CN113671659A - 一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，包括前置镜筒一和前置镜筒二。本发明的优点在于：1)前置镜头设计有遮光罩，在遮光罩与前置镜头间设计有隔热垫，避免将遮光罩的热量传递给镜头，影响镜头成像质量；2)前置镜头的焦距越长，镜组整体尺寸越长。通过设计前后两个镜筒直口配合替代一个镜筒，可解决定心加工车床加工超过300mm长的镜筒时，会因刀头悬臂过长，出现颤刀现象进而影响定心加工精度的问题；3)在压圈与单透镜间设置金属铜垫与橡胶垫，可避免避免压圈金属件与玻璃光学元件直接接触，保证轴向具有一定的缓冲量，以释放因温度变化或恶劣力学环境造成的多余应力。

Description

一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头

技术领域

本发明涉及精密光学仪器领域，具体是指一种面向航天复杂力/热环境应用的大焦距前置狭缝物镜镜头。

背景技术

航天产品在发射过程中会承受振动、冲击、高低温循环等复杂的力热环境。所以相对于地面产品，面向航天应用的光学镜头的环境适应性要求更高。传统的光学镜头设计与装配思路是单透镜圆周一周涂抹3M胶，再入框，通过压圈直接压紧透镜进行固定。但面向航天的镜头需要承受复杂的力热环境，因此需要在压圈与透镜间设置缓冲环节，以释放因温度变化或恶劣力学环境造成的多余应力。此外，还需考虑镜头的加工精度与装配方法，以实现高力热稳定性及高成像质量的光学镜头。

物镜镜头焦距越大，各单透镜的光学尺寸相应会变大，镜头的力学响应也会更加恶劣。所以在结构设计时一方面需要设置缓冲环节，避免压圈金属件与玻璃光学元件直接接触，另一方面还需考虑加强结构支撑的刚度以保证镜头的良好环境适应性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术问题，提供一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，通过设置两个镜筒直口配合以解决定心加工难以加工超过350mm长的镜筒难题，在压圈与单透镜间增加金属垫与橡胶垫，设置缓冲环节，避免压圈金属件与玻璃光学元件直接接触。合理设计压圈压紧界面为切线界面，降低加工难度并提高镜组的力学稳定性，使其具备很好的环境适应性，能够实现很好的成像质量。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，包括前置镜筒一和前置镜筒二，所述的前置镜筒一与前置镜筒二通过螺钉连接形成镜筒，所述的前置镜筒一与前置镜筒二之间设有镜筒间修切垫，所述的镜筒中依次设有镜组一、镜组二、镜组三、镜组四、镜组五、镜组六、镜组七、镜组八及狭缝镜组，所述的前置镜筒一中设有镜组二，所述的前置镜筒一中在镜组二远离设有前置镜筒二的一侧设有隔圈一，所述的前置镜筒一中在隔圈一远离设有镜组二的一侧设有镜组一，所述的前置镜筒一中在镜组一远离设有隔圈一的一侧设有前置镜筒一左外压圈，所述的前置镜筒二中设有镜组三、镜组四、镜组五、镜组六、镜组七、镜组八及狭缝镜组，所述的镜组三、镜组四、镜组五、镜组六、镜组七及镜组八之间相邻两镜组之间依次设有隔圈二、隔圈三、隔圈四、隔圈五、隔圈六及隔圈七，所述的前置镜筒二中在镜组八远离设有镜组七的一侧设有狭缝镜组，所述的前置镜筒二中在狭缝镜组靠近设有镜组八的一侧设有隔圈八，所述的前置镜筒二中在狭缝镜组远离设有隔圈八的一侧设有前置镜筒二右外压圈，所述的前置镜筒二中远离设有前置镜筒二右外压圈的一端设有前置镜筒二左外压圈。

