CN103400605B - 一种弹出式遮光罩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弹出式遮光罩，包括多个套筒、多个连接基板、多个可伸缩折叠梁和多个弹簧组件，各节套筒的直径依次减小，安装时处于收缩状态，工作时在短时间内弹出成要求的形状。弹出后的遮光罩能够较好地阻挡外界杂散光进入光学系统，提高光学系统的成像质量，满足空间光学系统的使用要求。本发明大大减小了遮光罩的原始体积，使用弹性应变能的自展开方式，结构简单、能够自展开，并且有较好的运动稳定性和较高的展开精度。

Description

一种弹出式遮光罩

技术领域

本发明属于光学系统遮光罩设计领域，具体涉及一种弹出式遮光罩。

背景技术

遮光罩是光学系统的一个重要组成部分，是系统对杂散光进行抑制的常规措施，用于遮挡视场外的光束进入光学系统，减小杂散光对系统成像的危害，从而提高系统成像的质量。

传统遮光罩的直径和长度都是固定的，即为固定尺寸遮光罩，这种遮光罩的设计方法均已相当成熟，主要有圆柱状和锥状两种，大都采用的是光线追迹的几何方法来设计遮光罩的尺寸和挡光环的位置等。目前也有一些新型的遮光罩的出现，比如通过改变挡光环的形状、遮光罩内壁的面形等来提高遮光罩的遮光能力。

另外，空间光学系统的发展促使了遮光罩由固定尺寸遮光罩向可展开式遮光罩发展，可展开式遮光罩是一个较新的研究方向。目前，对可展式结构理论的研究和应用已有近四十年的时间，出现了多种多样的展开方式，轴向展开和径向展开，或者是轴向和径向同时展开，由于空间光学系统的使用环境恶劣，而且有多种无法准确预测的因素存在，这就要求其遮光罩等结构有较好的稳定性，在满足使用要求的情况下，尽量简化结构，对于可展开遮光罩，采用无源驱动的设计更加能够增强其使用的稳定性，即能够完成自展开。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可伸缩的遮光罩，减小传统遮光罩的体积，简化可展开遮光罩的结构，并提高其展开的可靠性。

根据本发明，提供了一种弹出式遮光罩，其中包括多个套筒、八边形连接基板、可伸缩支撑梁和弹簧组件。该结构可以替代尺寸较大的传统遮光罩，具有较大的伸缩比和较高的稳定性。

所述弹出式遮光罩包括两个或两个以上的套筒及对应数量的连接基板，和多组弹出装置，所述两个或两个以上的套筒内径依次变小并依次套叠在一起，所述套筒底部均连接有连接基板，所述相互套叠在一起相邻的两个套筒底部的连接基板间布置有多组弹出装置。

所述的两个或两个以上的套筒均包括圆柱状薄壁结构的遮光筒1-1和连接环1-2，所述连接环1-2通过螺钉与其所对应的连接基板固定在一起。

所述套筒的内壁表面涂抹相应波段的消光漆，两个或两个以上的套筒长度均相同。

所述的连接基板中间有通孔2-1，通孔2-1直径与其对应的套筒的内径相等。

所述的连接基板的外轮廓为八边形，或者圆形，或者其它多边形，其底部有一环形凹槽2-2，与套筒的连接环1-2相对应。

所述的弹出装置包括可伸缩折叠梁3和弹簧组件4。

所述的可伸缩折叠梁3包括上梁3-1、中间梁3-2、下梁3-3和连接片3-4，所述的上梁3-1和下梁3-3的尺寸相同，两端均有销钉孔和1/4圆的特征，截面为长方形，处于收缩状态时两者的销钉孔上下对齐，分别位于中间梁3-2的上方和下方，中间梁3-2两端均有与上梁3-1和下梁3-3相同的销钉孔和1/4圆的特征，截面为长方形，三个梁通过连接片3-4使用销钉相连接。

