无间隙角反射器平面阵列的制作方法
【专利摘要】一种无间隙角反射器平面阵列，其包括镜框、夹紧件以及至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜；每个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜均包括圆柱面以及与圆柱面相对的锥面；至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后镶嵌于镜框中；至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式且在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切时围成一空腔；夹紧件置于空腔中；由至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜所组成的角反射器阵列是平面阵列。本实用新型提供的无间隙角反射器平面阵列具有高精度、高性能、结构简单且适用范围广泛的优点。
【专利说明】无间隙角反射器平面阵列
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学领域，涉及一种无间隙角反射器平面阵列，尤其涉及一种可应用于航天空间交会对接等高精度定位系统以及高精度激光测距系统中的无间隙角反射器平面阵列。
【背景技术】
[0002]在空间航天领域中，空间交会对接技术是发展航天技术、增强人类探索和开发太空资源能力的一项重大关键技术，可以为空间设施提供物资供给和人员运输。同时相对于目标标志器测量精度高、使用时间长，在一定程度上决定了空间交会对接自主程度和技术水平。因此需要一种高可靠、高精度和长工作寿命的角反射器用做配合光学敏感器完成实时交会测量的目标标志器。
实用新型内容
[0003]为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种高精度、高性能、结构简单且适用范围广泛的无间隙角反射器平面阵列。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:本实用新型提供了一种无间隙角反射器平面阵列，其特殊之处在于:所述无间隙角反射器平面阵列包括镜框、夹紧件以及至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜；每个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜均包括圆柱面以及与圆柱面相对的锥面；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后镶嵌于镜框中；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式且在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切时围成一空腔；所述夹紧件置于空腔中；所述由至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜所组成的角反射器阵列是平面阵列。
[0005]上述夹紧件的外边缘与圆柱形角锥棱镜的圆柱面的外形相适配。
[0006]上述夹紧件的横截面至少呈类三角形；所述类三角形包括三条边围绕形成；所述类三角形的三条边均设置有与圆柱形角锥棱镜的圆柱面的外形相适配的弧度。
[0007]上述镜框的内表面设置有与圆柱形角锥棱镜外形相适配的弧形槽台阶；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后通过镜框内表面的弧形槽台阶镶嵌于镜框中。
[0008]上述圆柱形角锥棱镜的圆柱面上均布设置有台阶；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后通过圆柱形角锥棱镜的圆柱面上均布设置的台阶以及镜框内表面的弧形槽台阶镶嵌于镜框中。
[0009]上述无间隙角反射器平面阵列还包括设置在圆柱形角锥棱镜锥面上的隔热垫。
[0010]上述隔热垫是聚酰亚胺材料制备形成的隔热垫；所述隔热垫上设置有与圆柱形角锥棱镜的锥面相适配的三角形通孔；所述三角形通孔的三个顶点处设置有腰型孔；所述三角形通孔的三条边与圆柱形角锥棱镜的锥面紧密贴合；所述三角形通孔的三个顶点的腰型孔与圆柱形角锥棱镜的相邻两锥面交汇所在的棱是非接触的。
[0011]上述无间隙角反射器平面阵列还包括用于压紧隔热垫的小压圈。
[0012]上无间隙角反射器平面阵列还包括后压板；所述小压圈设置在后压板上；所述后压板上设置有穿孔；所述圆柱形角锥棱镜的锥面穿过穿孔；所述夹紧件与后压板相连。
[0013]上述镜框的内表面还包括设置在镜框的轴向并与弧形槽台阶处于非同一平面的内腔法兰；所述后压板通过螺钉与内腔法兰相连。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]本实用新型提供了一种无间隙角反射器平面阵列，该平面阵列由至少3个圆柱形角锥棱镜、镜框、后压板、夹紧件以及压圈组成，3个圆柱形角锥棱镜的外形尺寸和材料相同，阵列形式为平面阵列，3个圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切，阵列中角锥棱镜排列方向相同。本实用新型将至少3个圆柱形角锥棱镜按照阵列要求、通过镜框，后压板，夹紧件和压圈固定，圆柱形角锥棱镜在侧面固定，结构对圆柱形角锥棱镜入射面无遮挡而形成一种无间隙平面阵列结构。本实用新型可以应用于航天空间交会对接等高精度定位系统和高精度激光测距系统中，该阵列通过角锥的无间隙排列，对入射光进行与原入射光平行方向反射以实现标志点的成像以完成测量。具体而言，本实用新型具有以下优点:
[0016]1、本实用新型通过圆柱形角锥棱镜的无间隙排列，任意两个相邻圆柱形角锥棱镜中心距等于角锥圆柱半径，通过夹紧件固定，圆柱形角锥棱镜入射面无遮拦，使得圆柱形角锥棱镜在中心间距已确定的条件下，有效工作面积最大。
[0017]2、本实用新型使得整体回光光斑有效聚合，与相同工作面积的单个圆柱形角锥棱镜所形成的反射器相比，重量大幅度减轻。
[0018]3、本实用新型用到的单个圆柱形角锥棱镜的综合角差可以达到5"以内，因而整体精度容易控制。
[0019]4、本实用新型的整体结构不采用胶粘接结构，适用环境范围宽；
[0020]5、相对于将激光作为目标标志器而言，本实用新型无需提供额外能源，属于无源器件，可满足超过10年以上的使用寿命需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1a以及图1b分别是圆柱形角锥棱镜的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型所采用的夹紧件的一实施例的结构示意图；
[0023]图3是本实用新型所采用的隔热垫的结构示意图；
[0024]图4是本实用新型所采用的镜框的平面结构示意图；
[0025]图5是本实用新型所组装形成的无间隙角反射器平面阵列的侧视结构示意图；
[0026]图6是本实用新型以7个圆柱形角锥棱镜为例组装形成的无间隙角反射器平面阵列的结构示意图；
[0027]图7是图6的后视图；
[0028]其中:
[0029]1-圆柱形角锥棱镜；2_镜框；3_后压板；4_隔热垫；5_小压圈；6_夹紧件；7_螺母；8_普通螺钉；A-内腔法兰；B-弧形槽台阶。
【具体实施方式】
[0030]参见图5，本实用新型提供了一种无间隙角反射器平面阵列，该无间隙角反射器平面阵列包括镜框、夹紧件以及至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜；每个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜均包括圆柱面以及与圆柱面相对的锥面；至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后镶嵌于镜框中；至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式且在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切时围成一空腔；夹紧件置于空腔中并将圆柱形角锥棱镜相互夹紧；由至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜最终所组成的角反射器阵列是平面阵列。
[0031]夹紧件的外边缘与圆柱形角锥棱镜的圆柱面的外形相适配，夹紧件的横截面至少呈类三角形；参见图2，类三角形包括三条边围绕形成；类三角形的三条边均设置有与圆柱形角锥棱镜的圆柱面的外形相适配的弧度，夹紧件端部有螺纹可与后压板通过螺母联接。
[0032]参见图4，镜框的内表面设置有与圆柱形角锥棱镜外形相适配的弧形槽台阶B ;至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后通过镜框内表面的弧形槽台阶镶嵌于镜框中。镜框的外表面具备安装法兰，可与外部设备联接使用。
[0033]圆柱形角锥棱镜的圆柱面上均布设置有台阶；至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后通过圆柱形角锥棱镜的圆柱面上均布设置的台阶以及镜框内表面的弧形槽台阶镶嵌于镜框中。
[0034]无间隙角反射器平面阵列还包括设置在圆柱形角锥棱镜锥面上的隔热垫。镜框、夹紧件等金属结构件表面全部黑色表面处理。
[0035]参见图3，隔热垫是聚酰亚胺材料制备形成的隔热垫；隔热垫上设置有与圆柱形角锥棱镜的锥面相适配的三角形通孔；三角形通孔的三个顶点处设置有腰型孔；三角形通孔的三条边与圆柱形角锥棱镜的锥面紧密贴合；三角形通孔的三个顶点的腰型孔与圆柱形角锥棱镜的相邻两锥面交汇所在的棱是非接触的。
[0036]继续参见图5，无间隙角反射器平面阵列还包括用于压紧隔热垫的小压圈。
[0037]无间隙角反射器平面阵列还包括设置在小压圈与隔热垫之间的后压板；小压圈设置在后压板上；后压板上设置有穿孔；小压圈通过穿孔直接顶压于隔热垫上；夹紧件与后压板相连。小压圈通过挤压隔热垫将每个角锥棱镜压紧来对角锥棱镜位置进行微调实现精度要求。
[0038]参见图4，镜框的内表面还包括设置在镜框的轴向并与弧形槽台阶处于非同一平面的内腔法兰A ;后压板通过螺钉与内腔法兰相连。
[0039]本实用新型所提供的平面阵列通过圆柱形角锥棱镜的无间隙排列，对入射光进行与原入射光平行方向反射以实现标志点的成像以完成测量。
[0040]下面，将结合7个圆柱形角锥棱镜对本实用新型所提供的技术方案进行详细说明，同时需要说明的是，依本实用新型所提供的技术方案，对至少3个的任意数量都可以实现平面阵列的组装。
[0041]该平面阵列包括角锥棱镜、夹紧件、隔热垫、后压板、镜框、普通螺钉和螺母。角锥棱镜通过夹紧件和后压板安装在镜框内部，目标发射出来的光线从角锥前端面入射经过三个角锥棱镜棱面的反射从角锥前端面射出以实现测量功能。
