[发明专利]一种具有焦距补偿能力的焦面结构

说明书

本发明公开了一种具有焦距补偿能力的焦面结构，包括：上层安装基板、温度主补偿过渡件、下层安装基板和垫片；其中，成像组件与上层安装基板的上部相连接，上层安装基板和温度主补偿过渡件上表面连接，温度主补偿过渡件下表面和下层安装基板连接，下层安装基板通过垫片与镜头组件相连接。本发明通过该焦面补偿结构不同热膨胀系数匹配引起的焦面位置变化，实现焦距补偿，提高相机设计小型化和可靠性。

技术领域

本发明属于可见光及红外光学相机的光学系统技术领域，尤其涉及一种具有焦距补偿能力的焦面结构。

背景技术

可见光及红外光学相机的光学系统随温度变化，一般焦距也发生变化。尤其红外光学系统光学材料温度折射率系数和热膨胀系数大，如硅(Si)材料温度折射率系数160×10^-6和热膨胀系数4.2×10^-6，温度变化对焦距变化影响较大，通常光学系统需采用无热化设计或具有机械调焦装置。

如果光学系统复杂、设计难道较大，不能采用无热化设计实现宽温度范围适应性，则需要采用机械调焦装置，调节某一片或一组光学元件、或者调节焦面到镜头后截面的距离补偿焦距的变化，使焦面位置在系统最小焦深内，保证较佳的成像质量。调焦系统需要引入电机、调焦结构、电子学控制等部分，导致系统复杂度增加，可靠性降低，且体积、功耗增加。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对短焦距透射式光学相机温度变化导致系统焦距变化，进而其焦距发生变化导致像质下降，提供了一种具有焦距补偿能力的焦面结构，通过该焦面补偿结构不同热膨胀系数匹配实现焦距补偿，拓展光学相机宽温度范围工作能力，提高相机设计小型化和可靠性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种具有焦距补偿能力的焦面结构，包括：上层安装基板、温度主补偿过渡件、下层安装基板、垫片和镜头组件；其中，成像探测器组件与上层安装基板的上部相连接，上层安装基板和温度主补偿过渡件上表面连接，温度主补偿过渡件下表面和下层安装基板连接，下层安装基板通过垫片与镜头组件的法兰相连接。

上述具有焦距补偿能力的焦面结构中，所述镜头组件的镜头为透射式镜头，所述镜头光轴通过成像探测器的中心。

上述具有焦距补偿能力的焦面结构中，镜头组件最后一片光学镜片出光口径Φ_光学，Φ₃为下层安装基板的内圆直径，Φ₂₂为温度主补偿过渡件和下层安装基板连接处内圆直径，Φ₂₁为温度主补偿过渡件和上层安装基板连接处内圆直径，Φ₁为上层安装基板内部方形槽对角线长度，Φ_焦面为成像探测器对角线长度。尺寸约束关系为

上述具有焦距补偿能力的焦面结构中，在温度为T时，镜头的后截距为L，上层安装基板上表面到成像探测器表面距离为l₁，上层安装基板厚度为d₁，温度主补偿过渡件长度为D₂，温度主补偿过渡件沿光轴方向厚度d₂，下层安装基板厚度为d₃，垫片厚度设计值为d₄，精细修磨装调后垫片厚度为d'₄，镜头组件法兰表面到镜头组件最后一片光学镜片顶点距离为l₂。则在温度为T时，L、l₁、d₁、 d₂、d₃、d'₄和l₂约束关系为：

L＝l₁+d₁+d₂+d₃+d'₄-l₂

其中，

上述具有焦距补偿能力的焦面结构中，所述上层安装基板为圆片，圆片的内部开设有方形槽，方形槽的中心与圆片的中心重合。