專利名稱：大視場空間攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種空間攝像裝置，尤其適用于高溫、低溫、真空、輻照、振動沖 擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境。
背景技術(shù)：
CXD攝像機目前已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于日常生活和工作中，然而當(dāng)其使用環(huán)境復(fù)雜多 變、惡劣時，尤其是空間環(huán)境中存在的高低溫、真空、輻照、振動沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境 因素，通用的C⑶攝像裝置很難良好工作。比如，在高溫環(huán)境下，其光學(xué)穩(wěn)定性、精度會大 大降低；再如，在高輻照環(huán)境下，電磁干擾、帶電粒子輻射等不可避免地會影響到CCD的光 信號接收和電信號的穩(wěn)定；而普通的CCD攝像裝置則往往難以在如此惡劣環(huán)境下完成大視 場、低畸變的攝像要求；通常廣角光學(xué)鏡頭具有較大的畸變，一般在20% 30%，甚至更 高，成像時幾何失真度較大。本實用新型技術(shù)基于光電成像技術(shù)，首次將光電成像技術(shù)應(yīng)用于航天飛船艙外。 目前國內(nèi)暫無關(guān)于此項技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)報道。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種空間攝像裝置，在常規(guī)光電成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分考慮 了空間環(huán)境中存在的高低溫、真空、輻照、振動沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境因素，有效克服了 這些惡劣環(huán)境因素對攝像裝置帶來的損害和不良影響。本實用新型的技術(shù)方案如下所述該大視場空間攝像裝置設(shè)置于安裝板上，包括光學(xué)鏡頭組件、CXD圖像探測器組 件、防護電路組件和機械防護組件；所述光學(xué)鏡頭組件的首鏡片為耐輻照光學(xué)石英玻璃； CXD圖像探測器組件由CXD單板和CXD護框組成，完成光電信號轉(zhuǎn)換功能，其中CXD單板安 裝于CCD護框內(nèi)；防護電路組件由防護電路板和電路防護框組成，其中防護電路板安裝于 電路防護框內(nèi)，可實現(xiàn)電源保護和視頻信號保護作用，所述防護電路組件固定設(shè)置于CCD 圖像探測器組件后部；機械防護組件包括箱體和底座，光學(xué)鏡頭組件、CXD圖像探測器組 件和防護電路組件均安裝于箱體內(nèi)，形成對CCD圖像探測器、防護電路的雙層殼體防護，箱 體與底座通過橡膠減震器固定連接，所述空間攝像裝置通過底座固定于安裝板上。所謂雙層殼體防護，具體來講，是指CCD圖像探測器組件中的CCD護框及防護電路 組件中的電路防護框分別為CCD單板和防護電路提供了首層防護殼體，防護電路組件固定 于CCD圖像探測器組件后部，均安裝于機械防護組件的箱體內(nèi)部，箱體提供了第二層防護 殼體，可有效隔離空間輻照、高低溫(_15°C +60°C )環(huán)境等外界影響。上述光學(xué)鏡頭組件具有大視場、低畸變的特點，采用了反攝遠光學(xué)結(jié)構(gòu)，焦 距2. 4mm,水平90度，光圈F2. 8，后截距5. 3mm ；首鏡片采用光學(xué)石英玻璃JGS1，可隔離 lX106rad[Si]的總劑量輻射；光學(xué)鏡頭組件的鏡筒等結(jié)構(gòu)由鈦合金制成，保證光學(xué)鏡頭 在-15°C +60°C溫度范圍內(nèi)可獲取清晰圖像。[0009]上述防護電路板包括電源保護電路和視頻保護電路，電源保護電路中具有限流、 穩(wěn)壓以及濾波環(huán)節(jié)，視頻保護電路中具有穩(wěn)壓環(huán)節(jié)，可對線纜上信號的傳輸提供保護，減弱 外界對傳輸線路的電磁干擾。