CN109639943A - 一种空间相机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相机，特别涉及一种空间相机，解决了外界微尘和挥发物会随着气流进入现有空间相机内部，导致现有空间相机性能损伤、降级使用甚或报废的技术问题。该空间相机包括光学系统以及连接在光学系统后端外侧的探测器组件；光学系统包括镜筒、设置在镜筒前端的前端组件以及设置在镜筒后端的后端组件；其特殊之处在于：还包括密封腔以及与密封腔连通的抽真空密封接口；密封腔由前端组件或后端组件与镜筒之间以及镜筒与探测器组件之间密封连接而成。本发明的空间相机可以应用在各类空间相机载荷中，也可以应用在其他飞行平台(飞机、汽艇等)的光学载荷中，具有较大的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种相机，特别涉及一种空间相机。
背景技术
目前，光学工程领域中，尤其是相关的航天领域光学载荷，空间相机要在地面上进行安装、存储、调试和环境试验考核等工作时，外界的微尘和挥发物会随着气流进入空间相机内部，附着在玻璃镜片和探测器表面，冷凝形成水雾和产生多余物，导致空间相机性能损伤、降级使用甚或报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种空间相机，以解决外界微尘和挥发物会随着气流进入现有空间相机内部，导致现有空间相机性能损伤、降级使用甚或报废的技术问题。
本发明所采用的技术方案是，一种空间相机，包括光学系统以及连接在光学系统后端外侧的探测器组件；所述光学系统包括镜筒、设置在镜筒前端的前端组件以及设置在镜筒后端的后端组件；其特殊之处在于：
还包括密封腔以及与密封腔连通的抽真空密封接口；
所述密封腔由前端组件与镜筒之间以及镜筒与探测器组件之间密封连接而成。
进一步地，所述前端组件包括自后向前依次设置的修研隔圈、前端镜片组件以及前端外压圈；
所述前端镜片组件包括前端镜框以及自后向前依次设置在前端镜框内的前端镜片和前端紧固压圈；
所述前端镜框后端面或外侧面设置有第一O形圈槽，所述第一O形圈槽内设置有第一O形圈；
所述前端镜片和前端镜框之间设置有第一密封剂；
所述前端外压圈和镜筒之间设置有第二密封剂。
进一步地，所述前端组件包括自后向前依次设置的修研隔圈、前端镜片组件、垫片以及前端外压圈；
所述前端镜片组件包括前端镜框以及自后向前依次设置在前端镜框内的前端镜片和前端紧固压圈；
所述前端镜框的前端面设置有第一O形圈槽，所述第一O形圈槽内设置有第一O形圈；
所述前端镜片和前端镜框之间设置有第一密封剂；
所述前端外压圈和镜筒之间设置有第二密封剂。
进一步地，所述前端组件包括自后向前依次设置的修研隔圈、前端镜片组件以及前端外压圈；
所述前端镜片组件包括前端镜框以及自后向前依次设置在前端镜框内的前端镜片和前端紧固压圈；
所述前端镜框的前端部外沿或后端部外沿设置有倒角；所述倒角与镜筒之间的空隙内设置有第一O形圈；
所述前端镜片和前端镜框之间设置有第一密封剂；
所述前端外压圈和镜筒之间设置有第二密封剂。
进一步地，所述前端组件包括自后向前依次设置的修研隔圈、前端镜片组件、密封玻璃以及前端外压圈；
所述前端镜片组件包括前端镜框以及自后向前依次设置在前端镜框内的前端镜片和前端紧固压圈；
所述前端镜框的前端面设置有第一O形圈槽，所述第一O形圈槽内设置有第一O形圈；
所述前端镜片和前端镜框之间设置有第一密封剂。
进一步地，所述镜筒与探测器组件之间通过第三O形圈密封连接。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种空间相机，包括光学系统以及连接在光学系统后端外侧的探测器组件；所述光学系统包括镜筒、设置在镜筒前端的前端组件以及设置在镜筒后端的后端组件；其特殊之处在于：
