一种大口径反射镜的微应力支撑结构的制作方法

本发明属于光学工程领域，涉及一种大口径反射镜的微应力支撑结构，这里所说的大口径反射镜是指直径≤600mm的反射镜。

背景技术：

目前在光学工程领域中，尤其是在大口径光学系统的研制中，大口径反射镜的支撑结构已成为研究的焦点问题。由于光学系统周围环境的因素所产生的热变、振动，以及传统支撑结构所带来的装配应力等对反射镜的面型均有直接影响，而反射镜的面型好坏则直接关系到光学系统的性能指标，因此若反射镜的支撑结构存在问题，将导致光学系统的性能指标失效，甚至使光学系统报废。

对于小于600mm口径的反射镜，传统上长采用刚性支撑，反射镜轴端采用压圈轴向固定，难以消除或减小系统光学组件的热变形以及光学系统的振动对反射镜面型影响，并且装配时压圈对反射镜易造成过定位，继而影响反射镜的面型精度。

技术实现要素：

基于以上背景,本发明提供了一种大口径反射镜的微应力支撑结构，实现大口径反射镜的微应力支撑，保证反射镜的面型精度，确保光学系统性能指标的稳定性，具有结构简单、易装配的特点。

本发明的技术方案是：

一种大口径反射镜的微应力支撑结构包括大口径反射镜、镜座和光学系统底板。所述镜座包括镜座底板和镜座中心轴。装配时，镜座中心轴从大口径反射镜的中心孔穿过，大口径反射镜的底部紧靠镜座底板，大口径反射镜的另一端通过轴向紧固压圈紧固定位。其特殊之处在于：所述大口径反射镜与镜座中心轴之间为间隙配合。所述镜座底板包括前端底板和后端底板，前端底板和后端底板之间设有第一消应力槽；所述前端底板紧靠大口径反射镜的底部，用于对大口径反射镜轴向定位；所述后端底板通过多个柔性铰链与光学系统底板相连。所述镜座中心轴上设有多个第二消应力槽，第二消应力槽位于镜座中心轴与大口径反射镜的配合区域。所述轴向紧固压圈由内圈和外圈组成，在内圈和外圈之间设有第三消应力槽。所述内圈上设有多个凸片，所述凸片沿内圈周向均匀排布；装配完成后，所述凸片紧贴大口径反射镜。

基于以上基本技术方案，本发明还作出如下优化：

所述凸片有3个，通过这种三点式紧固的形式，消除压圈对反射镜的过定位。

所述前端底板与大口径反射镜的底部通过硅橡胶粘接。

所述镜座采用热膨胀系数较低的金属材料或者复合材料制成。

本发明的优点是：

1、能有效保证反射镜的面型精度

本发明主要采用以下措施来保证反射镜面型精度：镜座采用前后端分体式设计，镜座前端底板粘接反射镜，镜座后端底板通过柔性铰链与光学系统底板相连，有效减小了系统振动对反射镜的不良影响；轴向紧固压圈采用三点紧固定位形式对反射镜进行轴向定位，避免了传统轴向紧固压圈易对反射镜产生过定位的不易影响；设置多个消应力槽，进一步减小热变形和装配应力对反射镜面型的影响。

2、易装配，对装配工艺水平要求较低

传统轴向紧固压圈在装配时容易对反射镜过定位而影响反射镜的面型，因此对装配工艺水平要求较高；而本发明利用几何上的“三点确定一面”原理，采用三点紧固的结构形式，有效避免了轴向紧固压圈的底部与反射镜的端面接触不均，消除轴向紧固压圈对反射镜的过定位，在保证反射镜的面型精度的前提下，极大的降低了装配难度。

说明书附图

图1为本发明的结构示意图；

图2为镜座的结构示意图；

图3为镜座后端底板上柔性支撑的示意图；

图4为大口径反射镜与镜座中心轴“轴孔间隙配合”示意图；

图5A为轴向紧固压圈的立体图；

图5B为轴向紧固压圈的侧视图；

图6为轴向紧固压圈微应力形变示意图；

其中，1-大口径反射镜；2-镜座；21-镜座中心轴；22-第一消应力槽；23-第二消应力槽；24-柔性铰链；25-镜座底板；251-前端底板；252-后端底板；3-光学系统底板；4-轴向紧固压圈；41-内圈；42-外圈；43-第三消应力槽；44-凸片；5硅橡胶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明所提供的大口径反射镜的微应力支撑结构包括大口径反射镜1、镜座2和光学系统底板3。镜座2采用热膨胀系数较低的金属材料或者复合材料制成，其包括镜座底板25和镜座中心轴21；镜座底板25包括前端底板251和后端底板252，在前端底板251和后端底板252之间设有第一消应力槽22；镜座中心轴21为阶梯轴，其上与大口径反射镜1配合的区域设有多个第二消应力槽22。

装配时，将镜座中心轴21从大口径反射镜1的中心孔穿过，形成轴孔间隙配合，形成对大口径反射镜1的径向定位；使前端底板251紧靠大口径反射镜1的底部(前端底板251与大口径反射镜1的底部通过硅橡胶5粘接)，对大口径反射镜1进行轴向定位，再利用轴向紧固压圈4对大口径反射镜1进行轴向紧固；后端底板252上设置有多个柔性铰链24，通过柔性铰链24将大口径反射镜1和镜座2连接在光学系统底板3上，以消除光学系统振动对大口径反射镜1面型的不良影响。

由于大口径反射镜1和镜座中心轴21之间有配合间隙，同时在镜座中心轴21上加工有第二消应力槽22，当大口径反射镜1和镜座2产生热变形时，大口径反射镜1和镜座2在轴向之间不会接触(如图4中A处所示)，因此不会产生接触应力，从而消除光学系统组件热变形对大口径反射镜1面型精度的影响。

图5A和图5B分别为轴向紧固压圈4的立体图和侧视图，如图5A和图5B所示，轴向紧固压圈4采用弹性压片式设计，由内圈41和外圈42组成，在内圈41上沿轴向均匀布设三个凸片44，同时在内圈41和外圈42之间开设第三消应力槽43，第三消应力槽43使得三个凸片44成为具有微变形功能的弹片。当大口径反射镜1或者轴向紧固压圈4发生微变形时，可以通过这三个凸片44自身的微变形(如图6中B处所示)，消除对大口径反射镜1的内应力对面型精度的不利影响。装配完成后，凸片44紧贴大口径反射镜1的端面，这种三点紧固的结构形式，避免了轴向紧固压圈4的底部与大口径反射镜1的端面接触不均而造成的大口径反射镜1内应力分布不均对面型精度的不利影响。

本发明通过多种措施，可有效减小甚至消除各类固定支撑和外界环境因素变化对大口径反射镜面型的影响，确保光学系统的指标稳定性。