一种长焦距相机温度调焦的结构及方法

1.本发明涉及相机调焦的结构及方法，具体涉及一种长焦距相机温度调焦的结构及方法。


背景技术：

2.在一般长焦距相机使用过程中，由于各种环境(温度、真空等)因素变化或者相机本身状态发生变化，需要依据实际情况实施焦面位置调整操作，以保证相机成像处于最佳焦面位置状态。当前长焦距相机调焦方法主要包括机械调焦方法、压电陶瓷调焦方法、镜面面形调整方法以及温度调焦方法。
3.在一般的温度调焦方法中，长焦相机一般使用较大温度系数的材料制作不同镜片(例如主镜、次镜)的支撑结构，并在支撑结构上加载控温措施，通过控温措施调节支撑结构的温度，使支撑结构产生形变，改变不同镜片之间的间距，从而达到调焦的目的。该方法具备一定的精度，调焦范围较小，但现有支撑结构体积较大，需要的控温功率也会比较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是解决现有技术中存在的现有支撑结构体积较大使得控温功率比较大的不足之处，而提供一种长焦距相机温度调焦的结构及方法。
5.为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：
6.一种长焦距相机温度调焦的结构，其特殊之处在于：包括同轴依次设置的热力环、隔热垫、次镜座外框以及主镜支撑；所述热力环的外侧面设置有控温装置和测温装置，用于控制热力环温度；所述次镜座外框远离隔热垫一端的中心轴线处设置有次镜镜片，次镜镜片沿周向均匀设置有多个次镜座辐条，次镜座辐条远离次镜镜片的一端与次镜座外框固定连接；所述次镜镜片为凸面镜，凸面朝向次镜座外框远离隔热垫的一侧；所述次镜座外框的一端与主镜支撑刚性连接，另一端通过隔热垫与热力环刚性连接，通过热力环沿径向热胀冷缩带动次镜座外框的另一端沿径向扩张或收缩，从而使次镜座辐条带动次镜镜片沿其轴线移动；所述主镜支撑远离次镜座外框的一端设置主镜镜片，主镜镜片为凹面镜，凹面朝向次镜镜片的方向，主镜镜片的中心轴线处开设有通孔。
7.进一步地，所述次镜座辐条为扁辐条，扁辐条的宽边与次镜座外框的高度同向设置，扁辐条的一端端面连接次镜座外框，另一端靠近主镜镜片的角部连接次镜镜片。
8.进一步地，所述扁辐条的宽度与次镜座外框的高度相同。
9.进一步地，所述次镜座外框另一端、隔热垫和所述热力环通过多个高热阻材料螺栓连接固定。
10.进一步地，所述控温装置采用加热片，沿热力环周向均匀设置；有利于热力环温度均匀变化。
11.进一步地，所述隔热垫、次镜座外框、主镜支撑、次镜镜片及主镜镜片都设置有温控装置。
12.进一步地，所述次镜座外框靠近主镜支撑的一端和主镜支撑通过承力筒固定连接。
13.同时，还提供一种长焦距相机温度调焦的方法，基于上述的一种长焦距相机温度调焦的结构，其特殊之处在于：通过测温装置测定热力环温度，根据热力环温度与焦面位置移动量的对应关系，控制控温装置调整热力环温度，使得热力环沿径向热胀冷缩，并带动次镜座外框的一端扩张或收缩，从而使次镜片位置移动，调整至最佳焦面位置。
14.进一步地，所述热力环温度与焦面位置移动量的对应关系通过标定获得，标定步骤具体为：
15.s1.当热力环温度与次镜座外框温度一致时，调整相机至最佳焦面位置，并设定当前焦面位置为零位；
16.s2.按照1℃的步长调整热力环温度，在热力环工作温度区间，从最低温度到最高温度依次调整，记录在每个热力环温度状态下相机的最佳焦面位置情况，据此建立热力环1温度与焦面位置移动量的对应关系。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.1.本发明在次镜座外框的一端设置热力环，次镜座外框与热力环刚性连接，次镜座外框的另一端与主镜座外框刚性连接，通过调整热力环温度，利用热力环沿径向的热胀冷缩带动次镜座外框的一端扩张或收缩，通过次镜座辐条改变次镜镜片的位置，从而使次镜镜片和主镜镜片的距离发生改变，实现温度调焦，结构简单；本发明仅需要对热力环进行温度控制，所需控温装置功率小，结构响应速度快、对相机其他部位的影响较小；设置的隔热垫防止热力环温度作用到次镜座外框使其受热变形。
19.2.本发明中设置的次镜座辐条的两端分别连接次镜座外框和次镜镜片，次镜座外框靠近热力环的一端因收缩或扩张产生小距离运动，次镜座辐条的长度对其运动距离具有一定的放大作用，使得次镜镜片的移动距离相对次镜座外框的运动距离有所增加，因此，通过热力环产生的较小形变量，可以使次镜镜片具有较大的移动量，满足相机调焦结构非常小时的调焦要求，在有限空间中，实现更大范围的温度调焦。