还包括密封腔以及与密封腔连通的抽真空密封接口；
所述密封腔由后端组件与镜筒之间以及镜筒与探测器组件之间密封连接而成。
进一步地，所述后端组件包括自后向前依次设置的后端镜片组件以及后端外压圈；
所述后端镜片组件包括后端镜框以及自后向前依次设置在后端镜框内的后端镜片和后端紧固压圈；
所述镜筒与后端镜框相配合的轴肩前端面或其内壁设置有第二O形圈槽，所述第二O形圈槽内设置有第二O形圈；
所述后端镜片与后端镜框之间设置有第三密封剂。
进一步地，所述后端组件包括自后向前依次设置的后端镜片组件以及后端外压圈；
所述后端镜片组件包括后端镜框以及自后向前依次设置在后端镜框内的后端镜片和后端紧固压圈；
所述后端镜框后端面或外侧面设置有第二O形圈槽，所述第二O形圈槽内设置有第二O形圈；
所述后端镜片与后端镜框之间设置有第三密封剂。
进一步地，所述后端组件包括自后向前依次设置的后端镜片组件以及后端外压圈；
所述后端镜片组件包括后端镜框以及自后向前依次设置在后端镜框内的后端镜片和后端紧固压圈；
所述后端镜框的前端部外沿或后端部外沿设置有倒角；所述倒角与镜筒之间的空隙内设置有第二O形圈；
所述后端镜片与后端镜框之间设置有第三密封剂。
本发明的空间相机，密封腔先抽真空；而后在室温条件下，充入1个标准大气压的洁净干燥性能稳定性气体，关闭抽真空密封接口。其在不同存储、试验以及工作条件下的密封防护原理为：
1.空间相机在地面存储和常规标定试验时，密封腔保持密封，这样既保证了光学镜头在地面试验时，玻璃镜片前后面都是1个标准大气压，镜片不会产生应力，也就不影响光学镜头像差，又可以杜绝外界的微尘和腐蚀性气体进入密封腔内部，影响空间相机性能。
2.空间相机在进行热真空环境试验时，将密封腔内的气体通过抽真空密封接口与相机整体同时抽真空，密封腔内外也没有压力差，不会引入新的像差，不影响空间相机的性能指标，不影响真空参数考核标定试验结果，在真空试验结束后，重新向密封腔充入1个标准大气压的洁净干燥气体，杜绝真空试验过程中可凝挥发物和微尘水汽进入空间相机成像部位。
3.空间相机随卫星短时间外场发射时，打开密封腔上的抽真空密封接口，密封腔内外均为1个标准大气压，由于密封腔内外气压相同，不会发生气流交换，加之卫星发射时，发射场地的天气要求都是晴好，温度适中，空气中的微尘也很少，空气湿度也不大，打开密封腔，不会影响空间相机的成像指标。
4.空间相机随卫星发射升空后直至进入轨道运行时，抽真空密封接口处于打开状态，随着卫星进入轨道，空间相机外界趋于真空，空间相机密封腔内气压高于外界气压，原先密封腔内的气体会单向从抽真空密封接口排出空间相机，直至密封腔气压与外界真空一致，完成真空排气功能，确保空间相机在轨工作正常。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的空间相机，其前端组件或后端组件与镜筒之间密封连接，镜筒与探测器组件之间密封连接，从而形成密封腔，可以杜绝外界微尘和挥发物会随着气流进入空间相机内部，进而也不会引起相机性能损伤、降级使用甚或报废的问题发生，相机工作可靠性更好；并且本发明的空间相机上设置有与密封腔连通的抽真空密封接口，通过该抽真空密封接口可以给密封腔充、放洁净干燥的气体，以使空间相机满足地面存储和常规标定试验、热真空环境试验、空间相机随卫星短时间外场发射、空间相机随卫星发射升空后直至进入轨道运行等存储、试验以及工作条件下的使用要求；因此，本发明解决了外界微尘和挥发物会随着气流进入现有空间相机内部，导致现有空间相机性能损伤、降级使用甚或报废的技术问题。本发明的空间相机没有改变常规空间相机设计结构形式，仅是在连接处采用密封连接方式，因而其增加的重量几乎可以忽略。