作为改进，所述的前置镜筒一上设有沿前置镜筒一内侧壁圆周均布的若干个镜组一注胶槽，所述的前置镜筒一上在镜组一注胶槽的一侧设有沿圆周均布的若干镜组二注胶槽，所述的前置镜筒一的内侧壁上设有前置镜筒一排气槽，所述的前置镜筒一得外侧设有若干前置镜筒一加强筋，所述的前置镜筒一的端部设有前置镜筒一配合直口。

作为改进，所述的前置镜筒二上设有沿前置镜筒二内侧壁上依次设有镜组三注胶槽、镜组四注胶槽、镜组五注胶槽、镜组六注胶槽、镜组七注胶槽、镜组八注胶槽及镜组九注胶槽，所述的前置镜筒二的内侧壁上设有若干前置镜筒二排气槽，所述的前置镜筒二排气槽上设有若干前置镜筒二排气孔，所述的前置镜筒二在远离设有狭缝镜组的一端内侧设有前置镜筒二配合直口，所述的前置镜筒二的外侧壁上靠两端分别设有前置镜筒二前安装凸台和前置镜筒二后安装凸台。

作为改进，所述的镜组一、镜组二、镜组三、镜组四、镜组五、镜组六、镜组七及镜组八组成结构相同。

作为改进，所述的组成结构包括镜框，所述的镜框中设有透镜，所述的透镜上设有压圈，所述的压圈与透镜之间设有橡胶垫A和铜金属垫A。

作为改进，所述的狭缝镜组包括镜框九，所述的镜框九中设有光学狭缝玻璃及保护玻璃，所述的光学狭缝玻璃与保护玻璃之间设有狭缝镜组中间橡胶垫，所述的镜框九中靠近保护玻璃的一端设有压圈九，所述的压圈九与保护玻璃之间设有橡胶垫B和铜金属垫B。

作为改进，所述的前置镜筒一的端部设有遮光罩，所述的遮光罩与前置镜筒一之间设有遮光罩隔热垫。

采用以上结构后，本发明具有如下优点：1)前置镜头设计有遮光罩。在轨时，遮光罩是伸出舱外的，需承受更加恶劣的温度条件，因此，在遮光罩与前置镜头间设计有隔热垫，避免将遮光罩的热量传递给镜头，影响镜头成像质量；2)前置镜头的焦距越长，镜组整体尺寸越长。通过设计前后两个镜筒直口配合替代一个镜筒，可解决定心加工车床加工超过300mm长的镜筒时，会因刀头悬臂过长，出现颤刀现象进而影响定心加工精度的问题；3)在压圈与单透镜间设置金属铜垫与橡胶垫，可避免避免压圈金属件与玻璃光学元件直接接触，保证轴向具有一定的缓冲量，以释放因温度变化或恶劣力学环境造成的多余应力。

附图说明

图1是本发明一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头的二维剖视图。

图2是本发明一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头前置镜筒一的结构示意图。

图3是本发明一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头前置镜筒二的二维剖视图。

图4是本发明一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头镜组结构的示意图。

图5是本发明一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头狭缝镜组的二维剖视图。

如图所示：1、镜组一；11、前置镜筒一左外压圈；12、隔圈一；13、前置镜筒一；131、镜组一注胶槽；132、镜组二注胶槽；133、前置镜筒一排气槽；134、前置镜筒一配合直口；135、前置镜筒一加强筋；14、镜筒间修切垫；15、前置镜筒二左外压圈；16、前置镜筒二；1601、前置镜筒二排气孔；1602、前置镜筒二前安装凸台；1603、前置镜筒二后安装凸台；161、前置镜筒二排气槽；162、前置镜筒二配合直口；163、镜组三注胶槽；164、镜组四注胶槽；165、镜组五注胶槽；166、镜组六注胶槽；167、镜组七注胶槽；168、镜组八注胶槽；169、镜组九注胶槽；17、隔圈二；18、隔圈三；19、隔圈四；2、镜组二；20、隔圈五；21、隔圈六；22、隔圈七；23、隔圈八；24、前置镜筒二右外压圈；25、遮光罩隔热垫；3、镜组三；4、镜组四；5、镜组五；6、镜组六；61、透镜；62、镜框；63、橡胶垫A；64、铜金属垫A；65、压圈；7、镜组七；8、镜组八；9、狭缝镜组；91、光学狭缝玻璃；92、保护玻璃；93、橡胶垫B；94、铜金属垫B；95、压圈九；96、镜框九；97、狭缝镜组中间橡胶垫；10、遮光罩。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“中心”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构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如、可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接，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。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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

