专利名称：一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统的制作方法
技术领域：
本发明属于航天光学遥感领域，涉及一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统。
背景技术：
航天侦察相机不仅要求有高的地面分辨率，而且需要具有敏捷能力，能够对突发事件快速响应。而高的地面分辨率要求相机具有长焦距；要满足SNR(信噪比)的需求，相机要具有较大的口径；这使相机的体积和重量变得很庞大，增大了卫星的发射成本，影响了卫星的机动能力，对于微小卫星来说，由于受到体积和重量的限制，地面分辨率基本保持在
2.5m左右，而无法进一步提高，无法满足高分辨率侦察的需求。因此，相机的轻小型化成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，一种次镜可伸缩小型相机光机系统，次镜支撑结构采用轻质高压缩比折叠式结构，使次镜可沿光轴方向伸缩，与传统相机相比，节省50%以上的体积和重量。本发明的技术解决方案是一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，安装在卫星上，包括连接环、基板、主反射镜组件、次镜折叠支撑结构、横梁、次镜组件、遮光罩和校正镜组件；连接环是所述相机光机系统与卫星之间的连接结构，包括内外和外环，内环与所述相机光机系统的基板通过螺钉连接，外环与卫星通过螺钉连接，外环和内环之间通过柔性铰链连接；圆盘形的基板为所述相机光机系统的承力结构；主反射镜组件包括主反射镜和主反射镜支撑结构，圆盘状的主反射镜中间有通孔，且通过主反射镜支撑结构固定在基板上；校正镜组件包括消光锥、连接件和透镜组；消光锥为薄壁圆锥形结构，置于所述主反射镜中间通孔内，通过所述连接件固定在基板上，透镜组安装于消光锥内部空腔；次镜折叠支撑结构一端连接基板，另一端连接横梁的一端；次镜组件与横梁的另一端螺钉连接；遮光罩一端固定在次镜折叠支撑结构的环形框上，另一端固定在基板上。所述次镜折叠支撑结构包括环形框和三组可折叠结构，每组可折叠结构均包括下杆、上杆、多个折叠杆和多个转动铰链；下杆的一端固定垂直固定在基板上，上杆的一端固定在环形框上且固定点将环形框三等分，上杆与下杆之间通过多个折叠杆连接在一起且相邻两个折叠杆之间通过转动铰链连接。所述遮光罩为柔性薄膜。所述主反射镜为扁球面，所述校正镜组件的透镜组为无焦校正镜组。所述主反射镜支撑结构为三点式支撑结构。
本发明与现有技术相比的优点在于(I)本发明在光学系统中采用无焦校正镜组，只校正像差，不承担光焦度，使光学系统对次镜与校正镜组之间的距离变化不敏感，有利于可展开次镜支撑结构的设计，降低了相机可伸缩结构的设计难度。(2)相机主反射镜采用背部三点式支撑结构，大大减轻主反射镜组件结构重量，同时离散式支撑结构柔性环节可以隔离基板与反射镜之间热应力，保证反射镜具有高的面型精度。
(3)相机次镜支撑结构采用轻质高压缩比折叠结构，发射前折叠并锁紧，入轨后展开，该结构只承担对次镜定位功能，不承受火箭发射时恶劣的力学环境，故可以采用轻质材料研制，大大减轻次镜支撑结构重量，结构折叠后，可减小50%的体积，实现卫星轻小型化。
图I为本发明的光机系统组成框图；图2为本发明主反射镜组件及校正镜组件剖视图；图3为本发明的光学系统示意图；图4为本发明连接环结构图；图5为本发明次镜组件支撑结构示意图；图6为本发明次镜组件结构图；图7为本发明光机结构折叠状态示意具体实施例方式本发明提供了一种次镜可伸缩的小型相机光机系统，安装在卫星上，光学系统采用RC系统+无焦校正镜组的形式，无焦校正镜组由I片正光焦度透镜和I片负光焦度透镜组成，RC系统承担整个相机的全部光焦度，校正镜组为无焦系统，只补偿像差，不承担光焦度，具有次反射镜与校正镜组之间的距离变化对光学系统成像质量影响不灵敏的优点，相机与平台一体化设计，主反射镜、焦面等均安装于卫星平台上，结构紧凑、重量轻，次镜采用可伸缩支撑结构，收缩发射，在轨展开，可减小遥感器50%的体积，特别适用于次镜可伸缩支撑结构的超轻小型相机。