所述電源保護電路和視頻保護電路與CCD單板的接口連接， 由攝像裝置外部輸入的電源首先經(jīng)過電源保護電路，進行穩(wěn)壓、濾波等處理后輸入至CXD 單板；CCD單板輸出的視頻信號經(jīng)過視頻保護電路后向攝像裝置外部輸出PAL-D制式信號。上述圖像探測器為1/3英寸彩色C⑶單板攝像機，輸出PAL-D制式信號，所述光學(xué) 鏡頭組件屬于短焦距廣角鏡頭。通常廣角光學(xué)鏡頭具有較大的畸變，一般在20% 30%， 甚至更高，成像時幾何失真度較大；而該攝像裝置在實現(xiàn)大視場成像(水平90° )的同時， 保證了低于5%的畸變，成像時幾何失真度較?。煌瑫r所述的空間攝像裝置實現(xiàn)了相當(dāng)?shù)?空間輻射、高低溫、真空、振動沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境的耐受度。上述CCD單板和防護電路板分別封裝于CCD護框和電路防護框內(nèi)，CCD護框和電 路防護框均由鋁合金制作，并用室溫硫化硅橡膠GD-414固封；CCD單板和防護電路板后部 均設(shè)置有金屬鉭片。上述箱體和底座由鋁合金材料制成，箱體與底座間置有兩根接地線，箱體與底座 之間設(shè)置有對稱分布的多個橡膠減震器，底座與安裝板螺紋固定連接。本實用新型具有以下優(yōu)越性1、穩(wěn)定可靠地適應(yīng)于高低溫、真空、輻照、振動沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境；2、光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強度較好，可隔離總劑量輻照、高低溫沖擊；3、電子系統(tǒng)的抗干擾、電磁兼容能力較好；4、應(yīng)用模塊化設(shè)計，機械結(jié)構(gòu)簡明、穩(wěn)定、抗震。

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖，其中對箱體及箱體內(nèi)部做四分之一剖視示意；圖2為本實用新型左視圖；圖3為本實用新型右視圖；圖4為本實用新型前視圖；圖5為本實用新型后視圖；圖6為光學(xué)鏡頭組件光路圖；圖7為采用鈦合金材料隔圈時相對離焦量-溫度曲線圖；圖8為防護電路接口示意圖；圖9為電源保護電路原理圖；圖10為視頻保護電路原理圖；圖11為CCD護框和電路防護框結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為箱體及底座連接示意圖(后視)。附圖標(biāo)號說明1-箱體，2-耐輻照光學(xué)石英玻璃，3-CCD護框，4_電路防護框，5_底座，6_安裝孔， 7-橡膠減震器，8-CXD分色片，9-CXD光敏面。
具體實施方式
光電成像設(shè)備屬于精密設(shè)備，在使用中易受到外界環(huán)境(高低溫、真空、輻照、振 動沖擊、電磁干擾等)因素的影響。本實用新型的光學(xué)鏡頭對光線進行采集和處理，將視場內(nèi)物體成像于CCD靶面； CCD攝像機則將靶面上的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；供電系統(tǒng)為CCD提供電力能源；機械結(jié)構(gòu)則 為以上各個部分提供物理支撐和保護。在圖6所示的光學(xué)鏡頭組件中，首鏡片采用耐輻照光學(xué)石英玻璃JGS1，具有隔離 總劑量輻照、高低溫沖擊的特點。如圖8、圖9、圖10所示，在電路設(shè)計中，采用了濾波、穩(wěn)壓、防反接等技術(shù)，可提高 電源品質(zhì)，消弱外界電磁干擾。如圖12所示，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用了箱體與底座分離的設(shè)計，它們之間利用4個橡 膠減震墊連接，可有效吸收、減弱由安裝底座傳遞至光學(xué)鏡頭、CXD攝像機等核心組件的振 動、沖擊，為精密器件提供可靠防護。對于箱體設(shè)計則采用雙層殼體(參見圖1、圖11等)， 可有效隔離外部高低溫環(huán)境，并使得輻照屏蔽厚度在4. 5mm等效鋁以上。對以上設(shè)計思想的實踐，過一系列防護技術(shù)應(yīng)用，保證了在惡劣空間環(huán)境下亦可 正常工作，其實驗效果如表1所示，表1有益效果匯總