(2)本发明的空间相机，优选地前端组件内部各零部件之间以及前端组件与镜筒之间采用O形圈与密封剂组合的密封方式，其密封可靠，并且增加的质量几乎可以忽略；因而其不仅能满足密封要求，而且更能满足空间相机使用时对质量控制的要求。
(3)本发明的空间相机，优选地镜筒与探测器组件之间通过第三O形圈密封连接，其密封结构简单，密封可靠。
(4)本发明的空间相机，优选地后端组件内部各零部件之间以及后端组件与镜筒之间采用O形圈与密封剂组合的密封方式，其密封可靠，并且增加的质量几乎可以忽略；因而其不仅能满足密封要求，而且更能满足空间相机使用时对质量控制的要求。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中密封腔的结构示意图；
图3是本发明实施例中密封腔由前端组件与镜筒之间以及镜筒与探测器组件之间密封连接而成的结构示意图；
图4中(1)至(6)是本发明实施例中前端组件与镜筒之间密封连接的六种实施例的结构示意图；
图5是本发明实施例中密封腔由后端组件与镜筒之间以及镜筒与探测器组件之间密封连接而成的结构示意图；
图6中(a)至(f)是本发明实施例中后端组件与镜筒之间密封连接的六种实施例的结构示意图；
图7是本发明空间相机在地面存储和常规标定试验时，密封防护原理示意图；
图8是本发明空间相机在进行热真空环境试验时，密封防护原理示意图；
图9是本发明空间相机随卫星短时间外场发射时，密封防护原理示意图；
图10是本发明空间相机随卫星发射升空后直至进入轨道运行时，密封防护原理示意图；
图中各标号的说明如下：
1-光学系统，11-镜筒，111-轴肩前端面，12-前端组件，121-修研隔圈，122-前端镜片组件，1221-前端镜框，1222-前端镜片，1223-前端紧固压圈，123-前端外压圈，124-垫片，13-后端组件，131-后端镜片组件，1311-后端镜框，1312-后端镜片，1313-后端紧固压圈，132-后端外压圈，2-探测器组件，21-抽真空密封接口，3-密封腔，4-第三O形圈，01-第一O形圈，02-第一密封剂，03-第二密封剂，04-密封玻璃，05-第二O形圈，06-第三密封剂，07-微尘，08-水雾。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见图1和图2，本发明一种空间相机，其结构包括光学系统1、连接在光学系统1后端外侧的探测器组件2、密封腔3以及与密封腔3连通的抽真空密封接口21。光学系统1包括镜筒11、设置在镜筒11前端的前端组件12以及设置在镜筒11后端的后端组件13。
参见图3，在本实施例中，上述密封腔3由前端组件12与镜筒11之间以及镜筒11与探测器组件2之间密封连接而成，此时后端组件13与镜筒11之间不密封。本实施例中，上述镜筒11与探测器组件2之间通过第三O形圈4密封连接；上述抽真空密封接口21设置在探测器组件2上。
参见图4，前端组件12包括自后向前依次设置的修研隔圈121、前端镜片组件122以及前端外压圈123；前端镜片组件122包括前端镜框1221以及自后向前依次设置在前端镜框1221内的前端镜片1222和前端紧固压圈1223。前端紧固压圈1223与前端镜框1221之间螺纹连接，通过前端紧固压圈1223将前端镜片1222压紧；前端外压圈123与镜筒11之间螺纹连接，通过前端外压圈123将前端镜片组件122压紧。前端组件12与镜筒11之间的密封连接方式有如下六种：