如图I所示，本发明次镜可伸缩的小型相机光机系统包括连接环I、基板2、主反射镜组件3、次镜折叠支撑结构4、横梁5、次镜组件6、遮光罩7和校正镜组件8 ；连接环I是所述相机光机系统与卫星之间的连接结构，如图4所示，连接环I为内外两层环状结构，其材料为钛合金，包括内环1-4和外环1-1，内环与所述相机光机系统的基板2通过螺钉连接，外环与卫星通过螺钉连接，外环和内环之间通过柔性铰链1-3连接；这种柔性结构可以减小卫星平台振动对相机光机系统的影响，而且能减小安装应力及隔绝平台与光机系统之间的热应力。孔1-2、1_5分别是连接环与卫星平台及基板2的连接孔。圆盘形的基板2为所述相机光机系统的承力结构；主反射镜组件3包括主反射镜3-1和主反射镜支撑结构，主反射镜支撑结构包括Bipod 3-2和嵌套3-3，圆盘状的主反射镜中间有通孔，且通过主反射镜支撑结构固定在基板2上；如图2所示，主反射镜组件3包括主反射镜3-1、Bipod 3_2(数量3)和嵌套3-3 (数量3)。主反射镜材料为微晶玻璃且主反射镜为扁球面，最大通光口径450mm，中心通孔直径100mm，厚度40mm ;主反射镜支撑结构为三点式支撑结构，反射镜背部在直径为310mm的圆周上开三个直径为30mm的盲孔，孔深度30mm ;每个盲孔内部粘接的殷钢嵌套3-3，嵌套为帽状结构，壁厚4mm ；Bipod 3-2头部为圆板，其直径20mm，与嵌套螺钉粘接，Bipod中部柔性铰链厚度为3mm，底板为矩形，底板与基板通过螺钉连接。Bipod材料为钛合金。如图2所示，校正镜组件8包括消光锥8-1、连接件8-2和透镜组8_3，消光锥8_1为薄壁圆锥形结构，底部为连接件8-2，消光锥8-1与连接件8-2均为钛合金材料，消光锥8-1置于所述主反射镜中间通孔内，通过连接件8-2与基板2连接在一起，透镜组8-3安装于消光锥内部空腔；透镜组为无焦校正镜组，包括I片正光焦度透镜和I片负光焦度透镜，均安装在消光锥内壁。消光锥还具有消杂光功能，其内外表面需发黑处理。RC系统(主反射镜和次反射镜)承担整个相机的全部光焦度，校正镜组为无焦系 统，只补偿像差，不承担光焦度，具有次反射镜与校正镜组之间的距离变化对光学系统成像质量影响不灵敏的优点次镜折叠支撑结构4 一端连接基板2，另一端连接横梁5的一端；次镜组件6与横梁5的另一端螺钉连接；遮光罩7 —端固定在次镜支撑结构4的环形框4-5上，另一端固定在基板2上，遮光罩7为柔性薄膜，可以自由折叠，起到遮光作用。如图5所示，次镜折叠支撑结构4包括环形框4-5和三组可折叠结构，每组可折叠结构均包括下杆4-1、上杆4-4、多个折叠杆4-2和多个转动铰链4-3 ;下杆4_1的一端固定垂直固定在基板2上，上杆4-4的一端固定在环形框4-5上且固定点将环形框4-5三等分，上杆4-4与下杆4-1之间通过多个折叠杆4-2连接在一起且相邻两个折叠杆4-2之间通过转动铰链4-3连接。按照从下到上的顺序，折叠结构的组成如下下杆、转动铰链(包括转轴及扭矩弹簧)、折叠杆I、转动铰链、折叠杆2、转动铰链、折叠杆3、转动铰链、上杆。转动铰链的功能是连接及实现两杆的相对转动，扭矩弹簧提供转动驱动力。下杆与基板螺钉连接。支撑杆及安装环均为钛合金材料。如图6所示，次镜组件包括次镜6-1、次镜框6-2、中间框6_3、连接框6_4、和复合螺栓组6-5 ;次镜为微晶玻璃凸面镜，最大通光口径120_。次镜框、中间框、连接框、复合螺栓组均为钛合金材料。次镜框是次镜安装框，次镜框安装在中间框上，中间框背后是连接框，框之间通过螺钉连接。4个复合螺栓组安装在连接框上，穿过中间框顶着次镜框，其功能是对次镜进行俯仰、倾斜进行调节。复合螺栓是成熟的技术。如图7所示，次镜支撑结构4折叠后，光机结构总长约为到展开状态总长的一半，可以大大减小相机发射体积。本发明的光学系统一个实施方案为工作谱段O. 45 μ m O. 95 μ m,光学系统焦距3500mm, F/#为8，视场角I. 3°。光学系统光路如图3所示，光学系统包括光阑9_1、RC系统9-2、透镜组8-3和像面9-3，RC系统包括主反射镜3_1，次镜6_1，透镜组包括正光焦度透镜9-4，负光焦度透镜9-5，光阑9-1放置在主反射镜3-1上。