CN110824661A - 一种次镜支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种次镜支撑结构，包括次镜、次镜背板、次镜调整垫片、次镜连接筒、遮光筒、遮光板、遮光罩、安装法兰，所述次镜连接筒的中心位置设置遮光筒，所述遮光筒的周向均匀分布至少三个遮光板，所述遮光板连接所述连接筒和遮光筒，所述遮光板的一端共同支撑所述安装法兰，所述次镜与所述次镜背板连接，并通过所述次镜调整垫片设置在所述安装法兰上，所述遮光罩均匀分布在所述连接筒的内壁上。本发明的次镜支撑结构，可以保持高面形精度，提供高结构刚度，便于无热化设计，同时能够满足恶劣机载环境的需求。

Description

一种次镜支撑结构

技术领域

本发明涉及光学工程技术领域，更具体的，涉及一种次镜支撑结构。

背景技术

卡塞格林式光学系统被广泛用于各种航空航天光学载荷中。相机的焦距越长，分辨率越高，但是随着焦距的变长，主镜与次镜之间距离也将变大。次镜与主镜间相对位置的变动对相机的成像质量具有很大的影响，将导致成像质量下降。尤其是在航空机载的恶劣振动环境下，次镜支撑结构的稳定性将直接影响机载航空相机的性能。

同时，高能激光武器作为新兴的概念武器，已经逐渐成为火力攻击的重要组成部分。激光武器的工作方式一方面是激光照射产生的能量经光学系统汇聚到探测器焦平面，导致探测器饱和甚至直接损伤；另一方面是激光入射的能量在光学系统内汇聚破坏光学元件表面甚至损伤元件，引起光电系统的像质退化。随着高能激光武器的发展，当机载光电平台对敌进行侦查和探测时，需要防止敌方高能激光武器对机载光电设备的干扰和损伤。次镜是激光对抗光学系统的敏感元件，因此需要通过机载光电平台光学元件的材料选择和支撑结构上的改进和优化来减少敌方高能激光武器对光电设备性能的影响。

在反射镜支撑领域，现有专利名称为“航空相机卡塞格林主次镜支撑结构”。该方案可以实现次镜的稳定支撑，但是无法满足在激光对抗领域对敌方的高能激光光束进行遮挡，光学系统的迎光面积比较大。另外，次镜支撑材料选用微晶或者非晶硅，在被高能激光照射时，由于自身导热率小，能量集中，容易造成次镜光学零件的损伤。同时，存在需要考虑无热化设计、成本高的问题。

因此，需要设计一种高稳定性的次镜支撑方案，满足反射镜的面形精度能够应用于各波段，支撑方案结构刚度高，稳定性好，可以遮挡杂散光，同时能够满足激光对抗的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种次镜支撑结构，以解决现有技术中现有技术中的次镜支撑结构无法满足在激光对抗领域对敌方高能激光光束进行遮挡，光学系统迎光面积较大的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种次镜支撑结构，包括次镜、次镜背板、次镜调整垫片、次镜连接筒、遮光筒、遮光板、遮光罩、安装法兰。

所述次镜连接筒的中心位置设置遮光筒，所述遮光筒的周向均匀分布至少三个遮光板，所述遮光板连接所述连接筒和遮光筒，所述遮光板的一端共同支撑所述安装法兰，所述次镜与所述次镜背板连接，并通过所述次镜调整垫片设置在所述安装法兰上，所述遮光罩均匀分布在所述连接筒的内壁上。

优选地，所述次镜和所述次镜背板之间通过次镜连接组件连接；

所述次镜连接组件包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件安装在所述次镜内，所述第二连接件的一端安装在所述次镜背板内，另一端与所述第一连接件相连。

优选地，所述第一连接件和所述次镜之间设置弹性元件。

优选地，所述次镜的侧面均匀设置至少三个半圆形切槽，所述半圆形切槽沿半径方向延伸，形成拱桥式结构，所述拱桥式结构中设置一平面；

所述拱桥式结构的下方设置沉头孔，所述沉头孔的底面中心设置第一螺纹孔；

所述次镜的下表面中心位置设有第一定位销孔，围绕所述第一定位销孔均匀分布至少三个次镜安装面，所述次镜安装面的中心设置第二螺纹孔。

优选地，所述次镜背板的上表面设置有与所述次镜沉头孔相对应的沉头锥孔，还设置有与所述次镜安装面相对应的第一安装凸台；

所述次镜背板的下表面设置有均匀分布的第二安装凸台，所述次镜背板通过两组切槽将第二安装凸台与次镜背板分隔开；

所述次镜背板的中心位置设置有与所述第一定位销孔相同孔径的第二定位销孔，所述第一定位销孔和第二定位销孔通过销钉定位连接。

优选地，所述第一连接件为圆筒结构，所述圆筒结构的一端设置第一法兰，另一端设置有外螺纹，所述外螺纹与所述次镜沉头孔内的第一螺纹孔相连接，所述第一法兰安装在所述沉头孔内。