结合附图1～5，一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，包括前置镜筒一13和前置镜筒二16，所述的前置镜筒一13与前置镜筒二16通过螺钉连接形成镜筒，所述的前置镜筒一13与前置镜筒二16之间设有镜筒间修切垫14，所述的镜筒中依次设有镜组一1、镜组二2、镜组三3、镜组四4、镜组五5、镜组六6、镜组七7、镜组八8及狭缝镜组9，所述的前置镜筒一13中设有镜组二2，所述的前置镜筒一13中在镜组二2远离设有前置镜筒二16的一侧设有隔圈一12，所述的前置镜筒一13中在隔圈一12远离设有镜组二2的一侧设有镜组一1，所述的前置镜筒一13中在镜组一1远离设有隔圈一12的一侧设有前置镜筒一左外压圈11，所述的前置镜筒二16中设有镜组三3、镜组四4、镜组五5、镜组六6、镜组七7、镜组八8及狭缝镜组9，所述的镜组三3、镜组四4、镜组五5、镜组六6、镜组七7及镜组八8之间相邻两镜组之间依次设有隔圈二17、隔圈三18、隔圈四19、隔圈五20、隔圈六21及隔圈七22，所述的前置镜筒二16中在镜组八8远离设有镜组七7的一侧设有狭缝镜组9，所述的前置镜筒二16中在狭缝镜组9靠近设有镜组八8的一侧设有隔圈八23，所述的前置镜筒二16中在狭缝镜组9远离设有隔圈八23的一侧设有前置镜筒二右外压圈24，所述的前置镜筒二16中远离设有前置镜筒二右外压圈24的一端设有前置镜筒二左外压圈15。

所述的前置镜筒一13上设有沿前置镜筒一13内侧壁圆周均布的6个镜组一注胶槽131，所述的前置镜筒一13上在镜组一注胶槽131的一侧设有沿圆周均布的6个镜组二注胶槽132，所述的前置镜筒一13的内侧壁上设有前置镜筒一排气槽133，所述的前置镜筒一13得外侧设有若干前置镜筒一加强筋135，所述的前置镜筒一13的端部设有前置镜筒一配合直口134。

所述的前置镜筒二16上设有沿前置镜筒二16内侧壁上依次设有镜组三注胶槽163、镜组四注胶槽164、镜组五注胶槽165、镜组六注胶槽166、镜组七注胶槽167、镜组八注胶槽168及镜组九注胶槽169，所述的前置镜筒二16的内侧壁上设有若干前置镜筒二排气槽161，所述的前置镜筒二排气槽161上设有若干前置镜筒二排气孔1601，所述的前置镜筒二16在远离设有狭缝镜组9的一端内侧设有前置镜筒二配合直口162，所述的前置镜筒二16的外侧壁上靠两端分别设有前置镜筒二前安装凸台1602和前置镜筒二后安装凸台1603。

所述的镜组一1、镜组二2、镜组三3、镜组四4、镜组五5、镜组六6、镜组七7及镜组八8组成结构相同。

所述的组成结构包括镜框62，所述的镜框62中设有透镜61，所述的透镜61上设有压圈65，所述的压圈65与透镜61之间设有橡胶垫A63和铜金属垫A64。

所述的狭缝镜组9包括镜框九96，所述的镜框九96中设有光学狭缝玻璃91及保护玻璃92，所述的光学狭缝玻璃91与保护玻璃92之间设有狭缝镜组中间橡胶垫97，所述的镜框九96中靠近保护玻璃92的一端设有压圈九95，所述的压圈九95与保护玻璃92之间设有橡胶垫B93和铜金属垫B94。

