CN211505997U - 一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，包括SIC材料的主镜、次镜、次镜支杆以及主镜支撑结构，所述主镜支撑结构上装有棱镜，还包括经分体式次镜支杆与所述主镜支撑结构相连的次镜支撑座，所述次镜支撑座采用线涨系数与SIC材料相匹配的碳纤复合材料。本实用新型具备更好的热稳定性，彻底解决了反射式镜头的热敏感问题，做到镜头无热化设计；并且无薄弱环节，整体的力学稳定性非常高，其单位密度只有3.5g/mm³；取消了传统反射镜头内出现的TC4或4J32柔性过度环节，整个系统的基准统一，使累计误差变少，使单件的允许误差量变大，降低了装调的复杂性，提高了装调效率就相当于减少了生产时间，降低了生产成本。

Description

一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头

技术领域

本实用新型属于空间相机技术领域，具体涉及一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头。

背景技术

目前，因大口径的透镜在制作工艺上存在局限性，航天航空及地面跟踪测绘设备上的长焦距、大口径光学系统均采用反射光学系统。但反射式光学系统内的前反射光路即反射式光学镜头存在热影响敏感、力学条件要求高、装调复杂及装调精度要求很高的缺点，这也决定了反射式光学镜头高昂的价格，高装调精度及复杂的装调过程也使得反射式光学镜头加工周期很长，以上问题是制约反射式光学相机没有真正广泛应用的主要原因。

现有的常规解决方案为：利用不同材料的线涨系数来提高整个镜头的热稳定性。具体是将SIC轻量化主次镜预埋线涨系数调整过的4J32结构件，经柔性过度结构与TC4背板、碳纤复合材料背板或铝基复合材料背板相连接，再将碳纤复合材料支杆或支架与背板相连接，支杆前端连接次镜背板，次镜接着预埋4J32结构件，再经过柔性过度结构与次镜背板连接，这样就形成了同轴反射式光学相机的前反射镜头。

上述方案需要不断的去匹配不同材料的线涨系数来提高整个镜头的热稳定性，但是这在工艺实现上是相当困难的。复合材料支杆通过铺层结构和胶层厚度来改变线涨系数，由于大口径长焦距的同轴反射系统主次镜间距离较远，如果线涨系数匹配稍有问题，那就将失之毫厘差之千里了。为了提高热稳定性，在主镜后和次镜后均设有柔性过度结构，但基于火箭发射主动段恶劣的振动条件，柔性结构不仅要考虑温度过渡，还必须考虑其薄弱点对整个系统带来的力学不稳定的关系。同时，柔性结构的引入，导致装调过程中的基准复杂化，需要装调一步步的去修研这个基准，使其累积误差不会超过光学要求，也使得生产周期和生产成本得不到合理的控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有良好热、力适应能力的应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，以克服目前该技术领域的装置热适应范围窄、力学稳定性差、装调复杂、装调效率低的缺点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，包括主镜、次镜和用于支撑主镜的主镜支撑结构，其特征在于：

还包括次镜支撑座和次镜支杆，所述次镜支撑座与次镜一体成型，次镜支撑座通过次镜支杆与所述主镜支撑结构相连；所述次镜支杆由上下支杆连接而成，其中，所述上支杆与所述主镜相连，所述下支杆与所述次镜支撑座相连；

所述主镜支撑结构上装有棱镜；

所述主镜、次镜、次镜支杆以及主镜支撑结构均采用SIC材料，具有相同的线涨系数，所述次镜支撑座采用线涨系数与SIC材料相匹配的碳纤复合材料。

进一步地，所述主镜与主镜支撑结构一体成型。

进一步地，所述次镜支撑座为三角形结构，其支撑平面中心开孔，所述支撑平面的三个角均胶粘用于连接次镜的次镜支撑座预埋。

更进一步地，所述次镜底部设有与其一体成型的预埋座，所述预埋座底部开有三个用于卡接所述次镜支撑座预埋的预埋孔，所述次镜支撑座预埋与预埋孔卡合后，通过紧固件固定。

进一步地，所述次镜支撑座的侧壁上胶粘用于连接下支杆的下支杆预埋。

更进一步地，所述下支杆与次镜支撑座的连接端套于所述下支杆预埋上，并通过紧固件固定。

进一步地，所述上支杆与主镜支撑结构的连接端胶粘次镜支杆连接预埋，所述次镜支杆连接预埋与主镜支撑结构间设置调整垫片，用于调整主次镜间间隔。

进一步地，所述上下支杆连接的连接端均胶粘次镜支杆预埋，并以紧固件固定。

进一步地，所述棱镜胶粘在镜室内，镜室是通过螺钉连接在主镜支撑结构侧面预埋的螺钉孔位上。

进一步地，所述调整垫片、下支杆预埋、次镜支撑座预埋、次镜支杆预埋以及次镜支杆连接预埋均采用线涨系数与SIC材料匹配的4J32材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，具备更好的热稳定性，彻底解决了反射式镜头的热敏感问题，做到镜头无热化设计；并且无薄弱环节，整体的力学稳定性非常高，其单位密度只有3.5g/mm³；取消了传统反射镜头内出现的TC4或4J32柔性过度环节，整个系统的基准统一，使累计误差变少，使单件的允许误差量变大，降低了装调的复杂性，提高了装调效率就相当于减少了生产时间，降低了生产成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型应用于同轴反射式光学系统的无热化镜头的结构示意图；

