次镜支撑结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种次镜支撑结构，该次镜支撑结构包括次镜支撑筒、镶嵌有主镜的镜筒以及镶嵌有次镜的次镜组件；镜筒、次镜支撑筒以及次镜组件自外而内依次套装在一起；镜筒的热膨胀系数以及次镜组件的热膨胀系数均小于次镜支撑筒的热膨胀系数。本实用新型可解决空间相机主次镜间位置自动消热、抑制光学系统杂散光以及调节主次镜光学同轴等问题。
【专利说明】次镜支撑结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学领域，涉及一种光学元件的支撑结构，尤其涉及一种用于空间相机主次镜间位置自动消热、抑制光学系统杂散光以及调节主次镜光学同轴工作的次镜支撑结构。
【背景技术】
[0002]当今世界空间相机领域中，反射式光学系统应用得越来越广泛。而空间相机工作环境往往较为恶劣，热环境变化范围宽，空间杂散光也会对相机成像质量也有一定的影响，对于反射式光学系统而言，主次镜结构的相对位置关系直接影响到相机的功能应用。因此需要找到一种次镜支撑结构来实现主次镜位置关系的精密调整。
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可解决空间相机主次镜间位置自动消热、抑制光学系统杂散光以及调节主次镜光学同轴等问题的次镜支撑结构。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:本实用新型提供了一种次镜支撑结构，其特殊之处在于:所述次镜支撑结构包括次镜支撑筒、镶嵌有主镜的镜筒以及镶嵌有次镜的次镜组件；所述镜筒、次镜支撑筒以及次镜组件自外而内依次套装在一起；所述镜筒的热膨胀系数以及次镜组件的热膨胀系数均小于次镜支撑筒的热膨胀系数。
[0005]上述次镜组件是套筒式次镜框。
[0006]上述次镜组件是一体式套筒式次镜框。
[0007]上述套筒式次镜框包括自内而外依次设置的用于安装次镜的次镜安装框、用于抑制杂散光的多层薄壁套筒以及套装在多层薄壁套筒最外层的外圈套筒；所述镜筒、次镜支撑筒以及外圈套筒自外而内依次套装在一起。
[0008]上述多层薄壁套筒中所有套筒沿轴向尺寸是非等同的。
[0009]上述套筒式次镜框还包括设置在安装框与多层薄壁套筒之间以及多层薄壁套筒与外圈套筒之间的支撑肋。
[0010]上述套筒式次镜框还包括设置在次镜安装框内的用于压紧次镜的次镜小压圈；所述次镜小压圈呈非中空的圆盘状。
[0011]上述镜筒上设置有与镜筒和次镜支撑筒之间缝隙相贯通的第一注胶孔；所述次镜支撑筒上设置有与次镜支撑筒和次镜组件之间缝隙相贯通的第二注胶孔，所述第一注胶孔以及第二注胶孔均是螺纹孔。
[0012]上述镜筒与次镜支撑筒相接触的面上均设置有接触面台阶；所述镜筒与次镜支撑筒在接触面台阶之间设置有隔圈；所述次镜支撑结构还包括用于压紧次镜支撑筒与镜筒中的次镜大压圈。
[0013]本实用新型的有益效果是:
[0014]本实用新型提供了一种次镜支撑结构，选用热膨胀系数小的材料做镜筒和热膨胀系数大的材料做次镜支撑筒，并通过热膨胀系数小的材料做遮光筒来连接，本实用新型可实现通过次镜支撑结构在消除一定的杂散光的同时，实现主次镜在不同的热环境下，自动消除主次镜相对位置热效应，并可通过支撑结构的二次加工以保证主次镜光轴同心的功能。在不同的热环境下，采用较小热膨胀系数材料的安装有主镜的镜筒和较小热膨胀系数的安装有次镜的次镜框同方向延展或收缩，采用较大热膨胀系数材料的用于连接镜筒和次镜框的次镜支撑筒与前两者反方向延展或收缩以实现主次镜热补偿，保证主次镜轴向相对位置在不同的热环境下不变。同时，次镜框具备多层薄壁套筒，每层套筒轴向尺寸不一致，按照入射平行光打在主镜上反射光来确定，杂散光会在次镜框多层套筒间多次反射后能量减弱得到抑制。本实用新型的结构形式简单，一体化设计刚度好，零件加工简便，易装调，通过次镜框中支撑肋优化，提高了次镜组基频，保证其强度，多层薄壁套筒对入射光的遮拦小；可自行完成消热功能，维修性好；可以广泛应用于空间相机光学系统自动消热、杂光抑制和调节光学同轴中。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型所提供的次镜框的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型所提供的次镜框在另一角度的结构示意图；