入射光束依次经RC系统9-2中的主反射镜9-5、次反射镜9_6，成近似完善像，再经校正镜组9-3中的正光焦度透镜9-7、负光焦度透镜9-8，对残余像差进行补偿，成像在后面的像面9-4上。RC系统9-2的焦距为3500mm，校正镜组9_3的焦距为°°，次镜未折叠前，光学系统尺寸为900mmX450mmX450mm，折叠后，光学系统尺寸为400mmX450mmX450mm。本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求
1.一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，安装在卫星上，其特征在于包括连接环(I)、基板(2)、主反射镜组件(3)、次镜折叠支撑结构(4)、横梁(5)、次镜组件(6)、遮光罩(7)和校正镜组件⑶； 连接环(I)是所述相机光机系统与卫星之间的连接结构，包括内外和外环，内环与所述相机光机系统的基板(2)通过螺钉连接，外环与卫星通过螺钉连接，外环和内环之间通过柔性铰链连接；圆盘形的基板(2)为所述相机光机系统的承力结构；主反射镜组件(3)包括主反射镜和主反射镜支撑结构，圆盘状的主反射镜中间有通孔，且通过主反射镜支撑结构固定在基板(2)上； 校正镜组件(8)包括消光锥、连接件和透镜组；消光锥为薄壁圆锥形结构，置于所述主反射镜中间通孔内，通过所述连接件固定在基板(2)上，透镜组安装于消光锥内部空腔； 次镜折叠支撑结构(4) 一端连接基板(2)，另一端连接横梁(5)的一端；次镜组件(6)与横梁(5)的另一端螺钉连接；遮光罩(7) —端固定在次镜折叠支撑结构(4)的环形框上， 另一端固定在基板(2)上。
2.根据权利要求I所述的一种次镜可伸缩的小型相机光机系统，其特征在于所述次镜折叠支撑结构(4)包括环形框(4-5)和三组可折叠结构，每组可折叠结构均包括下杆(4-1)、上杆(4-4)、多个折叠杆(4-2)和多个转动铰链(4-3);下杆(4_1)的一端固定垂直固定在基板⑵上，上杆(4-4)的一端固定在环形框(4-5)上且固定点将环形框(4-5)三等分，上杆(4-4)与下杆(4-1)之间通过多个折叠杆(4-2)连接在一起且相邻两个折叠杆(4-2)之间通过转动铰链(4-3)连接。
3.根据权利要求I所述的一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，其特征在于所述遮光罩(7)为柔性薄膜。
4.根据权利要求I所述的一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，其特征在于所述主反射镜为扁球面。
5.根据权利要求I所述的一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，其特征在于所述校正镜组件(8)的透镜组为无焦校正镜组。
6.根据权利要求I所述的一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，其特征在于所述主反射镜支撑结构为三点式支撑结构。
全文摘要
一种次镜可伸缩的轻小型相机光机系统，光学系统采用RC系统+无焦校正镜组的形式，无焦校正镜组由1片正光焦度透镜和1片负光焦度透镜组成，RC系统承担整个相机的全部光焦度，校正镜组为无焦系统，只补偿像差，不承担光焦度，具有次反射镜与校正镜组之间的距离变化对光学系统成像质量影响不灵敏的优点，相机与平台一体化设计，主反射镜、焦面等均安装于卫星平台上，结构紧凑、重量轻，次镜采用可伸缩支撑结构，收缩发射，在轨展开，可减小遥感器50％的体积，特别适用于次镜可伸缩支撑结构的超轻小型相机。
文档编号G02B7/198GK102628978SQ20121008252
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者刘兆军, 周峰, 宫辉, 李欢, 汤天瑾 申请人:北京空间机电研究所