權(quán)利要求1.一種大視場空間攝像裝置，設(shè)置于安裝板上，其特征在于該空間攝像裝置包括光 學(xué)鏡頭組件、CXD圖像探測器組件、防護電路組件和機械防護組件；所述光學(xué)鏡頭組件的首 鏡片為耐輻照光學(xué)石英玻璃；CXD圖像探測器組件由CXD單板和CXD護框組成，其中CXD單 板安裝于CCD護框內(nèi)；防護電路組件由防護電路板和電路防護框組成，其中防護電路板安 裝于電路防護框內(nèi)，所述防護電路組件固定設(shè)置于CXD圖像探測器組件后部；機械防護組 件包括箱體和底座，光學(xué)鏡頭組件、CXD圖像探測器組件和防護電路組件均安裝于箱體內(nèi)， 箱體與底座通過橡膠減震器固定連接，所述空間攝像裝置通過底座固定于安裝板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間攝像裝置，其特征在于所述光學(xué)鏡頭組件采用反攝遠 光學(xué)結(jié)構(gòu)，其首鏡片采用光學(xué)石英玻璃JGS1，其鏡筒結(jié)構(gòu)由鈦合金制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間攝像裝置，其特征在于所述防護電路板包括電源保護 電路和視頻保護電路，所述電源保護電路和視頻保護電路與CCD單板的接口連接，由攝像 裝置外部輸入的電源經(jīng)電源保護電路輸入至CCD單板，CCD單板輸出的視頻信號經(jīng)視頻保 護電路后向攝像裝置外部輸出PAL-D制式信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間攝像裝置，其特征在于所述電源保護電路中具有限流、 穩(wěn)壓以及濾波環(huán)節(jié)，視頻保護電路中具有穩(wěn)壓環(huán)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的空間攝像裝置，其特征在于所述圖像探測器為1/3 英寸彩色CXD單板攝像機，所述光學(xué)鏡頭組件為短焦距廣角鏡頭，且與CXD單板相匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間攝像裝置，其特征在于所述CCD單板和防護電路板分 別封裝于CXD護框和電路防護框內(nèi)，CXD護框和電路防護框均由鋁合金制作，并用室溫硫化 硅橡膠⑶-414固封；CXD單板和防護電路板后部均設(shè)置有金屬鉭片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空間攝像裝置，其特征在于箱體和底座由鋁合金材料制成， 箱體與底座間置有兩根接地線，箱體與底座之間設(shè)置有對稱分布的多個橡膠減震器，底座 與安裝板螺紋固定連接。
專利摘要本實用新型提供了一種空間攝像裝置，在常規(guī)光電成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，充分考慮了空間環(huán)境中存在的高低溫、真空、輻照、振動沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境因素，有效克服了這些惡劣環(huán)境因素對攝像裝置帶來的損害和不良影響。該大視場空間攝像裝置設(shè)置于安裝板上，包括光學(xué)鏡頭組件、CCD圖像探測器組件、防護電路組件和機械防護組件；機械防護組件包括箱體和底座，光學(xué)鏡頭組件、CCD圖像探測器組件和防護電路組件均安裝于箱體內(nèi)，形成對CCD圖像探測器、防護電路的雙層殼體防護。本實用新型光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強度較好，可隔離總劑量輻照、高低溫沖擊；電子系統(tǒng)的抗干擾、電磁兼容能力較好；應(yīng)用模塊化設(shè)計，機械結(jié)構(gòu)簡明、穩(wěn)定、抗震。
文檔編號G02B13/06GK201897679SQ201020181440
公開日2011年7月13日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者張兆會, 曹劍中, 武力, 祝青, 董森, 閆阿奇 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所