所述的前置镜筒一13的端部设有遮光罩10，所述的遮光罩10与前置镜筒一13之间设有遮光罩隔热垫25。

本发明的工作原理：将镜组二、隔圈一、镜组一依次装入前置镜筒一中，再通过拧紧前置镜筒一左外压圈将其压紧。遮光罩通过螺纹连接与前置镜筒一连接，并在两者之间加入遮光罩隔热垫，防止遮光罩热量直接传递给镜头，从而影响镜头的成像质量，将隔圈七、镜组八、隔圈六、镜组七、隔圈五、镜组六、隔圈四、镜组五、隔圈三、镜组四、隔圈二和镜组三依次从左侧装入前置镜筒二中，再通过拧紧前置镜筒二左外压圈将各镜组压紧固定，将隔圈八和狭缝镜组九依次从右侧装入前置镜筒二中，再通过拧紧前置镜筒二右外压圈将各镜组压紧固定，镜组一注胶槽沿圆周一周均布有6个，镜组二注胶槽沿圆周一周均布有6个，注胶槽长度、宽度及深度均需通过有限元分析确定其具体尺寸。镜组一和镜组二装入前置镜筒一，前置镜筒一左外压圈拧紧后，再依次通过镜组一注胶槽与镜组二注胶槽注入3M胶，注之前需根据注胶槽尺寸计算注胶量，确保3M胶注满注胶槽。前置镜筒一排气槽用于真空环境中排出镜组间的空气，前置镜筒一加强筋是圆周均布3处，用于提高前置镜筒一的整体刚度，保证焦距前置狭缝物镜镜头具有稳定的力学性能，前置镜筒二中圆周一周均布的注胶槽将各镜组装入前置镜筒二，拧紧压圈，再依次通过各镜组注胶槽注入3M胶，注之前需根据注胶槽尺寸计算注胶量，确保3M胶注满注胶槽，前置镜筒二配合直口与前置镜筒一配合直口通过定心加工保证两者的配合间隙，再通过螺钉连接将两个镜筒连接为一个镜筒。通过这种结构设计方法可解决定心加工车床加工超过300mm长的镜筒时，会因刀头悬臂过长，出现颤刀现象进而影响定心加工精度的问题，从而保证镜筒的加工精度，保证前置狭缝物镜镜头的成像质量，前置镜筒二前安装凸台与前置镜筒二后安装凸台是用于将前置狭缝物镜镜头配合固定的安装基准，通过设置两小段凸台的方法替代整个镜筒外圆面可避免加工时因镜筒过长，难以保证加工精度的问题，对于镜组的安装，将透镜圆周抹3M胶入镜框，再依次放入橡胶垫A与铜金属垫A，再拧入压圈将透镜压紧固定。通过加入在压圈与单透镜间设置0.2mm的金属铜垫与0.5mm橡胶垫，可避免避免压圈金属件与玻璃光学元件直接接触，对于狭缝镜组的安装，将光学狭缝玻璃、镜组九中间橡胶垫、保护玻璃、橡胶垫和铜金属垫依次装入镜框九后，拧入压圈九将其压紧固定即可。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，包括前置镜筒一(13)和前置镜筒二(16)，其特征在于：所述的前置镜筒一(13)与前置镜筒二(16)通过螺钉连接形成镜筒，所述的前置镜筒一(13)与前置镜筒二(16)之间设有镜筒间修切垫(14)，所述的镜筒中依次设有镜组一(1)、镜组二(2)、镜组三(3)、镜组四(4)、镜组五(5)、镜组六(6)、镜组七(7)、镜组八(8)及狭缝镜组(9)，所述的前置镜筒一(13)中设有镜组二(2)，所述的前置镜筒一(13)中在镜组二(2)远离设有前置镜筒二(16)的一侧设有隔圈一(12)，所述的前置镜筒一(13)中在隔圈一(12)远离设有镜组二(2)的一侧设有镜组一(1)，所述的前置镜筒一(13)中在镜组一(1)远离设有隔圈一(12)的一侧设有前置镜筒一左外压圈(11)，所述的前置镜筒二(16)中设有镜组三(3)、镜组四(4)、镜组五(5)、镜组六(6)、镜组七(7)、镜组八(8)及狭缝镜组(9)，所述的镜组三(3)、镜组四(4)、镜组五(5)、镜组六(6)、镜组七(7)及镜组八(8)之间相邻两镜组之间依次设有隔圈二(17)、隔圈三(18)、隔圈四(19)、隔圈五(20)、隔圈六(21)及隔圈七(22)，所述的前置镜筒二(16)中在镜组八(8)远离设有镜组七(7)的一侧设有狭缝镜组(9)，所述的前置镜筒二(16)中在狭缝镜组(9)靠近设有镜组八(8)的一侧设有隔圈八(23)，所述的前置镜筒二(16)中在狭缝镜组(9)远离设有隔圈八(23)的一侧设有前置镜筒二右外压圈(24)，所述的前置镜筒二(16)中远离设有前置镜筒二右外压圈(24)的一端设有前置镜筒二左外压圈(15)。