优选地，所述第二连接件为中间设置有第二法兰的连接杆，所述第二法兰为倒角结构，所述倒角结构设置在所述次镜背板的沉头锥孔内；远离所述倒角结构的一端设置在所述第一连接件的圆筒结构内，所述第一连接件的圆筒结构与所述连接柱共轴，且两者之间形成圆筒形空间，通过向所述圆筒形空间注胶实现第一连接件与第二连接件的粘接。

优选地，所述连接杆上设置第一腰形孔和第二腰形孔，所述第一腰形孔和第二腰形孔贯穿连接杆直径且相互垂直。

优选地，所述第二连接件的连接杆上套设有密封垫片，所述密封垫片设置在第二法兰的端面上。

优选地，所述次镜背板与所述次镜下表面的安装凸台之间通过柔性结构连接，所述柔性结构为S形结构。

本发明的有益效果：

(1)本发明的支撑结构包括一种次镜支撑筒，次镜支撑筒中心位置设置遮光筒，次镜支撑筒内侧设置遮光罩，遮光筒和遮光罩通过遮光板相连接，增强了次镜连接筒的刚度，能够满足恶劣机载环境的需求。

(2)在激光对抗领域，由于在次镜连接筒中设计了遮光板，可以减小光电系统的迎光角度，仅当激光平行于主次镜光轴时，才能入射到光学系统中。当激光光束与光电平台的光轴有一定夹角时，遮光板与遮光罩形成光陷阱结构，由于遮光板和遮光罩对激光散射能量的反射和吸收，降低了激光散射能量对光电系统损伤的概率；次镜连接筒遮光筒和遮光罩的存在降低了入射到光电系统中的杂散光辐射，提高了机载光电系统的成像像质。

(3)在激光对抗方面，金属反射镜由于材料导热率高，镜体温升小，同时，在金属反射镜表面可以镀高反膜，针对高能激光的表面反射率高于99.9％，可以作为次镜的材料选择之一，避免高能激光对光学元件的损伤。次镜组件采用模块化结构形式，有利于光学系统的装调；次镜和次镜背板通过弹性元件预紧和注胶固定的方式可以实现金属反射镜的无应力支撑，满足反射镜的高精度支撑，可以达到面形精度15nm(RMS)。