所述的弹簧组件4为结构的弹出提供弹性力，包括四对小型板簧，上下对称分布，其中第一小型板簧4-1通过螺钉连接着连接基板2，并与第二小型板簧4-2通过销钉连接，第一小型板簧4-1和第二小型板簧4-2组成了一对小型板簧，八个小型板簧除了两端连接处外的尺寸一致，第一小型板簧4-1的两端分别有两个柱状孔，第二小型板簧4-2的两端分别有一个柱状孔，两者之间能够相互配合，并通过两端铰链连接在一起。

所述的小型板簧，包括第一圆弧a、第二圆弧b、第三圆弧c、直线d、螺纹孔e和铰链f，三段圆弧的半径不同，其中第二圆弧b最大，第一圆弧a为圆弧b与铰链f的过度圆弧，第三圆弧c为第二圆弧b与直线d之间的过度圆弧，铰链f是第一小型板簧4-1和第二小型板簧4-2相连接的部分。

本发明设计的是一种新型遮光罩——弹出式遮光罩，作为遮光罩的一个分支，采用的是套筒，利用弹簧组件的弹性应变能的自展开方式，无需额外的主动驱动，结构简单，便于控制，有较好的稳定性和展开精度，能够满足于空间光学系统在恶劣环境中的使用。

附图说明

图1为弹出式遮光罩在完全弹出后的结构图；

图2套筒的结构图；

图3为八边形连接基板的结构图；

图4为可伸缩折叠梁的展开形式；

图5为可伸缩折叠梁的收缩形式；

图6为弹簧组合的结构图；

图7为弹簧组合中小型板簧的结构图；

图8为弹出式遮光罩在收缩状态的结构图；

图9为普通遮光罩的结构示意图；

图10为弹出式遮光罩的结构示意图；

图11为普通遮光罩和弹出式遮光罩的PST比较图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描叙。

如图1所示，本发明的装置包括第一套筒1、第二套筒5、第三套筒6、第一八边形连接基板2、第二八边形连接基板7、第三八边形连接基板8、八个弹出装置，该弹出装置包括一个可伸缩折叠梁3和一个弹簧组件4。第一套筒1与第一八边形连接基板2通过螺钉相连接，第二套筒5与第二八边形连接基板7通过螺钉相连接，第三套筒6与第三八边形连接基板8通过螺钉相连接，第一八边形连接基板2与第二八边形连接基板7之间通过螺钉连接着四个可伸缩折叠梁3和四个弹簧组件4，第二八边形连接基板7与第三八边形连接基板8之间通过螺钉连接着四个可伸缩折叠梁3和四个弹簧组件4。

第一套筒1、第二套筒2和第三套筒3均为一种圆柱状薄壁结构，内壁表面为遮光罩的关键面，涂抹相应波段的消光漆。

第一套筒1采用轻质的材料制作，包括挡光筒1-1和连接环1-2两部分，挡光筒1-1的内径为D₁₁，外径为D₁₂，厚度为d₁，连接环1-2的内径等于挡光筒的内径D₁₁，外径为D₁₃。第二套筒2的挡光筒的内径为D₂₁，外径为D₂₂，厚度为d₂，连接环的内径等于挡光筒的内径D₂₁，外径为D₂₃。第三套筒3的挡光筒的内径为D₃₁，外径为D₃₂，厚度为d₃，连接环的内径等于挡光筒的内径D₃₁，外径为D₃₃。其中，d₁=d₂=d₃，D₁₂=D₁₁+d₁，D₂₂=D₂₁+d₂，D₃₂=D₃₁+d₃，D₁₁=D₂₂，D₂₁=D₃₂，D₁₃=D₂₃=D₃₃，三个套筒对应的连接环上对称分布四组螺纹孔1-4以及四组豁口与螺纹孔的组合1-3，每组螺纹孔1-4包括三个螺纹孔h、i、j，中间的螺纹孔i与八边形连接基板2通过螺钉相连接，豁口与螺纹孔的组合1-3包括一个豁口k和两个螺纹孔m、n，两个螺纹孔m、n与八边形连接基板2通过螺钉相连接。