1.参见图4中(1)，在前端镜框1221后端面设置有第一O形圈槽，第一O形圈槽内设置有第一O形圈01；前端镜片1222和前端镜框1221之间设置有第一密封剂02；前端外压圈123和镜筒11之间设置有第二密封剂03。
2.参见图4中(2)，在前端镜框1221外侧面设置有第一O形圈槽,第一O形圈槽内设置有第一O形圈01；前端镜片1222和前端镜框1221之间设置有第一密封剂02；前端外压圈123和镜筒11之间设置有第二密封剂03。
3.参见图4中(3)，在前端镜片组件122与前端外压圈123之间设置有垫片124；在前端镜框1221的前端面设置有第一O形圈槽，第一O形圈槽内设置有第一O形圈01；前端镜片1222和前端镜框1221之间设置有第一密封剂02；前端外压圈123和镜筒11之间设置有第二密封剂03。
4.参见图4中(4)，在前端镜框1221的前端部外沿设置有倒角，倒角与镜筒11之间的空隙内设置有第一O形圈01，前端镜片1222和前端镜框1221之间设置有第一密封剂02；前端外压圈123和镜筒11之间设置有第二密封剂03。
5.参见图4中(5)，在前端镜框1221的后端部外沿设置有倒角，倒角与镜筒11之间的空隙内设置有第一O形圈01，前端镜片1222和前端镜框1221之间设置有第一密封剂02；前端外压圈123和镜筒11之间设置有第二密封剂03。
6.参见图4中(6)，在前端镜片组件122与前端外压圈123之间设置有密封玻璃04，前端镜框1221的前端面设置有第一O形圈槽，第一O形圈槽内设置有第一O形圈01；前端镜片1222和前端镜框1221之间设置有第一密封剂02。
参见图5，上述密封腔3除了本实施例的由前端组件12与镜筒11之间以及镜筒11与探测器组件2之间密封连接形成之外，也可以由后端组件13与镜筒11之间以及镜筒11与探测器组件2之间密封连接而成，此时前端组件12与镜筒11之间不密封。
参见图6，后端组件13包括自后向前依次设置的后端镜片组件131以及后端外压圈132；后端镜片组件131包括后端镜框1311以及自后向前依次设置在后端镜框1311内的后端镜片1312和后端紧固压圈1313。后端紧固压圈1313与后端镜框1311之间螺纹连接，通过后端紧固压圈1313将后端镜片1312压紧；后端外压圈132与镜筒11之间螺纹连接，通过后端外压圈132将后端镜片组件131压紧。当密封腔3由后端组件13与镜筒11之间以及镜筒11与探测器组件2之间密封连接而成时，后端组件13与镜筒11之间的密封连接方式有如下六种：
1.参见图6中(a),镜筒11与后端镜框1311相配合的轴肩前端面111设置有第二O形圈槽，第二O形圈槽内设置有第二O形圈05；后端镜片1312与后端镜框1311之间设置有第三密封剂06。
2.参见图6中(b),镜筒11与后端镜框1311相配合的内壁设置有第二O形圈槽，第二O形圈槽内设置有第二O形圈05；后端镜片1312与后端镜框1311之间设置有第三密封剂06。
3.参见图6中(c),后端镜框1311后端面设置有第二O形圈槽，第二O形圈槽内设置有第二O形圈05；后端镜片1312与后端镜框1311之间设置有第三密封剂06。
4.参见图6中(d),后端镜框1311外侧面设置有第二O形圈槽，第二O形圈槽内设置有第二O形圈05；后端镜片1312与后端镜框1311之间设置有第三密封剂06。
5.参见图6中(e),后端镜框1311的前端部外沿设置有倒角；倒角与镜筒11之间的空隙内设置有第二O形圈05；后端镜片1312与后端镜框1311之间设置有第三密封剂06。
6.参见图6中(f),后端镜框1311的后端部外沿设置有倒角；倒角与镜筒11之间的空隙内设置有第二O形圈05；后端镜片1312与后端镜框1311之间设置有第三密封剂06。