20.3.本发明中的次镜座辐条采用扁辐条，扁辐条的宽边与次镜座外框的高度同向设置，保证热力环在收缩时，次镜镜片向靠近主镜镜片的方向移动，热力环膨胀时，次镜镜片向远离主镜镜片的方向移动；扁辐条的宽度与次镜座外框的高度相同，使其连接更加稳固。
21.4.本发明调焦过程中热力环和次镜座外框的运动量比较小，且次镜座外框的收缩和扩张为弹性形变，恢复性好，整体装置性能可以长期保持稳定，在初期标定后，后期使用能够保证良好的重复性。
22.5.本发明通过电加热进行调焦，过程控制方便，使用的控温装置功率也比较小，对于空间使用的相机有较好的适应性；本装置通用性强，可以根据不同尺寸要求进行调整，成本较低。
附图说明
23.图1是本发明实施例中相机光学镜头的结构示意图；
24.图2是本发明实施例中相机光学镜头的光路示意图；
25.图3是本发明实施例中的热力环和次镜座外框的工作原理示意图；
26.附图标记说明：
27.1-热力环，2-隔热垫，3-次镜座外框，4-主镜支撑，5-次镜座辐条，6-次镜镜片，7-主镜镜片。
具体实施方式
28.以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述。
29.本发明的一种长焦距相机温度调焦的结构，如图1至图2所示，包括依次同轴设置的热力环1、隔热垫2、次镜座外框3以及主镜支撑4；热力环1的外侧面设置有控温装置和测温装置，用于对热力环1温度进行控制；次镜座外框3远离隔热垫2一端的中心轴线处设置有次镜镜片6，次镜镜片6沿周向均匀设置有四个次镜座辐条5，次镜座辐条5为扁辐条，扁辐条的宽度与次镜座外框3的高度相同，扁辐条的宽边与次镜座外框3的高度同向设置，扁辐条的一端端面连接次镜座外框3，另一端靠近主镜镜片7的角部连接次镜镜片6；次镜镜片6为凸面镜，凸面朝向次镜座外框3远离隔热垫2的一侧；所述主镜支撑4远离次镜座外框3的一端设置主镜镜片7，主镜镜片7为凹面镜，凹面朝向次镜镜片6的方向，主镜镜片7的中心轴线处开设有通孔；所述次镜座外框3靠近主镜支撑4的一端和主镜支撑4通过承力筒固定连接，次镜座外框3另一端、隔热垫2和所述热力环1通过多个高热阻材料螺栓固定连接，确保为刚性连接。隔热垫2、次镜座外框3、主镜支撑4、次镜镜片6及主镜镜片7均设置有温控装置。
30.在使用时，光路经主镜镜片7四周反射至次镜镜片6，再经由次镜镜片6反射穿过主镜镜片7的通孔，如图2中虚线所示。
31.在实际应用中，对隔热垫2、次镜座外框3、主镜支撑4、次镜镜片6及主镜镜片7都实施精密温控，保证其在工作中温度能够保持不变，从而保证整个光学系统的稳定性。次镜座外框3及次镜座辐条5采用热膨胀系数较低的材料，防止次镜座因外部热环境变化而变形；同时，次镜座外框3与热力环1之间设置有隔热垫2，防止热力环1上温度变化对次镜座外框3产生影响。热力环1采用热膨胀系数较大、比热容较小的材料，以提高温度控制的灵敏度及响应速度，本实施例优选的材料为紫铜或者铝合金。热力环1上设置的控温装置的温度调节范围可以达到次镜座外框3温度的
±
10℃以内，温度调节精度为
±
0.5℃，所述次镜座外框3温度通常为
±
2℃。
32.本发明温度调焦的原理为：通过控温装置降低热力环1温度时，热力环1沿径向收缩，如图3所示，由于热力环1通过螺栓与次镜座外框3上端固定连接，因此热力环1收缩时带动次镜座外框3上端收缩；次镜座外框3的下端与主镜支撑4通过承力筒固定连接，而主镜支撑4本身温度不变，结构不会发生变形，使得次镜座外框3的下端位置被限制，因此，在热力环1沿径向收缩时，次镜座外框3上端会收缩，并产生朝向下端方向的力，使次镜镜片6在次镜座辐条5的带动下向下移动，实现次镜镜片6与主镜镜片7间的距离减小；反之，通过控温装置升高热力环1温度时，次镜镜片6与主镜镜片7间的距离增加，从而达到焦面位置调整的目的。
33.在调焦过程中，虽然热力环1本身受热变形量有限，但是由于次镜座辐条5有一定长度，具有一定的放大作用，使次镜产生的位移能够保证在一定范围，满足使用需求。
34.由于热力环1变形量无法量化，相机在使用之前需进行温度调焦标定，明确在每一个温度状态时相机焦面位置。在后期相机正常工作时，通过热力环1上的温度测量情况确定
焦面位置情况，本发明的标定过程包括以下步骤：
35.s1.当热力环1温度与次镜座外框3温度一致时，调整相机至最佳焦面位置，并设定当前焦面位置为零位；
36.s2.按照1℃的步长调整热力环1温度，在热力环1工作温度区间，从最低温度到最高温度依次调整，记录在每个热力环1温度状态下相机的最佳焦面位置情况，据此建立热力环1温度与焦面位置移动量的对应关系(μm/℃)。
37.在使用过程中，当相机在轨工作因某些因素出现离焦时，依据上述标定结果的热力环1温度与焦面位置移动量的对应关系改变热力环1温度，调整相机回到最佳焦面位置。