CN107861215A - 一种具有放气结构的空间透射镜头 - Google Patents

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Abstract

一种具有放气结构的空间透射镜头，用于托框式透射光学镜头，如像方远心光学系统等。其特征为在透镜框、螺纹压环、压环和镜筒的特定位置留出方形槽，使空间光学镜头内部结构之间气流实现通路，只需要一个小放气孔即可满足放气要求，在轨使用时添加堵盖避免污染。本发明能够降低光学件污染的风险，也使热控实施更加方便有效，确保获取高成像质量。本发明尤其适用于高精度轻小型精密镜头。通过对镜筒、透镜框、螺纹压环和压环等组成零部件进行特殊的光机结构设计如方形槽，使空间光学镜头内气流实现通路。用于降低光学件污染的风险，方便热控实施，提高成像质量。

Description

一种具有放气结构的空间透射镜头
技术领域
本发明涉及一种具有放气结构的空间透射镜头，属于空间光学遥感领域。本发明可应用在不同大小的空间光学镜头上，尤其适用于高精度轻小型精密托框式光学透射镜头。
背景技术
采用透射式光学系统(如像方远心光学系统)来获取高像质图像的空间光学相机，对其透镜组件装调安装精度的要求非常严格。光学件直装这种安装精度低的结构形式不适用于空间光学相机，
目前，高精度的空间光学相机的透射镜头需采用托框式结构。该结构形式中使用压环固定各透镜部件，并使用粘接胶粘接。透镜与金属结构以及金属结构之间用粘接胶粘接，粘接胶内部存在各类气体及微小杂质，为了防止入轨后在真空环境中粘接胶放气污染镜面，所以需要对镜头抽真空，使粘接胶进行充分放气。
由于托框式结构使用压环固定各透镜部件，各个透镜部件间为密闭空间无法空气连通，需要在每两个透镜部件间的透镜筒上打一个放气孔用于给粘接胶放气；而存在放气孔众多可能造成在轨运行时光学件受到外界污染，从而产生影响像质的问题；也存在轻小型光学镜头的镜筒周向开有众多放气孔后，因尺寸面积受限及加强筋的设计等因素可能导致无合适大小的加热片粘贴或加热片布局无法圆周均布，影响热控实施，从而产生像移、离焦等问题，最终同样影响成像质量。因此需要对空间透射光学镜头的光机结构的常规放气方式方法进行改进，改善以上问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有结构形式的不足，设计一种具有放气结构的空间透射镜头，解决由于放气孔众多而产生的光学件受污染严重或热控实施效果受限最终影响成像质量等问题。
本发明的技术解决方案包括以下步骤：
一种具有放气结构的空间透射镜头，包括镜筒、压环、螺纹压环、透镜部件；
所述镜筒为阶梯筒，镜筒中段开有通气孔，周向均布有注胶孔，镜筒内壁为阶梯孔，与螺纹压环配合段为内螺纹，内壁其余部分为光孔；
所述压环为薄壁圆环；
所述螺纹压环为薄壁圆环，外壁有外螺纹，外螺纹尺寸和镜筒的内螺纹配合；
透镜部件的两端分别通过压环和螺纹压环固定，并通过螺纹压环的外螺纹与镜筒的内螺纹固定安装在镜筒内。
所述透镜部件包括透镜框、透镜压环和透镜；
所述透镜框周向布有镜框注胶孔，透镜框内壁为光孔，一端有台阶面；
所述透镜压环为薄壁圆环；
透镜一端安装在透镜框的台阶面上，另一端连接透镜压环，并通过透镜压环固定在透镜框。
所述镜筒外壁轴向距离最短的台阶段中部开有通气孔。
所述镜筒和透镜框的注胶孔数量计算公式为：
N＝[M×a÷J÷Q]，
其中，N取2或3的倍数，M为透射镜头质量，a为保证光机结构通过火箭发射进太空而不发生破坏所需的加速度，J为注胶孔用胶的抗拉强度，Q为实际尺寸位置约束下单个注胶孔圆形胶斑的设计面积。
所述压环、螺纹压环、透镜框和透镜压环的外壁轴向上均布有用于通气的方形槽。
所述压环的用于通气的方形槽深不超过薄壁圆环轴向厚度的1/2，槽宽1-2mm。
所述螺纹压环的用于通气的方形槽深不超螺纹压环壁厚的1/2，槽宽1-2mm。
所述透镜框用于通气的方形槽深不超过透镜框壁厚的1/3，槽宽大于槽深；2个用于通气的方形槽间有1至2个镜框注胶孔。