通过上述密封腔3以及与密封腔3连通的抽真空密封接口21的设计，使得空间相机具有防尘，防水汽，防多余物，又可以实现真空排气的功能；提高空间相机的环境适应性能，降低了空间相机地面存储和标定试验时损伤降级的风险。本发明的空间相机，在不同存储、试验以及工作条件下的密封防护原理为：
1.空间相机在地面存储和常规标定试验时，参见图7，密封腔3保持密封，这样既保证了光学镜头在地面试验时，玻璃镜片前后面都是1个标准大气压，镜片不会产生应力，也就不影响光学镜头像差，又可以杜绝外界的微尘和腐蚀性气体进入密封腔3内部，影响空间相机性能。
2.空间相机在进行热真空环境试验时，参见图8，将密封腔3内的气体通过抽真空密封接口21与相机整体同时抽真空，密封腔3内外也没有压力差，不会引入新的像差，不影响空间相机的性能指标，不影响真空参数考核标定试验结果，在真空试验结束后，重新向密封腔3充入1个标准大气压的洁净干燥气体，杜绝真空试验过程中可凝挥发物和微尘水汽进入空间相机成像部位。
3.空间相机随卫星短时间外场发射时，参见图9，打开密封腔3上的抽真空密封接口21，密封腔3内外均为1个标准大气压，由于密封腔3内外气压相同，不会发生气流交换，加之卫星发射时，发射场地的天气要求都是晴好，温度适中，空气中的微尘也很少，空气湿度也不大，打开密封腔3，不会影响空间相机的成像指标。
4.空间相机随卫星发射升空后直至进入轨道运行时，参见图10，抽真空密封接口21处于打开状态，随着卫星进入轨道，空间相机外界趋于真空，空间相机密封腔3内气压高于外界气压，原先密封腔3内的气体会单向从抽真空密封接口21排出空间相机，直至密封腔3气压与外界真空一致，完成真空排气功能，确保空间相机在轨工作正常。
本发明的空间相机，可以应用在各类空间相机载荷中，也可以应用在其他飞行平台(飞机、汽艇等)的光学载荷中，具有较大的推广应用价值。
Claims (10)
1.一种空间相机，包括光学系统(1)以及连接在光学系统(1)后端外侧的探测器组件(2)；所述光学系统(1)包括镜筒(11)、设置在镜筒(11)前端的前端组件(12)以及设置在镜筒(11)后端的后端组件(13)；其特征在于：
还包括密封腔(3)以及与密封腔(3)连通的抽真空密封接口(21)；
所述密封腔(3)由前端组件(12)与镜筒(11)之间以及镜筒(11)与探测器组件(2)之间密封连接而成。
2.根据权利要求1所述的空间相机，其特征在于：
所述前端组件(12)包括自后向前依次设置的修研隔圈(121)、前端镜片组件(122)以及前端外压圈(123)；
所述前端镜片组件(122)包括前端镜框(1221)以及自后向前依次设置在前端镜框(1221)内的前端镜片(1222)和前端紧固压圈(1223)；
所述前端镜框(1221)后端面或外侧面设置有第一O形圈槽，所述第一O形圈槽内设置有第一O形圈(01)；
所述前端镜片(1222)和前端镜框(1221)之间设置有第一密封剂(02)；
所述前端外压圈(123)和镜筒(11)之间设置有第二密封剂(03)。
3.根据权利要求1所述的空间相机，其特征在于：
所述前端组件(12)包括自后向前依次设置的修研隔圈(121)、前端镜片组件(122)、垫片(124)以及前端外压圈(123)；
所述前端镜片组件(122)包括前端镜框(1221)以及自后向前依次设置在前端镜框(1221)内的前端镜片(1222)和前端紧固压圈(1223)；
所述前端镜框(1221)的前端面设置有第一O形圈槽，所述第一O形圈槽内设置有第一O形圈(01)；
所述前端镜片(1222)和前端镜框(1221)之间设置有第一密封剂(02)；
所述前端外压圈(123)和镜筒(11)之间设置有第二密封剂(03)。
4.根据权利要求1所述的空间相机，其特征在于：