[0017]图3是本实用新型所提供的次镜组件在二次加工前的结构剖视图；
[0018]图4是本实用新型所提供的次镜支撑结构在组装完成后的结构示意图；
[0019]其中:
[0020]A、B、C分别是次镜框遮光筒；D是次镜安装框；E是连接遮光筒与次镜框的支撑肋；1-镜筒；2_次镜框；3_次镜支撑筒；4-隔圈；5_次镜大压圈；6_次镜小压圈；7-次镜；8-主镜；9-固定螺钉。
【具体实施方式】
[0021]参见图4，本实用新型提供了一种次镜支撑结构，该次镜支撑结构包括次镜支撑筒、镶嵌有主镜的镜筒以及镶嵌有次镜的次镜组件；镜筒、次镜支撑筒以及次镜组件自外而内依次套装在一起；镜筒的热膨胀系数以及次镜组件的热膨胀系数均小于次镜支撑筒的热膨胀系数。
[0022]镜筒的材料选用钛合金材料、殷钢材料或是碳纤维材料加工而成；次镜组件的材料选用钛合金材料、殷钢材料或是碳纤维材料加工而成；次镜支撑筒的材料同样选用铝合金材料或铝镁合金加工而成。
[0023]次镜支撑筒材料选用热膨胀系数较大的铝合金材料，一端具有螺纹用以连接次镜框，另一端可进行二次加工与镜筒配做可实现对主次镜的光学同轴调节，同时配合镜筒、次镜框完成自动消热功能，次镜支撑筒与镜筒连接处加工螺纹孔，并加工流胶槽。
[0024]次镜组件是套筒式次镜框，尤其是一体式套筒式次镜框。镜筒材料材料选用热膨胀系数较小的钛合金材料，可以安装主镜和次镜支撑筒等，并通过法兰与外部设备进行连接，镜筒与次镜支撑筒连接位置开螺纹孔。
[0025]套筒式次镜框包括自内而外依次设置的用于安装次镜的次镜安装框、用于抑制杂散光的多层薄壁套筒以及套装在多层薄壁套筒最外层的外圈套筒；镜筒、次镜支撑筒以及外圈套筒自外而内依次套装在一起。最外圈套筒具有螺纹，且另一端加工一圆柱台阶外径与次镜支撑筒内径配做；三条支撑肋用于连接多层套筒和次镜内框，支撑肋经过优化设计轴向保持与对应连接套筒同长以便于加工同时加强结构整体强度。
[0026]多层薄壁套筒中所有套筒沿轴向尺寸是非等同的。
[0027]套筒式次镜框还包括设置在安装框与多层薄壁套筒之间以及多层薄壁套筒与外圈套筒之间的支撑肋。
[0028]次镜小压圈用以压紧并固定次镜于次镜支撑框中，同时为遮挡入射光直接进入次镜，次镜小压圈不中空，为圆盘状，同时中心开槽减轻重量。
[0029]镜筒上设置有与镜筒和次镜支撑筒之间缝隙相贯通的第一注胶孔；次镜支撑筒上设置有与次镜支撑筒和次镜组件之间缝隙相贯通的第二注胶孔，第一注胶孔以及第二注胶孔均是螺纹孔。
[0030]镜筒与次镜支撑筒相接触的面上均设置有接触面台阶；镜筒与次镜支撑筒在接触面台阶之间设置有隔圈；隔圈通过修研可用于调节次镜与主镜初始条件下的位置关系。
[0031]次镜支撑结构还包括用于压紧次镜支撑筒与镜筒中的次镜大压圈。次镜大压圈用于压紧并固定次镜支撑筒于镜筒中，并且中空，保证对入射光无遮挡。
[0032]次镜支撑结构，主要包括热膨胀系数较小的镜筒，热膨胀系数较小的多层套筒式次镜框，以及热膨胀系数较大的次镜支撑筒以及相应配套附件，本实用新型可以用以空间相机反射式光学系统主次镜被动热控、杂散光抑制和光学同轴调节。
[0033]在不同的热环境下，采用较小热膨胀系数材料的安装有主镜的镜筒和较小热膨胀系数的安装有次镜的次镜框同方向延展或收缩，采用较大热膨胀系数材料的用于连接镜筒和次镜框的次镜支撑筒与前两者反方向延展或收缩以实现主次镜热补偿，保证主次镜轴向相对位置在不同的热环境下不变。
[0034]次镜框具备多层薄壁套筒，每层套筒轴向尺寸不一致，按照入射平行光打在主镜上反射光来确定，杂散光会在次镜框多层套筒间多次反射后能量减弱得到抑制。
[0035]次镜组件装入次镜支撑筒中可通过二次加工与镜筒配做，确保主镜与次镜光学同轴。
[0036]分别按照图1、图2、图3加工各零件，根据图4组装各零件，各零件的表面均经过表面处理为黑色。
[0037]按照图3将次镜7装入次镜框2中D处，使用次镜小压圈6压紧次镜7并固定；如图3后将次镜框2装入次镜支撑筒3，两者通过螺纹连接次镜框A处，连接螺纹处安装固定螺钉9，次镜框2另一端与次镜支撑筒3间隙紧密配合次镜框B处，保证两者连接稳定。固定螺钉9应用于对已经完成螺纹配装后的次镜支撑筒与次镜框后的二次固定，保证二者安装完毕后稳定无相对晃动加强其连接牢固度。