所述镜筒的注胶孔位置与透镜框的用于通气的方形槽位置没有接触；
所述透镜框与镜筒之间留有注胶间隙。
一种空间相机采用上述具有放气结构的空间透射镜头。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明通过在压环、透镜框和螺纹压环上开有方形槽，使透射镜头内腔空气连通，方便完成对粘接胶的放气工作；
2)本发明通过在镜筒壁开有一个放气孔，从而降低了在轨运行时光学件污染的风险，确保高成像质量；
3)本发明的放气孔开孔位置灵活，可在不便于粘贴加热片位置的镜筒壁上开孔，不占用加热片粘贴区域，便于热控实施(尤其是轻小型镜头)，避免因加热片粘贴位置无法在镜筒壁上圆周均布，从而使光学镜头变形不均匀，产生像移或离焦，导致图像模糊等问题。
附图说明
图1为本发明的轴向剖示图；
图2为压环示意图；
图3为螺纹压环示意图；
图4为透镜框示意图；
图5为放气示意图。
具体实施方式
如图1中所示，整个透射镜头结构包括镜筒1、压环4、螺纹压环2、透镜部件。其中透镜部件包括透镜框3、透镜压环5和透镜6。镜筒中有多个透镜部件。所述透镜框2周向布有镜框注胶孔，透镜框3外壁周向均布有用于通气的方形槽，透镜框3内壁为光孔，一端有台阶面；
所述透镜压环5为薄壁圆环径向方向上均布有用于通气的方形槽。
透镜6一端安装在透镜框3的台阶面上，另一端连接透镜压环5，并通过透镜压环5固定在透镜框3。
镜筒1为阶梯筒，镜筒1中段开有通孔，周向均布有圆形注胶孔，镜筒1内壁为阶梯孔，与螺纹压环2配合段为内螺纹，内壁其余部分为光孔，外壁轴向距离最短的台阶段中部开有通气孔；
如图2所示，压环4为薄壁圆环径向方向上均布有方形槽，方形槽深不超过压环4壁厚的1/2，槽宽1-2mm，方形槽的数量为6-8个；
如图3所示螺纹压环2为薄壁圆环，径向方向上均布有方形槽，方形槽深不超螺纹压环2壁厚的1/2，槽宽1-2mm，方形槽的数量为6-8个，螺纹压环2外壁有外螺纹，外螺纹尺寸和镜筒1的内螺纹配合，螺纹压环2内径大于透镜框3安装螺纹压环2段的外径；
透镜部件的两端分别固定压环4和螺纹压环2，按透镜部件尺寸从小到大依次装入镜筒1内，通过螺纹压环2的外螺纹与镜筒1的内螺纹固定。
如图4所示，透镜框3周向布有圆形注胶孔，透镜框3外壁周向均布有方形槽，方形槽深不超过透镜框壁厚的1/3，槽宽大于槽深；2个方形槽间有1至2个圆形注胶孔；
所述镜筒1的注胶孔位置与透镜框3的方形槽位置没有接触；
所述镜筒1和透镜框3的注胶孔数量N计算公式为：
N＝[M×a÷J÷Q]，
其中N取2或3的倍数，M为透射镜头质量，a为保证光机结构通过火箭发射进太空而不发生破坏所需的加速度；J为注胶孔用胶的抗拉强度；Q为实际尺寸位置约束下单个注胶孔圆形胶斑的设计面积。
通过螺纹压环2和压环4把透镜部件轴向固定到各镜筒台阶面上。如图5所示，镜筒1和透镜框3之间有一定距离的注胶间隙，可以使空气流通；螺纹压环2的方形槽，如图5所示，图中透镜组件左边的区域可以和上述提到的注胶间隙相连接；压环4的方形槽使得图中透镜组件右边的区域可以和上述提到的注胶间隙相连接。空间透射镜头安装注胶后，进行真空放气时，外部空气通过螺纹压环2与透镜框3的间隙和螺纹压环2的方形槽流入，再通过透镜框3方形槽的流入压环的方形槽，透镜框3和相邻的透镜框3之间有间隙，使空气在透镜部件之间流动，使得整个镜头内部所有透镜部件都实现区域气流畅通，不需要在镜筒1上打多个放气孔即可完成放气工作。如此，整个镜头内部所有透镜部件都实现区域气流畅通，实验室真空放气时仅需一个小放气孔即可完成放气。
为了使本发明结构更具有通用性，适用于不同尺寸大小的空间光学透射式镜头。将小放气孔安排至镜筒1的外壁相邻两台阶面轴向距离最短的台阶段中间位置，可以最大程度减少对热控实施贴加热片的干扰，避免温控方向不均匀等问题，从而满足轻小型镜头的使用要求。完成实验室真空放气后，在小放气孔处安装堵盖装置7，避免卫星入轨后羽流或复合材料放气等污染物通过小放气孔进入光学镜头，杜绝外部污染，确保成像质量和卫星的遥感应用。