图2为本实用新型应用于同轴反射式光学系统的无热化镜头另一角度的结构示意图；

图3为次镜支杆的结构示意图；

图4为次镜支撑座的结构示意图；

图5为次镜的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图2所示，本实用新型应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，包括主镜1、次镜7和用于支撑主镜1的主镜支撑结构16，还包括次镜支撑座6和保证主次间间隔的次镜支杆。所述次镜支撑座6通过次镜支杆与所述主镜支撑结构16相连。本实用新型中，所述次镜支撑座6与次镜支杆结合，能够形成稳定的次镜静定支撑结构。所述次镜支杆为分体式结构，由上下支杆连接而成。其中，所述上支杆3与所述主镜1相连，从而确定反射镜镜头整体。所述下支杆4与所述次镜支撑座6相连。

本实用新型所述主镜1与主镜支撑结构16为一体化结构，所述次镜7与次镜支撑座6也为一体化结构，均是通过SIC二次烧结一体成型的。一体成型的目的在于减少连接结构，简化系统组成，减少不必要的柔性过渡结构从而减少引入的误差，降低装调难度的同时提高系统稳定性。同时镜子和支撑结构属于同一工艺下的相同材料，因此其线胀系数完全匹配，将之前体积较大的预埋件，变成局部的体积很小的预埋件，这样就把线胀系数的匹配程度提高了很多，致使温度适应性提高。

所述主镜支撑结构16上装有一个检测用的棱镜9，统一装调加工基准。所述棱镜9可根据需求安装在三个方向(三个位置上)，具体主镜支撑结构16任意一个角的外侧壁处。所述棱镜9本身是胶粘在镜室内的，镜室是通过螺钉连接在主镜支撑结构16侧面预埋的螺钉孔位上的。将棱镜9固定在主镜支撑结构16上，结构稳定，提高了检测精度，并使得检测稳定性得到了提升。

本实用新型的一个实施例，如图3所示，所述上下支杆通过次镜支杆预埋8连接而成，形成次镜支杆整体，具体为：所述上下支杆连接的连接端均胶粘次镜支杆预埋8，并以紧固件，这里所述紧固件可以为螺钉或销钉。所述主镜1与所述次镜7间的间隔由上支杆3与下支杆4的连接来保证，由于SIC材料无法打螺钉孔，基于此，在本实用新型所有连接处均采用预埋4J32材料预埋件，线涨系数匹配精度在e-7范围内。根据计算，对整个主次镜间隔影响很小，其余所述主镜1、次镜7、次镜支杆以及主镜支撑结构16均为SIC材料，线涨系数匹配度很高，因此主次镜间间隔不会因为温度的改变而改变，所以整个系统的热稳定性很高，使用此镜头的光学相机，完全可以进行无热化设计，无需主动热控即可保证成像质量。

本实用新型的一个实施例，所述次镜7固定在次镜支撑座6上方，如图4所示，所述次镜支撑座6为三角形结构，其支撑平面中心开孔，可以使结构轻量化，并预留出了次镜检测时的工艺孔。所述支撑平面的三个角均胶粘用于连接次镜7的次镜支撑座预埋14。如图5所示，所述次镜7包括镜面11和设置于镜面11下方与其一体成型的预埋座12，所述预埋座12底部开有三个用于卡接所述次镜支撑座预埋14的预埋孔17，所述预埋孔17形状与所述次镜支撑座预埋14匹配。所述次镜的预埋孔与次镜支撑座预埋座的紧密卡合后，通过紧固件固定，这里所述紧固件可以为螺钉或销钉，实现次镜支撑座6与次镜7的固定。

本实用新型的一个实施例，所述次镜支撑座6的三面侧壁上胶粘用于连接下支杆4的下支杆预埋15。所述下支杆4与次镜支撑座6的连接端10套于所述下支杆预埋15上，并通过紧固件固定，这里所述紧固件可以为螺钉或销钉。