所述前端组件(12)包括自后向前依次设置的修研隔圈(121)、前端镜片组件(122)以及前端外压圈(123)；
所述前端镜片组件(122)包括前端镜框(1221)以及自后向前依次设置在前端镜框(1221)内的前端镜片(1222)和前端紧固压圈(1223)；
所述前端镜框(1221)的前端部外沿或后端部外沿设置有倒角；所述倒角与镜筒(11)之间的空隙内设置有第一O形圈(01)；
所述前端镜片(1222)和前端镜框(1221)之间设置有第一密封剂(02)；
所述前端外压圈(123)和镜筒(11)之间设置有第二密封剂(03)。
5.根据权利要求1所述的空间相机，其特征在于：
所述前端组件(12)包括自后向前依次设置的修研隔圈(121)、前端镜片组件(122)、密封玻璃(04)以及前端外压圈(123)；
所述前端镜片组件(122)包括前端镜框(1221)以及自后向前依次设置在前端镜框(1221)内的前端镜片(1222)和前端紧固压圈(1223)；
所述前端镜框(1221)的前端面设置有第一O形圈槽，所述第一O形圈槽内设置有第一O形圈(01)；
所述前端镜片(1222)和前端镜框(1221)之间设置有第一密封剂(02)。
6.根据权利要求1至5任一所述的空间相机，其特征在于：所述镜筒(11)与探测器组件(2)之间通过第三O形圈(4)密封连接。
7.一种空间相机，包括光学系统(1)以及连接在光学系统(1)后端外侧的探测器组件(2)；所述光学系统(1)包括镜筒(11)、设置在镜筒(11)前端的前端组件(12)以及设置在镜筒(11)后端的后端组件(13)；其特征在于：
还包括密封腔(3)以及与密封腔(3)连通的抽真空密封接口(21)；
所述密封腔(3)由后端组件(13)与镜筒(11)之间以及镜筒(11)与探测器组件(2)之间密封连接而成。
8.根据权利要求7所述的空间相机，其特征在于：
所述后端组件(13)包括自后向前依次设置的后端镜片组件(131)以及后端外压圈(132)；
所述后端镜片组件(131)包括后端镜框(1311)以及自后向前依次设置在后端镜框(1311)内的后端镜片(1312)和后端紧固压圈(1313)；
所述镜筒(11)与后端镜框(1311)相配合的轴肩前端面(111)或其内壁设置有第二O形圈槽，所述第二O形圈槽内设置有第二O形圈(05)；
所述后端镜片(1312)与后端镜框(1311)之间设置有第三密封剂(06)。
9.根据权利要求7所述的空间相机，其特征在于：
所述后端组件(13)包括自后向前依次设置的后端镜片组件(131)以及后端外压圈(132)；
所述后端镜片组件(131)包括后端镜框(1311)以及自后向前依次设置在后端镜框(1311)内的后端镜片(1312)和后端紧固压圈(1313)；
所述后端镜框(1311)后端面或外侧面设置有第二O形圈槽，所述第二O形圈槽内设置有第二O形圈(05)；
所述后端镜片(1312)与后端镜框(1311)之间设置有第三密封剂(06)。
10.根据权利要求7所述的空间相机，其特征在于：
所述后端组件(13)包括自后向前依次设置的后端镜片组件(131)以及后端外压圈(132)；
所述后端镜片组件(131)包括后端镜框(1311)以及自后向前依次设置在后端镜框(1311)内的后端镜片(1312)和后端紧固压圈(1313)；
所述后端镜框(1311)的前端部外沿或后端部外沿设置有倒角；所述倒角与镜筒(11)之间的空隙内设置有第二O形圈(05)；
所述后端镜片(1312)与后端镜框(1311)之间设置有第三密封剂(06)。
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