三个八边形连接基板的外轮廓均为等边八边形，且三个八边形的边长相等，三者之间的差别在于与套筒相配合的圆环形凹槽结构的尺寸不同，下面以第一八边形连接基板为例详细说明。

第一八边形连接基板2采用刚度较大的材料，最外圈轮廓为一等边八边形，中间有一通孔2-2，直径为D_t，还有一个与其同心的圆环形凹槽2-1，该圆环形凹槽的内径等于通孔2-2直径的D_t，外径等于与其相对应的套筒1的连接环外径D₁₃，其中在凹槽2-1中对称分布着四个与套筒豁口k相对应的凸台2-3，在凸台2-3上有连接可伸缩折叠梁的销钉孔。有四组螺纹孔2-4分别对称分布在八边形连接基板2上，每组有三个螺纹孔，中间的螺纹孔与连接环通过螺钉相连接，亦有四组由两个螺纹孔组成的组合2-5对称分布在八边形连接基板2上，与连接环通过螺钉相连接，如图5所示。

弹出装置采用弹簧组件4作为核心部件，包括可伸缩折叠梁3和弹簧组件4，其中可伸缩折叠梁3是支撑部件，弹簧组件4为动力部件。

可伸缩折叠梁3采用刚度较大的材料，是连接第一八边形连接基板2和第二八边形连接基板7的关键部件，是一个组合结构，由上梁3-1、中间梁3-2、下梁3-3和连接片3-4组成，三个梁通过销钉和连接片3-4连接在一起，连接片3-4为一个矩形片状结构，片上有两个销钉孔，两销钉孔之间的距离为L，每个梁的两端都有一个1/4圆的特征，该圆的半径为R，其中L=2R，由此可以保证可伸缩折叠梁3展开过程中中间梁3-2与上梁3-1和下梁3-3始终接触，增强弹出过程的平稳性，完全展开后的梁可以在保证展开状态的情况下，同时承受较大的拉力和压力，从而实现自锁，如图6所示。上梁3-1一端通过销钉连接着八边形连接基板2，下梁3-3的一端通过销钉连接着八边形连接基板7，如图1所示。处于收缩状态时，上梁3-1上端的销钉孔和下梁3-3下端的销钉孔上下对齐，如图5所示。

弹簧组件4作为弹出装置的核心部件，为结构提供充足的动力和锁紧力，在压缩状态下，它会存储弹性应变能，在遮光罩弹出的过程中，将会把其存储的弹性应变能释放，从而使压缩状态的遮光罩顺利展开成所需要的形式，并且在遮光罩成功展开成工作状态时，该结构仍然有剩余的弹性应变能，且能配合可伸缩支撑梁实现结构的自锁。该组合结构由多个小型板簧通过铰链连接而成，两端分别连接在两个相邻的八边形连接基板上，共有8个这样的结构对称间隔分布在八边形的各个边上，如图1所示。

弹簧组件4是一个组合结构，由8个由弹簧材料做成的小型板簧组成，如图7所示，每个小型板簧的尺寸除两端连接处不同外均一致，包括第一圆弧a、第二圆弧b、第三圆弧c、直线d、螺纹孔e和铰链f，三段圆弧的半径不同，其中第二圆弧b最大，第一圆弧a为第二圆弧b与铰链f的过度圆弧，第三圆弧c为第二圆弧b与直线d之间的过度圆弧，销钉孔f是第一小型板簧4-1和第二小型板簧4-2相连接的部分。各个小型板簧之间通过螺钉或者金属压片连接，弹簧组件4的一端通过螺钉与第一八边形连接基板2相连，另一端与第二八边形连接基板7通过螺钉连接，收缩状态下，弹簧组件4可以完全收缩。

