专利名称：温度变化自动补偿航空相机镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航空相机镜头，特别是一种温度变化自动补偿航空相机镜头。
背景技术：
航空成像相机镜头一般都是工作在温度范围很宽的环境中，受温度变化的影响， 使得相机镜头参数(折射率、间隔、曲率半径等)发生变化，从而造成图像模糊，极大地影响 高分辨率成像，进而影响监测效果。因此，在设计高空环境中使用的航空相机镜头时必须重 点考虑温度变化对相机镜头性能的影响，进行相应的热补偿设计或进行调焦设计。目前国内外的航空相机镜头在高空工作时为了保证成像质量，经常使用的办法是 采用主动式调焦和温控两种方法实现。采用主动调焦通常需要机电调焦组件，系统结构复 杂，可靠性低，成像清晰得不到保证。采用温控措施，成像可以保证，但整个系统往往非常庞 大，增加了整个光学载荷的体积和重量，同时也增加了成本，不仅如此，它还与飞行器平台 对光学有效载荷轻量化，小型化的目标要求不符。所以，现有的航空相机镜头结构复杂、庞 大。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种结构简单、小巧轻便的工作温度范围宽 的温度变化自动补偿航空相机镜头。一种温度变化自动补偿航空相机镜头，包括含有9块透镜的前组透镜、后组透镜、 光阑和滤光片，其特征在于前组透镜中的第三块透镜和第六块透镜为CaF2材料制成的透 镜，前组中第八块透镜为NFK5材料制成的透镜，光阑设置在前组与后组透镜中部。显然，本发明的目的是利用自动温度补偿原理，通过加入适当的温度折射率为负 的光学材料，利用材料的特性自我调节补偿实现的。即前组透镜中的第三块透镜和第六块 透镜采用CaF2材料制成的透镜，第八块透镜采用NFK5材料制成的透镜，CaF2和NFK5材料 制成的透镜与普通玻璃材料相反，其温度折射率系数为负，所以，能根据温度的变化自动调 节补偿，而无需任何机电调焦部件和温控装置。为使后组透镜也能自我调节补偿，也可根据 需要采用若干温度折射率系数为负的玻璃材料制成的透镜。本发明不仅具有结构简单、小 巧轻便、工作温度范围宽等优点，还具有可靠性高、能高分辨率成像、能获取高质量的清晰 图像且成本低廉的优点，是一种质优价廉航空相机镜头。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明实施例的+20°C传递函数图，图3是本发明实施例的-40°C传递函数图，图4是本发明实施例的+60°C传递函数图，图5是本发明实施例的-40 °C畸变、场曲、球差曲线图。
图中负弯月形透镜1、正弯月形透镜2、正弯月形透镜3、双凸透镜4、双凹透镜5、 正弯月形透镜6、负弯月形透镜7、正弯月形透镜8、负弯月形透镜9、光阑10、双凸透镜11、 负弯月形透镜12、负弯月形透镜13、负弯月形透镜14、双凸透镜15、负弯月形透镜16、双凸 透镜17、平面镜18。
具体实施例方式以下结合附图和实施例进行详述图1是本发明的一种温度变化自动补偿航空相机镜头。主要包括含有9块透镜 的前组透镜、后组透镜、光阑10和滤光片18，其要点是前组透镜中的第三块透镜3和第六 块透镜6为CaF2材料制成的透镜，第八块透镜8为NFK5材料制成的透镜。光阑10设置在 前组与后组透镜中部。也就是前组透镜中的第三块透镜3和第六块透镜6采用CaF2材料 制成，第八块透镜8采用NFK5材料制成，光阑10设置在前组与后组透镜中部。为使后组透镜也能根据温度的变化自动补偿，并变图1中的后组透镜含有7块透 镜，其中的第六块透镜16为NFK5材料制成的透镜，即后组透镜的第六块透镜16采用NFK5 材料制成。为了确保成像质量，图中的9块前组透镜1 9依次为ZK5、NSK15、CaF2、NBAK4、 NSFl、CaF2、BK7、NFK5、NLAF21材料制成的透镜，7块后组透镜11 17依次为NSF1、NBAK4、 NSFl、BK7、NSFl、NFK5、BK7材料制成透镜，光阑10为钢材料制成的光阑，滤光片18为ZK5 材料制成滤光片；即其余的前组透镜1、2、4、5、7、9依次采用ZK5、NSK15、NBAK4、NSF1、BK7、 NLAF21材料制成，其余的后组透镜11、12、13、14、15、17依次采用NSFl、NBAK4、NSFl、BK7、 NSF1、BK7材料制成，光阑(10)采用钢材料制成，滤光片(18)采用ZK5材料制成。