[0042]参见图6以及图7，角反射器由7个圆柱形角锥棱镜组成，圆柱形角锥棱镜外圆具有三处分布均匀的台阶；外圈圆柱形角锥棱镜通过该台阶放置于镜框带弧形槽的台阶上，内圈棱镜的台阶通过夹紧件螺帽对其限位。
[0043]如图5所示，6只角锥棱镜I安装于镜框2中，角锥棱镜I图1所示外圆台阶挂靠在镜框2图4所示B处圆弧槽台阶上；
[0044]如图6所示，将6只夹紧件6安放于6只角锥棱镜I两两接缝处内侧，夹紧件6螺帽挂靠在角锥棱镜外圆台阶上，再将第7只角锥棱镜通过外圆台阶挂靠在夹紧件6螺帽上；
[0045]如图5所示，将7只隔热垫4各自安装于7只角锥棱镜I上，保证隔热垫4三个倒角面与角锥棱镜I紧密贴合，角锥棱镜I尖端露出且棱边与隔热垫4不接触；
[0046]如图7所示，后压板3通过6只普通螺钉8安装在镜框2图4内腔法兰A处；通过6只螺母7将夹紧件6和后压板联接固定，至此夹紧件6通过与角锥棱镜I的外圆台阶和后压板3固定在镜框中；
[0047]如图5所示，7只小压圈5通过后压板3各自压紧对应7处隔热垫4，从而压实角锥棱镜1，保证角锥棱镜与压圈无接触；并可通过微调小压圈以调整7只角锥棱镜I位置。
[0048]该无间隙角反射器平面阵列通过角锥的无间隙排列，可对入射光进行反射实现标志点的成像以完成测量。
【权利要求】
1.一种无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述无间隙角反射器平面阵列包括镜框、夹紧件以及至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜；每个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜均包括圆柱面以及与圆柱面相对的锥面；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后镶嵌于镜框中；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式且在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切时围成一空腔；所述夹紧件置于空腔中；所述由至少3个外形尺寸相同的圆柱形角锥棱镜所组成的角反射器阵列是平面阵列。
2.根据权利要求1所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述夹紧件的外边缘与圆柱形角锥棱镜的圆柱面的外形相适配。
3.根据权利要求2所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述夹紧件的横截面至少呈类三角形；所述类三角形包括三条边围绕形成；所述类三角形的三条边均设置有与圆柱形角锥棱镜的圆柱面的外形相适配的弧度。
4.根据权利要求1或2或3所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述镜框的内表面设置有与圆柱形角锥棱镜外形相适配的弧形槽台阶；所述至少7个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后通过镜框内表面的弧形槽台阶镶嵌于镜框中。
5.根据权利要求4所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述圆柱形角锥棱镜的圆柱面上均布设置有台阶；所述至少3个圆柱形角锥棱镜以两两相邻的方式并在圆柱形角锥棱镜的圆柱面相切后通过圆柱形角锥棱镜的圆柱面上均布设置的台阶以及镜框内表面的弧形槽台阶镶嵌于镜框中。
6.根据权利要求5所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述无间隙角反射器平面阵列还包括设置在圆柱形角锥棱镜锥面上的隔热垫。
7.根据权利要求6所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述隔热垫是聚酰亚胺材料制备形成的隔热垫；所述隔热垫上设置有与圆柱形角锥棱镜的锥面相适配的三角形通孔；所述三角形通孔的三个顶点处设置有腰型孔；所述三角形通孔的三条边与圆柱形角锥棱镜的锥面紧密贴合；所述三角形通孔的三个顶点的腰型孔与圆柱形角锥棱镜的相邻两锥面交汇所在的棱是非接触的。
8.根据权利要求7所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述无间隙角反射器平面阵列还包括用于压紧隔热垫的且与圆柱形角锥棱镜数目相对应的小压圈。
9.根据权利要求8所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述无间隙角反射器平面阵列还包括后压板；所述小压圈安装在后压板上；所述后压板上设置有穿孔；所述圆柱形角锥棱镜的锥面穿过穿孔；所述夹紧件与后压板相连。
10.根据权利要求9所述的无间隙角反射器平面阵列，其特征在于:所述镜框的内表面还包括设置在镜框的轴向并与弧形槽台阶处于非同一平面的内腔法兰；所述后压板通过螺钉与内腔法兰相连。
【文档编号】G02B5/04GK204203491SQ201420560451
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】刘杰, 林上民, 王虎, 刘阳, 薛要克, 刘美莹 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所