第三个连接基板8一面与四组可伸缩折叠梁和四组弹簧组件连接，另一面作为遮光罩的基座固定在光学系统中。

本发明安装在光学系统中，安装时，在三个八边形连接基板上设置固定装置，使其处于收缩状态，如图8所示；工作时，采用手动或电动的方式将固定装置分离，在短时间内弹出成展开的形式，如图1所示。具有结构简单、能够自展开的优点，连接基板和可伸缩折叠梁的使用使其有较好的运动稳定性和较高的展开精度。图9和图10分别为普通遮光罩和弹出式遮光罩的结构示意图，两者的遮光筒长度和通光孔径相同，区别在于前者的内径为一恒定的值，而后者的内径呈阶梯状变化，将像面设置在两个遮光罩的底部，用ASAP软件分析两者的遮光效果，如图11所示，两条曲线差别很小，30°时两者的PST（点源通过率）值均接近于零。弹出后的遮光罩能够较好地阻挡外界杂散光进入光学系统，提高光学系统的成像质量，满足光学系统的使用要求。

本发明中套筒的数量也可以为两个，或者四个或者五个，各个套筒的结构和连接方式与上述相同，不在赘述。连接板也可以采用圆环形，或者其它多边形结构，当然采用偶数多边形有利于弹出式遮光罩的稳定性和平衡性。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种弹出式遮光罩，其特征在于：包括两个以上的套筒及对应数量的连接基板，和多组弹出装置，所述两个以上的套筒内径依次变小并依次套叠在一起，所述套筒底部均连接有连接基板，所述相互套叠在一起相邻的两个套筒底部的连接基板间布置有多组弹出装置；

所述的两个以上的套筒均包括圆柱状薄壁结构的遮光筒(1-1)和连接环(1-2)，所述连接环(1-2)通过螺钉与其所对应的连接基板固定在一起；

套筒内壁表面涂抹相应波段的消光漆，两个以上的套筒长度均相同；

所述的连接基板中间有通孔(2-1)，通孔(2-1)直径与其对应的套筒的内径相等；

所述的连接基板的外轮廓为八边形，或者圆形，或者其它多边形，其底部有一环形凹槽(2-2)，与套筒的连接环(1-2)相对应；

所述的弹出装置包括可伸缩折叠梁(3)和弹簧组件(4)；

所述的可伸缩折叠梁(3)包括上梁(3-1)、中间梁(3-2)、下梁(3-3)和连接片(3-4)，所述的上梁(3-1)和下梁(3-3)的尺寸相同，两端均有销钉孔和1/4圆的特征，截面为长方形，处于收缩状态时两者的销钉孔上下对齐，分别位于中间梁(3-2)的上方和下方，中间梁(3-2)两端均有与上梁(3-1)和下梁(3-3)相同的销钉孔和1/4圆的特征，截面为长方形，三个梁通过连接片(3-4)使用销钉相连接；

所述的弹簧组件(4)为结构的弹出提供弹性力，包括四对小型板簧，上下对称分布，其中第一小型板簧(4-1)通过螺钉连接着连接基板(2)，并与第二小型板簧(4-2)通过销钉铰接，第一小型板簧(4-1)和第二小型板簧(4-2)组成了一对小型板簧，八个小型板簧除了两端连接处外的尺寸一致，第一小型板簧(4-1)的两端分别有两个柱状孔，第二小型板簧(4-2)的两端分别有一个柱状孔，两者之间能够相互配合，并通过两端销钉铰链连接在一起。

2.根据权利要求1所述的弹出式遮光罩，其特征在于：所述的小型板簧，包括第一圆弧(a)、第二圆弧(b)、第三圆弧(c)、直线(d)、螺纹孔(e)和铰链(f)，三段圆弧的半径不同，其中第二圆弧(b)最大，第一圆弧(a)为第二圆弧(b)与铰链(f)的过渡圆弧，第三圆弧(c)为第二圆弧(b)与直线(d)之间的过渡圆弧，铰链(f)是第一小型板簧(4-1)和第二小型板簧(4-2)相连接的部分。