CN116243446B - 一种超轻型柔性支撑光学系统及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超轻型柔性支撑光学系统及其装配方法；解决现有光学镜头难以兼容较为恶劣的热环境条件以及整体重量和外包络尺寸都较大，加工和装调时间成本较高的问题；系统包括主镜筒与N个光学元件，主镜筒包括轴向交错设置的N+1个非支撑模块和N个支撑模块；支撑模块包括沿主镜筒周向的至少三个支撑单元，支撑单元包括沿周向设置的弹性支撑段和柔性支撑段；弹性支撑段内壁设置有留胶槽，留胶槽内设置有注胶孔；柔性支撑段包括减重槽以及设置在减重槽内部的柔性支撑片，减重槽为贯通槽；柔性支撑片的两端分别连接减重槽轴向两侧内壁；留胶槽沿周向的两端与减重槽连通；柔性支撑片上沿主镜筒径向设置有调整孔；本发明还提出上述系统的装配方法。

Description

一种超轻型柔性支撑光学系统及其装配方法

技术领域

本发明涉及一种柔性支撑光学系统及其装配方法。

背景技术

随着我国航空航天事业的蓬勃发展，各类探索探测任务的数量逐年上升，光学镜头的使用量也越来越多。随着光学镜头使用的数量越来越多，对其轻量化和可靠性要求越来越高，并且轻小型光学镜头要求时间成本和制造成本也越来越低。

目前航空航天用轻小型光学镜头常采用双层结构，光学元件装入镜框中，与主镜筒配做间隙，再一一装入，中间过程往往涉及入框、二次精加工、粗装适配、调整修研间隔以及精装，过程较为繁琐，且因光学元件支撑为镜框镜筒双层结构，整体重量和外包络尺寸都较大，加工和装调时间成本较高。较低成本的轻小型光学镜头往往采用光学元件直接装入镜筒中，通过性能测试淘汰较差的产品，报废率较高。为保证光学元件同轴，光学元件与镜筒适配间隙较小，当环境温差较大时，多种材料热膨胀导致光学元件位置偏离甚至强力挤压光学元件导致系统性能下降，因此难以兼容较为恶劣的热环境条件。

因此需要更优的设计技术方案，加工出光学和力学性能更优、制造成本更低、装配周期更短的轻小型镜头。

发明内容

本发明的目的是解决现有光学镜头难以兼容较为恶劣的热环境条件以及整体重量和外包络尺寸都较大，加工和装调时间成本较高的问题，而提供一种超轻型柔性支撑光学系统及其装配方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种超轻型柔性支撑光学系统，包括主镜筒与N个光学元件，其中，N≥1，其特殊之处在于：

所述主镜筒包括N+1个非支撑模块和用于支撑光学元件且与光学元件一一对应的N个支撑模块，N个支撑模块和N+1个非支撑模块沿主镜筒的轴向交错设置；

所述支撑模块包括沿主镜筒圆周均匀设置的至少三个支撑单元，所述支撑单元包括沿周向相邻设置的弹性支撑段和柔性支撑段；所述弹性支撑段内壁设置有留胶槽，留胶槽内沿主镜筒的径向设置有注胶孔；所述柔性支撑段包括减重槽以及设置在减重槽内部的柔性支撑片，减重槽为贯通槽；所述柔性支撑片的两端分别连接减重槽轴向两侧内壁；留胶槽沿周向的两端与减重槽连通；

所述柔性支撑片内侧与光学元件的外径相适配，用于支撑光学元件，柔性支撑片上沿主镜筒径向设置有调整孔，所述调整孔用于安装外部调节件。

进一步地，还包括套设在主镜筒外部的套筒。

进一步地，所述套筒内壁设置有超黑涂层。

进一步地，所述减重槽对应的圆心角大于柔性支撑片对应的圆心角的3倍。

进一步地，所述注胶孔为螺纹孔。

进一步地，所述柔性支撑片沿光学元件插入方向的一端设置有倒角；

所述调整孔为螺纹孔，外部调节件为调节螺钉。

进一步地，所述留胶槽的槽深为0.1-0.2mm；

所述柔性支撑片与光学元件之间设置有0.01-0.02mm的间隙。

本发明还提出一种上述超轻型柔性支撑光学系统的装配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：加工主镜筒；

