一種紅外低溫鏡頭結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航天紅外遙感領域，涉及一種紅外低溫鏡頭結構。
【背景技術】
[0002] 在航天紅外遙感領域，低溫紅外鏡頭常常恒溫工作在273K以下的溫度，而其加 工、裝調過程卻是在293K完成。結構設計需要補償由于常溫到低溫的溫度變化引起的鏡框 收縮量與透鏡收縮量之差，避免鏡框壓緊透鏡造成對透鏡面形等光學性能的影響。鏡頭各 光學透鏡的頂點間距隨溫度變化而變化，需要根據低溫工作環境的透鏡頂點間距參數，計 算常溫間距，以用于加工和常溫檢測。
【發明內容】
[0003]本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種紅外低溫鏡頭結構，保 證常溫加工、裝調的紅外鏡頭，在低溫環境下仍能夠保證優異成像質量。
[0004] 本發明的技術方案是：一種紅外低溫鏡頭結構，包括第一透鏡組件、第二透鏡組 件、鏡筒和安裝螺釘；第一透鏡組件包括第一紅外光學透鏡、第一鏡框、第一軸向約束壓圈、 第一軸向緩沖圈；第二透鏡組件包括第二紅外光學透鏡、第二鏡框、第二軸向約束壓圈、第 二軸向緩沖圈；
[0005]第一紅外光學透鏡安裝于第一鏡框內，安裝時保證兩者徑向間隙在整圓周均勻一 致；第一軸向約束壓圈設計有內陷凹槽，第一軸向緩沖圈置于內陷凹槽內；第一軸向約束 壓圈通過第一軸向約束壓圈和第一鏡框之間的配合螺紋旋入第一鏡框，直至第一軸向緩沖 圈與第一紅外光學透鏡壓緊；第一鏡框徑向有8個注膠孔，通過該注膠孔注入硅橡膠，生成 厚度等于第一紅外光學透鏡外徑半徑與第一鏡框內徑半徑之差的8個徑向膠斑；以上完成 第一透鏡組件裝配。
[0006]第二紅外光學透鏡安裝于第二鏡框內，安裝時保證兩者徑向間隙在整圓周均勻一 致；第二軸向約束壓圈設計有內陷凹槽，第二軸向緩沖圈置于內陷凹槽內；第二軸向約束 壓圈通過第二軸向約束壓圈和第二鏡框之間的配合螺紋旋入第二鏡框，直至第二軸向緩沖 圈與第二紅外光學透鏡壓緊；第二鏡框徑向有8個注膠孔，通過該注膠孔注入硅橡膠，生成 厚度等于第二紅外光學透鏡外徑半徑與第二鏡框內徑半徑之差的8個徑向膠斑；
[0007]第一透鏡組件和第二透鏡組件分別通過螺釘與鏡筒螺接完成整個結構裝配。
[0008]所述徑向膠斑厚度T滿足以下公式：
[0009] T = nX (a K1-a J：) X ATXRJ1；
[0010] 其中aK1是第一鏡框材料的熱膨脹系數，a是紅外光學透鏡材料的熱膨脹系數， AT是常溫與該低溫鏡頭工作溫度之差，Rp是紅外光學透鏡的半徑；n為經驗值。
[0011] 第一紅外光學透鏡和第二紅外光學透鏡的頂點間距Le滿足以下公式：
[0012]
[0013] 其中aK是第一鏡框、第二鏡框、鏡筒材料的熱膨脹系數，ap和a12分別是第一 紅外光學透鏡和第二紅外光學透鏡材料的熱膨脹系數，AT是常溫與該低溫鏡頭工作溫度 之差，Q是第一紅外透鏡后曲率中心頂點與第一鏡框靠面的距離，L2是第二紅外透鏡前曲 率中心頂點與第二鏡框靠面的距離。
[0014] 本發明與現有技術相比的優點在于：