Claims (10)

1.一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于，包括镜筒(1)、压环(4)、螺纹压环(2)、透镜部件；
所述镜筒(1)为阶梯筒，镜筒(1)中段开有通气孔，周向均布有注胶孔，镜筒(1)内壁为阶梯孔，与螺纹压环(2)配合段为内螺纹，内壁其余部分为光孔；
所述压环(4)为薄壁圆环；
所述螺纹压环(2)为薄壁圆环，外壁有外螺纹，外螺纹尺寸和镜筒(1)的内螺纹配合；
透镜部件的两端分别通过压环(4)和螺纹压环(2)固定，并通过螺纹压环(2)的外螺纹与镜筒(1)的内螺纹固定安装在镜筒(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述透镜部件包括透镜框(3)、透镜压环(5)和透镜(6)；
所述透镜框(3)周向布有镜框注胶孔，透镜框(3)内壁为光孔，一端有台阶面；
所述透镜压环(5)为薄壁圆环；
透镜(6)一端安装在透镜框(3)的台阶面上，另一端连接透镜压环(5)，并通过透镜压环(5)固定在透镜框(3)。
3.根据权利要求1所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述镜筒(1)外壁轴向距离最短的台阶段中部开有通气孔。
4.根据权利要求2所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述镜筒(1)和透镜框(3)的注胶孔数量计算公式为：
N＝[M×a÷J÷Q]，
其中，N取2或3的倍数，M为透射镜头质量，a为保证光机结构通过火箭发射进太空而不发生破坏所需的加速度，J为注胶孔用胶的抗拉强度，Q为实际尺寸位置约束下单个注胶孔圆形胶斑的设计面积。
5.根据权利要求2所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述压环(4)、螺纹压环(2)、透镜框(3)和透镜压环(5)的外壁轴向上均布有用于通气的方形槽。
6.根据权利要求5所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述压环(4)的用于通气的方形槽深不超过薄壁圆环轴向厚度的1/2，槽宽1-2mm。
7.根据权利要求5任意所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述螺纹压环(2)的用于通气的方形槽深不超螺纹压环(2)壁厚的1/2，槽宽1-2mm。
8.根据权利要求5所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：所述透镜框(3)用于通气的方形槽深不超过透镜框壁厚的1/3，槽宽大于槽深；2个用于通气的方形槽间有1至2个镜框注胶孔。
9.根据权利要求5所述的一种具有放气结构的空间透射镜头，其特征在于：
所述镜筒(1)的注胶孔位置与透镜框(3)的用于通气的方形槽位置没有接触；
所述透镜框(3)与镜筒(1)之间留有注胶间隙。
10.一种空间相机，其特征在于采用如权利要求1-9任意所述的透射镜头。
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