附图说明

图1是本发明实施例提供的次镜支撑结构立体示意图；

图2是本发明实施例提供的次镜支撑结构的正视图；

图3是本发明实施例提供的次镜支撑结构的剖视图；

图4是本发明实施例提供的次镜连接筒结构示意图；

图5是本发明实施例提供的次镜结构示意图；

图6是本发明实施例提供的次镜结构的正视图；

图7是本发明实施例提供的次镜背板结构示意图；

图8是本发明实施例提供的次镜背板结构的剖视图；

图9是本发明实施例提供的次镜连接杆结构示意图；

图10是本发明实施例提供的次镜和次镜背板粘接处的剖视图。

附图标记：

1、次镜；2、次镜背板；3、次镜调整垫片；4、次镜连接筒；

5、遮光罩；6、第一连接件；7、密封垫片；8、连接杆；

9、短头螺钉；10、弹性元件；42、遮光筒；43、遮光板；

45、安装法兰；48、遮光罩倒角；11、半圆形切槽；12、沉头孔；

13、第一螺纹孔；14、次镜安装面；15、第一定位销孔；16、平面；

21、沉头锥孔；22、第一安装凸台；23、第二定位销孔；

24、切槽；25、第二安装凸台；26、柔性结构；81、光孔；

82、第一腰形孔；83、第二腰形孔；84、第二法兰。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

实施例1：

参见图1-4，一种次镜支撑结构，包括次镜1、次镜背板2、次镜调整垫片3、次镜连接筒4、遮光筒42、遮光板43、安装法兰45、遮光罩5，

所述次镜1为金属反射镜，所述次镜连接筒4的中心位置设置遮光筒42，所述遮光筒42的外周均匀分布三个遮光板43，所述遮光板43连接所述次镜连接筒4和遮光筒42，三个遮光板43共同支撑所述安装法兰45，所述次镜1和所述次镜背板2连接，并通过次镜调整垫片3安装在所述安装法兰45上，所述遮光罩5通过螺钉均匀分布在所述次镜连接筒4内壁上，形成360°的遮光罩。所述遮光罩5为圆弧结构，圆弧外侧为光滑圆柱面，内侧为沿光轴方向均布的环形片状结构，环形片状结构的内端面有倒角。圆弧结构的外径尺寸与次镜连接筒4的内径尺寸相等。

参见图5-6，所述次镜1的侧面均匀设置至少三个半圆形切槽11，所述半圆形切槽11沿半径方向延伸，形成拱桥式结构，将次镜1的上表面和下表面分隔开，所述拱桥式结构中设置一平面16；

所述拱桥式结构的下方设置沉头孔12，所述沉头孔12的底面中心设置第一螺纹孔13，第一螺纹孔13的尺寸小于沉头孔12的尺寸。

所述次镜1的下表面中心位置设有第一定位销孔15，所述第一定位销孔15的中心轴与次镜1的光轴重合；围绕所述第一定位销孔15均匀分布至少三个次镜安装面14，所述次镜安装面14的中心设置第二螺纹孔。

参见图7-8，所述次镜背板2的上表面设置有与所述次镜沉头孔12相对应的沉头锥孔21，沉头角度为90°或120°。所述次镜背板2的上表面还设置有与所述次镜安装面14相对应的第一安装凸台22；第一安装凸台22上设置光孔，光孔所在的直径尺寸与次镜安装面14上的第二螺纹孔所在直径尺寸相同。

所述次镜背板2的下表面设置有均匀分布的第二安装凸台25，所述次镜背板2通过两组切槽24将第二安装凸台25与次镜背板2分隔开；通过柔性结构26相连接。柔性结构26为S形结构，提供沿光轴方向和沿半径方向的自由度，可以补偿次镜连接筒4中的次镜安装法兰45因装配误差和环境变化而引起次镜背板2的变形。

所述次镜背板2的中心位置设置有与所述第一定位销孔15相同孔径的第二定位销孔23，所述第一定位销孔15和第二定位销孔23通过销钉定位连接。第二定位销孔23的中心轴与第一安装凸台22所在平面垂直。

参见图10，所述第一连接件6为圆筒结构，所述圆筒结构的一端设置第一法兰，另一端设置有外螺纹，所述外螺纹与所述次镜沉头孔12内的第一螺纹孔13相连接，所述第一法兰安装在所述次镜沉头孔12内，所述第一连接件6和所述次镜1之间设置弹性元件10。所述弹性元件10为弹簧或波形弹簧等。

参见图9，所述第二连接件为连接杆8，所述连接杆8的中间设置有第二法兰84，所述第二法兰84为倒角结构。

远离第二法兰84的一端设有一光孔81，在所述光孔81的底面位置设置有第一腰形孔82和第二腰形孔83，第一腰形孔82和第二腰形孔83贯通连接杆8且相互垂直。靠近第二法兰84倒角的一端的端面中心有一螺纹孔，光孔81与螺纹孔不连通。

第二法兰84的倒角与次镜背板2上表面的沉头锥孔21接触，通过短头螺钉9相固连，远离第二法兰84一端的连接杆8设置在所述第一连接件6的圆筒结构内，第一连接件6的圆筒结构与所述连接杆8共轴，且两者之间形成圆筒形空间，通过向所述圆筒形空间注胶实现第一连接件6与连接杆8的粘接。粘接后次镜1和次镜背板2可以作为一个模块化结构进行光学装调。