[0015] 本發明與常規常溫鏡頭不同，由于其能夠在低溫環境下保證各光學透鏡工作面面 形不受熱應力影響，保證各光學透鏡頂點間距與光學輸入要求保持一致性，因此該低溫鏡 頭低溫環境成像質量優異。
【附圖說明】
[0016] 圖1為透鏡組件示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合實例對本發明作進一步說明。
[0018] 如圖1所示，將第一紅外光學透鏡1安裝于第一鏡框2內，安裝時保證兩者徑向間 隙在整圓周均勻一致，第一軸向約束壓圈3設計有內陷凹槽，將第一軸向緩沖圈4裝入內陷 凹槽，通過第一軸向約束壓圈3和第一鏡框2的配合螺紋，將第一軸向約束壓圈3旋入第一 鏡框2,直至第一軸向緩沖圈4與第一紅外光學透鏡1壓緊。第一鏡框2徑向有8個注膠 孔，通過該注膠孔注入硅橡膠，生成厚度等于第一紅外光學透鏡1外徑半徑與第一鏡框2內 徑半徑之差的8個第一徑向膠斑5。以上完成第一透鏡組件裝配。重復以上步驟對第二紅 外光學透鏡6、第二鏡框7、第二軸向約束壓圈8、第二軸向緩沖圈9,第二徑向膠斑10進行 操作，完成第二透鏡組件裝配。第一透鏡組件和第二透鏡組件分別通過螺釘12與鏡筒11 螺接完成整個結構裝配。
[0019] 為保證低溫環境下，由于熱脹冷縮造成的鏡框收縮量大于光學透鏡收縮量，為避 免該熱失配造成光學透鏡面形收到熱應力影響，需通過各鏡框上的8個注膠孔注入硅橡 膠，生成特定厚度膠斑，起到徑向支撐及熱卸載作用。圖1中厚度滿足以下公式：
[0020]Ti=nX(aK1-aJ：)XATXR^
[0021]aK1是第一鏡框2材料的熱膨脹系數，a是第一紅外光學透鏡1材料的熱膨脹 系數，AT是常溫與該低溫鏡頭工作溫度之差，是第一紅外光學透鏡1的半徑。n是經驗 值，一般取15-20,但一般不超過0. 5mm。T2計算原理相同。
[0022] 對于光學輸入條件給定的低溫環境下第一紅外光學透鏡1和第二紅外光學透鏡6 的頂點間距LD，需要確定常溫環境第一紅外光學透鏡1和第二紅外光學透鏡6的頂點間距 Lc，其滿足以下公式：
[0023]
[0024]aK是第一鏡框2、第二鏡框7、鏡筒11材料的熱膨脹系數，an和a12分別是第一 紅外光學透鏡1和第二紅外光學透鏡6材料的熱膨脹系數，AT是常溫與該低溫鏡頭工作 溫度之差，1^是第一紅外透鏡1后曲率中心頂點與第一鏡框2靠面的距離，L2是第二紅外 透鏡1前曲率中心頂點與第二鏡框2靠面的距離。根據該原理確定常溫環境下，兩個紅外 光學透鏡的頂點間距，依據該結果進行結構件加工及結構件、光學件的裝配，并在常溫環境 下檢測其值與Le的誤差，進以實現低溫環境下，兩個紅外光學透鏡的頂點間距與光學設計 值LD保持一致，并對其精度進行評估，以此保證低溫光學系統結構參數的準確，進以保證其 成像質量。
[0025] 本發明未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【主權項】