步骤2：用吸笔将N个光学元件依次装入主镜筒内并调整其姿态，再用调节螺钉调整光学元件的位置；

步骤3：通过注胶孔向留胶槽内注入粘接剂，待粘接剂凝固后，取出调节螺钉，完成超轻型柔性支撑光学系统的装配。

进一步地，还包括步骤4：安装套筒。

进一步地，所述步骤2具体为：

2.1通过吸笔将第一个光学元件装入主镜筒内部对应位置处；

2.2通过吸笔调节该光学元件的姿态，然后用调节螺钉固定其姿态；

2.3重复步骤2.1和2.2，直至N个光学元件的姿态均固定到位；

2.4通过调节调节螺钉对每个光学元件的位置进行调整，直至N个光学元件的同轴度符合要求。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的光学系统，采用了光学元件直接通过周向设置的柔性支撑片以及粘接剂支撑固定，相比现有方案，省略了光学元件的镜座，在不影响原有光学系统功能的前提下，可以通过柔性支撑片以及粘接剂的柔性性能，避免由于热膨胀导致的光学元件位置偏离，甚至强力挤压光学元件导致系统性能下降，并且柔性支撑片加胶层（粘接剂）组成的柔性支撑结构，提高了光学元件的支撑强度，确保其可靠性和稳定性，属于要素省略的发明创造。本发明可以兼容较为恶劣的热环境条件，较原有系统可以提高光学系统的性能，并且结构简便，加工容易，研制周期大幅缩短，成本低廉。

2、本发明中，光学元件直接通过胶层及柔性支撑片进行支撑，实现光学元件的单层支撑，配合减重槽使用，大幅减轻了自身重量和外包络尺寸，提高了装配效率。

3、本发明中，设置的柔性支撑结构提高了光学系统的装配精度和热环境适应性。

4、本发明中，通过内壁设置超黑涂层的套筒，可以实现消杂光和防尘的功能，并可有效吸收内部杂散光，套筒可选用轻质材料，壁厚可考虑加工的极限尺寸，有效减轻重量，拆卸便易。

5、本发明中，在柔性支撑片上设置有调整孔，在光学元件装入主镜筒后可通过调整孔微调其位置，比如同轴度等。

6、本发明中，为了便于光学元件装入，在柔性支撑片沿光学元件插入方向的一端设置倒角。

7、本发明中，将注胶孔设置为螺纹孔，可以使得粘接剂凝固后成螺纹状，不容易脱落。

附图说明

图1是本发明柔性支撑光学系统实施例的整体结构剖视图；

图2是本发明柔性支撑光学系统实施例中主镜筒和光学元件的结构剖视图；

图3是本发明柔性支撑光学系统实施例中主镜筒的整体结构示意图（一）；

图4是本发明柔性支撑光学系统实施例中主镜筒的整体结构示意图（二）；

图中：1、主镜筒；2、光学元件；3、非支撑模块；4、支撑模块；5、支撑单元；6、弹性支撑段；7、柔性支撑段；8、留胶槽；9、注胶孔；10、减重槽；11、柔性支撑片；12、调整孔；13、套筒。

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。

本发明提出一种超轻型柔性支撑光学系统，如图1与图2所示，包括主镜筒1、套筒13和六个光学元件2。

如图3与图4所示，主镜筒1包括七个非支撑模块3和六个支撑模块4，七个非支撑模块3与六个支撑模块4沿主镜筒1轴向交错设置，每个支撑模块4包括依次连接的三个支撑单元5，每个支撑单元5包括沿周向相邻设置的一个弹性支撑段6和一个柔性支撑段7，相邻两个支撑单元5的弹性支撑段6和柔性支撑段7交错连接，柔性支撑段7包括减重槽10和柔性支撑片11，柔性支撑片11位于减重槽10内侧中部，且与减重槽10沿主镜筒1轴向两侧连接，减重槽10为贯通槽，柔性支撑片11与光学元件2之间设置有0.01-0.02mm的间隙，柔性支撑片11中部沿主镜筒1径向设置有调整孔12，调整孔12为螺纹孔，调整孔12用于安装外部调节件，外部调节件优选调节螺钉，光学元件2装入主镜筒1后可通过安装的三个调节螺钉的旋入旋出微调光学元件2的位置，比如同轴度等；根据光学元件2和粘接剂的厚度及粘接特性设置柔性支撑片11与光学元件2之间的距离，需要保证光学元件2安装后，柔性支撑片11与光学元件2紧密配合实现精密定位，确保光学元件2的径向安装精度。

弹性支撑段6内壁设置有留胶槽8，留胶槽8沿周向的两端与减重槽10连通，留胶槽8沿主镜筒1径向的槽深为0.1-0.2mm，留胶槽8的轴向尺寸与光学元件2的边缘轴向尺寸相等，弹性支撑段6沿主镜筒1径向设置有与留胶槽8连通的注胶孔9，注胶孔9为螺纹孔，根据光学元件2和粘接剂的厚度及粘接特性设置留胶槽8的径向尺寸，需保证粘接剂从螺纹注胶孔9注入留胶槽8后，不会从减重槽10流出。具体的，将粘接剂通过注胶孔9，注入留胶槽8内，实现光学元件2与主镜筒1的胶粘，最终完成良好的支撑固定。

主镜筒1外部套设有与其非支撑模块3形状相适配的套筒13，套筒13的长度与主镜筒1长度相等，套筒13左侧内圆面一体连接有圆环，圆环的内径小于主镜筒1的外径，用以直接隔绝外部杂散光和灰尘，套筒13内壁可喷涂超黑涂层，可有效吸收内部杂散光；套筒13可设置有外部接口用以外部连接。