本实用新型的一个实施例，所述上支杆3与主镜支撑结构16的连接端胶粘次镜支杆连接预埋13，所述次镜支杆连接预埋13与主镜支撑结构16间设置调整垫片2，用于调整主次镜间间隔。本实用新型中次镜端及次镜支杆以整体形式与主镜的支撑结构16通过唯一的一个调整环节调整垫片2进行连接，通过调节垫片2调整主次镜间的间隔，消除系统误差。

本实用新型的一个实施例，所述次镜支撑座上还设有次镜遮光罩连接口5，用于连接次镜遮光罩。

本实用新型中除调整垫片2、下支杆预埋15、次镜支撑座预埋14、次镜支杆预埋8以及次镜支杆连接预埋13和次镜支撑座6外均采用SIC材料，具有相同的线涨系数。所述调整垫片2、下支杆预埋15、次镜支撑座预埋14、次镜支杆预埋8以及次镜支杆连接预埋13均采用线涨系数与SIC材料匹配的4J32材料。所述次镜支撑座6采用线涨系数与SIC材料相匹配的碳纤复合材料，利用其材料铺层工程成型的各向异性的特点，使其在成型后就具有法向(光轴法向)模量高于轴向模量的特点(光轴方向)，使其在次镜端具有消除安装应力的能力。使整个系统的安装应力有一个出口，不会传递到镜面，使波前面型精度受到干扰。

由于4J32材料和碳纤复合材料在此次实用新型的反射镜镜头内占比很小，所以由于不同材料间线涨系数不完全相同所造成的热敏感程度很小，因此热稳定性很高。以次镜7下方的次镜支撑座6为整个结构的柔性释放单元，不仅可以适应由于加工误差在连接时引入的应力，还不会形成局部的应力集中。

本实用新型中次镜支杆作为分体式再连接，并没有做成整体，降低了SIC材料在烧制过程中的困难，在结构获取和成品件率上有了很大的提升。

本实用新型的相机镜头，基本上做到了全SIC结构，并有很高的工程实现性，且相同材料的反射镜头也是热稳定性最好的实现方式。由于SIC模量太高，如果安装面少有不平就会引入很大的内部应力，本实用新型还通过对次镜支撑座6材料选择上的创新，就克服了SIC材料自身属性带来的问题。同时还提高了系统的力学稳定性，消除了薄弱点。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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

以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，包括主镜(1)、次镜(7)和用于支撑主镜(1)的主镜支撑结构(16)，其特征在于：

还包括次镜支撑座(6)和次镜支杆，所述次镜支撑座(6)与次镜(7)一体成型，次镜支撑座(6)通过次镜支杆与所述主镜支撑结构(16)相连；所述次镜支杆由上支杆(3)和下支杆(4)连接而成，其中，所述上支杆(3)与所述主镜(1)相连，所述下支杆(4)与所述次镜支撑座(6)相连；

所述主镜支撑结构(16)上装有棱镜(9)；

所述主镜(1)、次镜(7)、次镜支杆以及主镜支撑结构(16)均采用SIC材料，具有相同的线涨系数，所述次镜支撑座(6)采用线涨系数与SIC材料相匹配的碳纤复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述主镜(1)与主镜支撑结构(16)一体成型。

3.根据权利要求1所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述次镜支撑座(6)为三角形结构，其支撑平面中心开孔，所述支撑平面的三个角均胶粘用于连接次镜(7)的次镜支撑座预埋(14)。

4.根据权利要求3所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述次镜(7)包括镜面(11)和设置于镜面(11)下方与其一体成型的预埋座(12)，所述预埋座(12)底部开有三个用于卡接所述次镜支撑座预埋的预埋孔(17)。

5.根据权利要求3所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述次镜支撑座(6)的侧壁上胶粘用于连接下支杆(4)的下支杆预埋(15)。

6.根据权利要求5所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述下支杆(4)与次镜支撑座(6)的连接端(10)套于所述下支杆预埋(15)上，并通过紧固件固定。

7.根据权利要求5所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述上支杆(3)与主镜支撑结构(16)的连接端胶粘次镜支杆连接预埋(13)，所述次镜支杆连接预埋(13)与主镜支撑结构(16)间还设置调整垫片(2)，用于调整主次镜间间隔。

8.根据权利要求7所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述上支杆(3)和下支杆(4)连接的连接端均胶粘次镜支杆预埋(8)，并以紧固件固定。

9.根据权利要求1所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述棱镜(9)可根据需求安装在主镜支撑结构(16)任意一个角的外侧壁处，并与侧壁胶粘固定。

10.根据权利要求8所述的一种应用于同轴反射式光学系统的自适应镜头，其特征在于：所述调整垫片(2)、下支杆预埋(15)、次镜支撑座预埋(14)、次镜支杆预埋(8)以及次镜支杆连接预埋(13)均采用线涨系数与SIC材料匹配的4J32材料。

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