1. 一種紅外低溫鏡頭結構，其特征在于：包括第一透鏡組件、第二透鏡組件、鏡筒（11) 和安裝螺釘；第一透鏡組件包括第一紅外光學透鏡（1)、第一鏡框（2)、第一軸向約束壓圈 (3)、第一軸向緩沖圈（4);第二透鏡組件包括第二紅外光學透鏡化）、第二鏡框（7)、第二軸 向約束壓圈（8)、第二軸向緩沖圈巧）； 第一紅外光學透鏡（1)安裝于第一鏡框（2)內，安裝時保證兩者徑向間隙在整圓周均 勻一致；第一軸向約束壓圈（3)設計有內陷凹槽，第一軸向緩沖圈（4)置于內陷凹槽內；第 一軸向約束壓圈（3)通過第一軸向約束壓圈（3)和第一鏡框（2)之間的配合螺紋旋入第 一鏡框似，直至第一軸向緩沖圈（4)與第一紅外光學透鏡（1)壓緊；第一鏡框似徑向有 8個注膠孔，通過該注膠孔注入娃橡膠，生成厚度等于第一紅外光學透鏡（1)外徑半徑與第 一鏡框（2)內徑半徑之差的8個徑向膠斑；W上完成第一透鏡組件裝配。 第二紅外光學透鏡（6)安裝于第二鏡框（7)內，安裝時保證兩者徑向間隙在整圓周均 勻一致；第二軸向約束壓圈（8)設計有內陷凹槽，第二軸向緩沖圈（9)置于內陷凹槽內；第 二軸向約束壓圈（8)通過第二軸向約束壓圈（8)和第二鏡框（7)之間的配合螺紋旋入第 二鏡框（7)，直至第二軸向緩沖圈（9)與第二紅外光學透鏡似壓緊；第二鏡框（7)徑向有 8個注膠孔，通過該注膠孔注入娃橡膠，生成厚度等于第二紅外光學透鏡（2)外徑半徑與第 二鏡框（7)內徑半徑之差的8個徑向膠斑； 第一透鏡組件和第二透鏡組件分別通過螺釘與鏡筒（11)螺接完成整個結構裝配。2. 根據權利要求1所述的一種紅外低溫鏡頭結構，其特征在于：所述徑向膠斑厚度T 滿足W下公式： T = nX(曰K1-曰J1) X ATXRji; 其中aK1是第一鏡框（2)材料的熱膨脹系數，aW是紅外光學透鏡材料的熱膨脹系數，AT是常溫與該低溫鏡頭工作溫度之差，Rw是紅外光學透鏡的半徑；n為經驗值。3. 根據權利要求1所述的一種紅外低溫鏡頭結構，其特征在于：第一紅外光學透鏡（1) 和第二紅外光學透鏡化）的頂點間距L。滿足W下公式：其中aK是第一鏡框（2)、第二鏡框（7)、鏡筒（11)材料的熱膨脹系數，a^和aJ2分 別是第一紅外光學透鏡（1)和第二紅外光學透鏡（6)材料的熱膨脹系數，at是常溫與該 低溫鏡頭工作溫度之差，Li是第一紅外透鏡（1)后曲率中屯、頂點與第一鏡框（2)靠面的距 離，L2是第二紅外透鏡（1)前曲率中屯、頂點與第二鏡框（2)靠面的距離。
【專利摘要】一種紅外低溫鏡頭，該結構形式適用于透射式光學鏡頭在低溫環境使用的情況，旨在解決由于溫度變化導致光學元件的各面面形受鏡框熱應力影響而變差，同時各光學透鏡軸向頂點間距伴隨溫度變化不易與設計保持一致的問題。該紅外低溫鏡頭結構由紅外光學透鏡、鏡框、軸向約束壓圈、軸向緩沖圈、徑向膠斑、鏡筒和螺釘組成。由于其能夠在低溫環境下保證各光學透鏡工作面面形不受熱應力影響，并保證各光學透鏡頂點間距與低溫光學輸入要求保持一致，因此該低溫鏡頭在低溫環境下成像質量優異。
【IPC分類】G02B7/02
【公開號】CN105005132
【申請號】CN201510357944
【發明人】谷振宇, 彭宏剛, 張祝偉, 劉義良, 王彬, 練敏隆, 劉川, 晉利兵
【申請人】北京空間機電研究所
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月25日