[0038]图1中次镜框可分为三部分,其中图不A、B、C三处为次镜框遮光筒,D部分为次镜安装框，E部分为连接遮光筒与次镜框的支撑肋。
[0039]按图3所示，从次镜支撑筒3注胶孔注防松胶，保证防松胶与次镜框2接触，使得图3所示组件刚度提高，次镜框2与次镜支撑筒3相对无晃动。
[0040]按照图4所示，对图3次镜组件对心二次加工，保证安装接触圆柱面与次镜7同轴，且次镜支撑筒3与次镜框2紧密配合。
[0041]按照图4所示，将隔圈4和二次加工完成的次镜组件按序装入镜筒中，同时通过修研隔圈4厚度保证主次及次镜在轴向位置间隔。完毕后安装次镜大压圈5于镜筒I中用以固定次镜组件。从镜筒I注胶孔注防松胶保证防松胶与次镜组件接触，流入镜筒I与次镜支撑筒3的配合间隙中。
[0042]在空间相机处于热环境时，整个相机光学系统结构随着热量的吸收或者释放在轴向方向发生变形，主次镜之间的距离也随之发生改变。而如图4所示，通过选用材料热膨胀系数较小的镜框和次镜框2与材料热膨胀系数较大的次镜支撑筒3以结构形式实现自行消热。但需满足以下热变形条件:
[0043]O1XL^a2XLS= a 3XL2
[0044]其中:
[0045]a i为镜筒所选材料热膨胀系数；
[0046]a 2为次镜框所选材料热膨胀系数；
[0047]a 3为次镜支撑筒所选材料热膨胀系数；
[0048]LI为主镜外表面中心到次镜支撑筒与镜筒联接处距离；
[0049]L2为次镜支撑筒深入镜筒端到次镜支撑筒与镜筒联接处距离；
[0050]L3为次镜外表面中心到次镜支撑筒深入镜筒端距离。
【权利要求】
1.一种次镜支撑结构，其特征在于:所述次镜支撑结构包括次镜支撑筒、镶嵌有主镜的镜筒以及镶嵌有次镜的次镜组件；所述镜筒、次镜支撑筒以及次镜组件自外而内依次套装在一起；所述镜筒的热膨胀系数以及次镜组件的热膨胀系数均小于次镜支撑筒的热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述次镜组件是套筒式次镜框。
3.根据权利要求2所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述次镜组件是一体式套筒式次镜框。
4.根据权利要求3所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述套筒式次镜框包括自内而外依次设置的用于安装次镜的次镜安装框、用于抑制杂散光的多层薄壁套筒以及套装在多层薄壁套筒最外层的外圈套筒；所述镜筒、次镜支撑筒以及外圈套筒自外而内依次套装在一起。
5.根据权利要求4所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述多层薄壁套筒中所有套筒沿轴向尺寸是非等同的。
6.根据权利要求5所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述套筒式次镜框还包括设置在安装框与多层薄壁套筒之间以及多层薄壁套筒与外圈套筒之间的支撑肋。
7.根据权利要求2或3或4或5或6所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述套筒式次镜框还包括设置在次镜安装框内的用于压紧次镜的次镜小压圈；所述次镜小压圈呈非中空的圆盘状。
8.根据权利要求7所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述镜筒上设置有与镜筒和次镜支撑筒之间缝隙相贯通的第一注胶孔；所述次镜支撑筒上设置有与次镜支撑筒和次镜组件之间缝隙相贯通的第二注胶孔，所述第一注胶孔以及第二注胶孔均为螺纹孔。
9.根据权利要求8所述的次镜支撑结构，其特征在于:所述镜筒与次镜支撑筒相接触的面上均设置有接触面台阶；所述镜筒与次镜支撑筒在接触面台阶之间设置有隔圈；所述次镜支撑结构还包括用于压紧次镜支撑筒与镜筒中的次镜大压圈。
【文档编号】G03B17/02GK204203530SQ201420560455
【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】林上民, 刘杰, 王虎, 薛要克, 刘阳, 刘美莹, 杨少东, 陈苏 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所