所述第二连接件的连接杆8上套设有密封垫片7，所述密封垫片7设置在第二法兰的端面上。所述密封垫片7为圆环形结构，密封垫片7的内径与次镜连接杆8的外径尺寸相同。

本申请的次镜支撑结构装配顺序：

(1)次镜1下表面安装面14研磨，次镜背板2的第一安装凸台22和第二安装凸台25研磨。

(2)第一连接件6安装在次镜1下表面的沉头12中，两者通过弹性元件10预紧。

(3)次镜连接杆8安装在次镜背板2上表面的90度沉头孔21中，通过短头螺钉9连接。

(4)将密封垫片7安装在次镜连接杆8中。

(5)将次镜1安装在次镜背板2的第一安装凸台22处，销钉穿过两者中心位置的销孔实现定心，通过螺钉和弹性元件施加预紧力。

(6)在次镜1侧面的半圆形切槽11处，通过弯头注胶器对次镜连接杆8的光孔81注胶，当胶注满第一连接件6和次镜连接杆8形成的圆筒形空间时停止。放置一段时间，等待胶完全凝固。

(7)次镜1和次镜背板2通过次镜调整垫片3安装在次镜安装法兰45上，通过修整调整垫片3调整次镜1与主镜间的距离及次镜1的角度，使光学间隔及偏心满足光学指标要求。

本申请次镜支撑方式适用于金属反射镜的支撑结构，例如光学系统中折反镜的支撑，快速反射镜的支撑等。本发明中，选用金属材料作为机载光电设备中同轴折反式光学系统次镜的材料。在机载光电设备中，次镜的口径通常不大，金属反射镜能够满足光学精度的要求。由于光电平台机械支撑结构材料通常为铝合金，选用金属材料便于系统的无热化设计。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种次镜支撑结构，其特征在于，包括次镜、次镜背板、次镜调整垫片、次镜连接筒、遮光筒、遮光板、遮光罩、安装法兰，

所述次镜连接筒的中心位置设置遮光筒，所述遮光筒的周向均匀分布至少三个遮光板，所述遮光板连接所述连接筒和遮光筒，所述遮光板的一端共同支撑所述安装法兰，所述次镜与所述次镜背板连接，并通过所述次镜调整垫片设置在所述安装法兰上，所述遮光罩均匀分布在所述连接筒的内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述次镜和所述次镜背板之间通过次镜连接组件连接；

所述次镜连接组件包括第一连接件和第二连接件，所述第一连接件安装在所述次镜内，所述第二连接件的一端安装在所述次镜背板内，另一端与所述第一连接件相连。

3.根据权利要求2所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述第一连接件和所述次镜之间设置弹性元件。

4.根据权利要求2所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述次镜的侧面均匀设置至少三个半圆形切槽，所述半圆形切槽沿半径方向延伸，形成拱桥式结构，所述拱桥式结构中设置一平面；

所述拱桥式结构的下方设置沉头孔，所述沉头孔的底面中心设置第一螺纹孔；

所述次镜的下表面中心位置设有第一定位销孔，围绕所述第一定位销孔均匀分布至少三个次镜安装面，所述次镜安装面的中心设置第二螺纹孔。

5.根据权利要求4所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述次镜背板的上表面设置有与所述次镜沉头孔相对应的沉头锥孔，还设置有与所述次镜安装面相对应的第一安装凸台；

所述次镜背板的下表面设置有均匀分布的第二安装凸台，所述次镜背板通过两组切槽将第二安装凸台与次镜背板分隔开；

所述次镜背板的中心位置设置有与所述第一定位销孔相同孔径的第二定位销孔，所述第一定位销孔和第二定位销孔通过销钉定位连接。

6.根据权利要求5所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述第一连接件为圆筒结构，所述圆筒结构的一端设置第一法兰，另一端设置有外螺纹，所述外螺纹与所述次镜沉头孔内的第一螺纹孔相连接，所述第一法兰安装在所述沉头孔内。

7.根据权利要求6所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述第二连接件为中间设置有第二法兰的连接杆，所述第二法兰为倒角结构，所述倒角结构设置在所述次镜背板的沉头锥孔内；远离所述倒角结构的一端设置在所述第一连接件的圆筒结构内，所述第一连接件的圆筒结构与所述连接柱共轴，且两者之间形成圆筒形空间，通过向所述圆筒形空间注胶实现第一连接件与第二连接件的粘接。

8.根据权利要求7所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述连接杆上设置第一腰形孔和第二腰形孔，所述第一腰形孔和第二腰形孔贯穿连接杆直径且相互垂直。

9.根据权利要求7所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述第二连接件的连接杆上套设有密封垫片，所述密封垫片设置在第二法兰的端面上。

10.根据权利要求5所述的一种次镜支撑结构，其特征在于，所述次镜背板与所述第二安装凸台通过柔性结构连接，所述柔性结构为S形结构。

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