为了确保自动补偿不影响成像质量，并使镜头更加小巧严谨，图中的九块前组透 镜依次为负弯月形透镜1、正弯月形透镜2、正弯月形透镜3、双凸透镜4、双凹透镜5、正弯月 形透镜6、负弯月形透镜7、正弯月形透镜8、负弯月形透镜9，七块后组透镜依次为双凸透镜 11、负弯月形透镜12、负弯月形透镜13、负弯月形透镜14、双凸透镜15、负弯月形透镜16、双 凸透镜17。也就是前组透镜依次由负弯月形透镜1、正弯月形透镜2、正弯月形透镜3、双凸 透镜4、双凹透镜5、正弯月形透镜6、负弯月形透镜7、正弯月形透镜8、负弯月形透镜9构 成，后组透镜依次由双凸透镜11、负弯月形透镜12、负弯月形透镜13、负弯月形透镜14、双 凸透镜15、负弯月形透镜16、双凸透镜17构成。综上所述，本发明是通过温度变化光学镜 头自动补偿原理，利用每种光学材料折射率温度系数(β = dn/dt)有正有负不同，选择合 适的材料组合来达到消热差和消色差的目的。根据光学镜头自动补偿原理，系统透镜的光 焦度必须满足光焦度不变、消热差、消色差三个基本方程，表示如下
权利要求
一种温度变化自动补偿航空相机镜头，包括含有9块透镜的前组透镜、后组透镜、光阑(10)和滤光片(18)，其特征在于前组透镜中的第三块透镜(3)和第六块透镜(6)为CaF2材料制成的透镜，第八块透镜(8)为NFK5材料制成的透镜，光阑(10)设置在前组与后组透镜中部。
2.根据权利要求1所述的温度变化自动补偿航空相机镜头，其特征在于后组透镜含 有7块透镜，其中的第六块透镜(16)为NFK5材料制成的透镜。
3.根据权利要求2所述的温度变化自动补偿航空相机镜头，其特征在于其余的前组 透镜(1、2、4、5、7、9)依次采用 ZK5、NSK15、NBAK4、NSF1、BK7、NLAF21 材料制成，其余的 7 块 后组透镜(11 15、17)依次采用NSFU NBAK4、NSFU BK7、NSFU BK7材料制成，光阑(10) 采用钢材料制成，滤光片(18)采用ZK5材料制成。
4.根据权利要求2或3所述的温度变化自动补偿航空相机镜头，其特征在于前组透 镜依次由负弯月形透镜(1)、正弯月形透镜(2)、正弯月形透镜(3)、双凸透镜(4)、双凹透镜 (5)、正弯月形透镜(6)、负弯月形透镜(7)、正弯月形透镜(8)、负弯月形透镜(9)构成，后组 透镜依次由双凸透镜(11)、负弯月形透镜(12)、负弯月形透镜(13)、负弯月形透镜(14)、双 凸透镜(15)、负弯月形透镜(16)、双凸透镜(17)构成。
5.根据权利要求4所述的温度变化自动补偿航空相机镜头，其特征在于焦距750mm， 光学视场为5. 5°，在60线对时，MTF彡0.5，全视场畸变< 1 %，波段430nm 750nm，空间 分辨率达10cm，F数达到5. 6。
6.根据权利要求1所述的温度变化自动补偿航空相机镜头，其特征在于前组透镜依 次由负弯月形透镜(1)、正弯月形透镜(2)、正弯月形透镜(3)、双凸透镜(4)、双凹透镜(5)、 正弯月形透镜(6)、负弯月形透镜(7)、正弯月形透镜(8)、负弯月形透镜(9)构成，后组透镜 依次由双凸透镜(11)、负弯月形透镜(12)、负弯月形透镜(13)、负弯月形透镜(14)、双凸透 镜(15)、负弯月形透镜(16)、双凸透镜(17)构成。
7.根据权利要求6所述的温度变化自动补偿航空相机镜头，其特征在于焦距750mm， 光学视场为5. 5°，在60线对时，MTF彡0. 5，全视场畸变< 1 %，波段430nm 750nm，空间 分辨率达10cm，F数达到5. 6。
全文摘要
本发明涉及一种航空相机镜头，特别是一种温度变化自动补偿航空相机镜头。包括含有九块透镜的前组透镜、后组透镜、光阑和滤光片，其特征在于前组透镜中的第三块透镜和第六块透镜为CaF2材料制成的透镜，第八块透镜为NFK5材料制成的透镜，光阑设置在前组与后组透镜中部。所以，无需任何机电调焦部件和温控装置，不仅具有结构简单、小巧轻便、工作温度范围宽等优点，还具有可靠性高、能高分辨率成像、能获取高质量的清晰图像且成本低廉的优点，是一种质优价廉航空相机镜头。
文档编号G02B13/00GK101980064SQ20101050178
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月9日 优先权日2010年10月9日
发明者李勇, 程晓薇, 邵杰, 金伟民, 钱义先 申请人:浙江师范大学