为了进一步实现减重的作用，减重槽10对应的圆心角大于柔性支撑片11对应的圆心角的3倍。

为了便于光学元件2插入支撑模块4，柔性支撑片11沿光学元件2插入方向的一端设置有倒角。

本发明还提出上述光学系统的装配方法，包括以下步骤：

步骤1：加工主镜筒1；

步骤2：用吸笔将六个光学元件2依次装入主镜筒1内并调整其姿态，再用调节螺钉调整光学元件2的位置；

具体的：

2.1通过吸笔将第一个光学元件2装入主镜筒1内部对应位置处；

2.2通过吸笔调节该光学元件2的姿态，然后用调节螺钉固定其姿态；

2.3重复步骤2.1和2.2，直至六个光学元件2的姿态均固定到位；

2.4通过调节调节螺钉对每个光学元件2的位置进行调节，直至六个光学元件2的同轴度符合要求；

步骤3：通过注胶孔9向留胶槽8内注入粘接剂，实现光学元件2与主镜筒1的胶粘，待粘接剂凝固后，取下调节螺钉，完成超轻型柔性支撑光学系统的装配，完成良好的支撑固定；

步骤4：安装套筒13。

Claims (10)

1.一种超轻型柔性支撑光学系统，包括主镜筒(1)与N个光学元件(2)，其中，N≥1，其特征在于：

所述主镜筒(1)包括N+1个非支撑模块(3)和用于支撑光学元件(2)且与光学元件(2)一一对应的N个支撑模块(4)，N个支撑模块(4)和N+1个非支撑模块(3)沿主镜筒(1)的轴向交错设置；

所述支撑模块(4)包括沿主镜筒(1)圆周均匀设置的至少三个支撑单元(5)，所述支撑单元(5)包括沿周向相邻设置的弹性支撑段(6)和柔性支撑段(7)；所述弹性支撑段(6)内壁设置有留胶槽(8)，留胶槽(8)内沿主镜筒(1)的径向设置有注胶孔(9)；所述柔性支撑段(7)包括减重槽(10)以及设置在减重槽(10)内部的柔性支撑片(11)，减重槽(10)为贯通槽；所述柔性支撑片(11)的两端分别连接减重槽(10)轴向两侧内壁；留胶槽(8)沿周向的两端与减重槽(10)连通；

所述柔性支撑片(11)内侧与光学元件(2)的外径相适配，用于支撑光学元件(2)，柔性支撑片(11)上沿主镜筒(1)径向设置有调整孔(12)，所述调整孔(12)用于安装外部调节件，所述外部调节件用于在注胶粘接光学元件(2)前，调整光学元件(2)的位置，注胶粘接光学元件(2)后，取出外部调节件。

2.根据权利要求1所述的一种超轻型柔性支撑光学系统，其特征在于：

还包括套设在主镜筒(1)外部的套筒(13)。

3.根据权利要求2所述的一种超轻型柔性支撑光学系统，其特征在于：

所述套筒(13)内壁设置有超黑涂层。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种超轻型柔性支撑光学系统，其特征在于：

所述减重槽(10)对应的圆心角大于柔性支撑片(11)对应的圆心角的3倍。

5.根据权利要求4所述的一种超轻型柔性支撑光学系统，其特征在于：

所述注胶孔(9)为螺纹孔。

6.根据权利要求5所述的一种超轻型柔性支撑光学系统，其特征在于：

所述柔性支撑片(11)沿光学元件(2)插入方向的一端设置有倒角；

所述调整孔(12)为螺纹孔，外部调节件为调节螺钉。

7.根据权利要求6所述的一种超轻型柔性支撑光学系统，其特征在于：

所述留胶槽(8)的槽深为0.1-0.2mm；

所述柔性支撑片(11)与光学元件(2)之间设置有0.01-0.02mm的间隙。

8.一种权利要求1-7任一所述的一种超轻型柔性支撑光学系统的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：加工主镜筒(1)；

步骤2：用吸笔将N个光学元件(2)依次装入主镜筒(1)内并调整其姿态，再用调节螺钉调整光学元件(2)的位置；

步骤3：通过注胶孔(9)向留胶槽(8)内注入粘接剂，待粘接剂凝固后，取出调节螺钉，完成超轻型柔性支撑光学系统的装配。

9.根据权利要求8所述的一种超轻型柔性支撑光学系统的装配方法，其特征在于，还包括步骤4：安装套筒(13)。

10.根据权利要求9所述的一种超轻型柔性支撑光学系统的装配方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

2.1通过吸笔将第一个光学元件(2)装入主镜筒(1)内部对应位置处；

2.2通过吸笔调节该光学元件(2)的姿态，然后用调节螺钉固定其姿态；

2.3重复步骤2.1和2.2，直至N个光学元件(2)的姿态均固定到位；

2.4通过调节调节螺钉对每个光学元件(2)的位置进行调整，直至N个光学元件(2)的同轴度符合要求。