mm,各透鏡組形狀唯一，光學(xué)系統(tǒng)的具體參數(shù)如下表所列。
系統(tǒng)中第一前組物鏡組1、第二前組物鏡組2承擔(dān)著系統(tǒng)的主光焦度(光角度 4. 65m)，第二前組物鏡組2為折射率溫度系數(shù)可變化的光學(xué)材料，氟化鈣折射率溫度系數(shù) 為-10. 6X10_6/°C，后組物鏡組4的前表面為非球面用于像差校正。光學(xué)系統(tǒng)的熱差和像 差均得到了很好的校正，成像質(zhì)量在高低溫下都達(dá)到了實(shí)用水平，實(shí)現(xiàn)了寬溫度范圍內(nèi)的 長焦電視光學(xué)系統(tǒng)的消熱差。
權(quán)利要求
一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括為雙凸膠合正透鏡的第一前組物鏡(1)、為彎月正透鏡的第二前組物鏡(2)、光闌(3)、為膠合彎月負(fù)透鏡的后組物鏡(4)和CCD焦平面(5)，所述第一前組物鏡(1)、第二前組物鏡(2)、光闌(3)和后組物鏡(4)構(gòu)成系統(tǒng)光路，成像在CCD焦平面(5)上，所述第一前組物鏡(1)、第二前組物鏡(2)用于承擔(dān)系統(tǒng)的主光焦度，所述第二前組物鏡(2)為折射率溫度系數(shù)可變化的光學(xué)材料；所述后組物鏡(4)的前表面為非球面用于像差校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一前組 物鏡(1)、第二前組物鏡(2)用于承擔(dān)系統(tǒng)的光焦度為4. 65m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于 所述第一前組物鏡(1)材料為重火石玻璃和重鋇火石玻璃；所述第二前組物鏡(2)材料為 氟化鈣；所述后組物鏡(4)材料為冕火石玻璃和冕玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述所述第一 前組物鏡(1)材料為重火石玻璃ZF6和重鋇火石玻璃ZBAF3 ；所述后組物鏡(4)材料為冕火 石玻璃KF2和冕玻璃K3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述第一前組 物鏡(1)與第二前組物鏡(2)間隔0. Imm ；所述第二前組物鏡(2)與光闌(3)間隔80mm ；所 述光闌(3)和后組物鏡(4)間隔19. 2mm ；所述后組物鏡(4)與CXD焦平面(5)間隔82. 9mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域；第一前組物鏡、第二前組物鏡、光闌和后組物鏡構(gòu)成系統(tǒng)光路，成像在CCD焦平面上，所述第一前組物鏡、第二前組物鏡用于承擔(dān)系統(tǒng)的主要光焦度，所述第二前組物鏡為折射率溫度系數(shù)變化較大的光學(xué)材料；所述后組物鏡的前表面為非球面用于像差校正；本發(fā)明的消熱差長焦電視光學(xué)系統(tǒng)，在合理分配光學(xué)系統(tǒng)光焦度的情況下，利用不同光學(xué)材料相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)寬溫度范圍即-40℃～+60℃內(nèi)光學(xué)系統(tǒng)的消熱差；由于實(shí)現(xiàn)了光學(xué)被動熱補(bǔ)償，省去了系統(tǒng)中的主動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，簡化了光機(jī)結(jié)構(gòu)，因此系統(tǒng)構(gòu)型簡單；由于系統(tǒng)中沒有運(yùn)動部件，光機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，裝調(diào)簡單易行。
文檔編號G02B13/18GK101915979SQ20101026133
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者張良 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所