2.根据权利要求1所述的一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，其特征在于：所述的前置镜筒一(13)上设有沿前置镜筒一(13)内侧壁圆周均布的若干个镜组一注胶槽(131)，所述的前置镜筒一(13)上在镜组一注胶槽(131)的一侧设有沿圆周均布的若干镜组二注胶槽(132)，所述的前置镜筒一(13)的内侧壁上设有前置镜筒一排气槽(133)，所述的前置镜筒一(13)得外侧设有若干前置镜筒一加强筋(135)，所述的前置镜筒一(13)的端部设有前置镜筒一配合直口(134)。

3.根据权利要求1所述的一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，其特征在于：所述的前置镜筒二(16)上设有沿前置镜筒二(16)内侧壁上依次设有镜组三注胶槽(163)、镜组四注胶槽(164)、镜组五注胶槽(165)、镜组六注胶槽(166)、镜组七注胶槽(167)、镜组八注胶槽(168)及镜组九注胶槽(169)，所述的前置镜筒二(16)的内侧壁上设有若干前置镜筒二排气槽(161)，所述的前置镜筒二排气槽(161)上设有若干前置镜筒二排气孔(1601)，所述的前置镜筒二(16)在远离设有狭缝镜组(9)的一端内侧设有前置镜筒二配合直口(162)，所述的前置镜筒二(16)的外侧壁上靠两端分别设有前置镜筒二前安装凸台(1602)和前置镜筒二后安装凸台(1603)。

4.根据权利要求1所述的一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，其特征在于：所述的镜组一(1)、镜组二(2)、镜组三(3)、镜组四(4)、镜组五(5)、镜组六(6)、镜组七(7)及镜组八(8)组成结构相同。

5.根据权利要求4所述的一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，其特征在于：所述的组成结构包括镜框(62)，所述的镜框(62)中设有透镜(61)，所述的透镜(61)上设有压圈(65)，所述的压圈(65)与透镜(61)之间设有橡胶垫A(63)和铜金属垫A(64)。

6.根据权利要求3所述的一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，其特征在于：所述的狭缝镜组(9)包括镜框九(96)，所述的镜框九(96)中设有光学狭缝玻璃(91)及保护玻璃(92)，所述的光学狭缝玻璃(91)与保护玻璃(92)之间设有狭缝镜组中间橡胶垫(97)，所述的镜框九(96)中靠近保护玻璃(92)的一端设有压圈九(95)，所述的压圈九(95)与保护玻璃(92)之间设有橡胶垫B(93)和铜金属垫B(94)。

7.根据权利要求1所述的一种面向航天应用的大焦距前置狭缝物镜镜头，其特征在于：所述的前置镜筒一(13)的端部设有遮光罩(10)，所述的遮光罩(10)与前置镜筒一(13)之间设有遮光罩隔热垫(25)。

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