一种具有热调焦功能的组合镜架的制作方法

本发明涉及空间相机焦距调节技术领域，尤其涉及一种具有热调焦功能的组合镜架。

背景技术：

近年来，航天技术发展非常迅速，空间相机的应用也越来越广泛，空间相机的核心任务是获取和提供清晰完整的图像。然而，空间相机在发射和在轨运行时，会受到运载条件(如冲击、振动、加速度过载等)和环境条件(如压力、温度、微重力等)的影响，这些条件的改变会使相机发生不同程度的离焦，从而导致成像质量的下降。为了保证空间相机的成像质量，使相机对环境因素的变化具有良好的适应性，就需要在相机系统中加入调焦机构，以修正这种离焦，而调焦机构的调焦量可以根据环境条件和控制精度的要求进行确定，目的是使空间相机获得高清晰度的图像。

目前，空间相机的调焦方式有多种，主要由光学系统、结构形式、调焦精度及使用环境条件所决定。按照不同的调焦位置，可以将目前常用的调焦方式分为三类，分别是镜头调焦、反射镜调焦以及焦面调焦方式。镜头调焦即通过移动光学镜头的方式改变光学间隔，实现调焦；反射镜调焦即通过移动在光学系统中起折转光路作用的反射镜实现调焦，常用于后截距较长、调焦精度较高的光学系统中；焦面调焦即通过移动成像介质(焦面或CCD感光面)进行调焦，常应用于焦面组件结构简单、体积较小的光学系统中。

另外，按照调焦原理，也可以将调焦方式分为机械调焦和热调焦方式，其中机械调焦方式通常是由丝杠丝母或凸轮机构将电机的回转运动转换为直线运动，然后再通过一系列的减速机构实现精确调焦，凸轮机构的结构比较简单，抗冲击能力强，适宜用作重载机构的运动方向转换，但凸轮曲线的加工要求较高，且凸轮机构和其减速机构的空间要求也较大；丝杠丝母机构虽然结构简单，运动灵活，但抗冲击能力较差，装配繁琐,装配精度要求高。

目前，针对相机热调焦方式的研究较少，这种方式是指通过调整结构零部件的温度，来间接实现调整焦面位置的目的，但调焦灵敏度和精度取决于温度控制和调整精度，对相机的热控部分提出了更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有热调焦功能的组合镜架，即通过主动热控(温度调节)的方式使镜片沿轴向进行直线运动，热调焦机构三处均匀分布，还可以实现镜片一定角度的调整。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有热调焦功能的组合镜架，包括：均匀分布在圆形结构组合镜架上的三个热调焦机构(1)、隔热垫(2)、支撑镜架(3)、调整镜架(4)、镜片组(5)以及若干紧固件(6)；其中：

每一热调焦机构(1)与支撑镜架(3)连接的一端为固定端，通过紧固件(6)与支撑镜架(3)连接，中间设有隔热垫(2)；热调焦机构(1)的另一端为调节端，通过紧固件(6)与调整镜架(4)连接；镜片组(5)安装于调整镜架(4)上；所述调整镜架(4)与支撑镜架(3)轴孔配合，确保两个镜架同轴度达到预定值，且使调整镜架(4)可以沿轴向方向移动；

通过主动热控的方式使热调焦机构(1)沿光轴方向伸长或缩短，从而带动调整镜架(4)与镜片组(5)沿光轴方向移动，最终实现调焦的目标。

所述热调焦机构(1)包括：加热器一、加热器二、外罩以及紧固螺钉；其中：

所述加热器一的法兰面一侧与支撑镜架固定连接；

所述加热器二的一部分从加热器一的法兰面一侧深入至加热器一的内部，且通过紧固螺钉固定连接，并且加热器一与加热器二的径向方向存在一定间隙；

所述外罩设置在加热器一的外侧，它的高度低于调节端面，与加热器一通过螺纹固定连接。

假设初始温度为T，加热器一具有高线膨胀系数ɑ1，沿轴向初始长度为L1；加热器二具有低线膨胀系数ɑ2，沿轴向初始长度为L2；

通过在加热器一外圆面粘加热片的方式来将加热器一的温度控制在T1，T1>T，ΔT1＝T1-T；用同样的方式将加热器二的温度控制在T2，T2<T，ΔT2＝T-T2；同时ΔT1>ΔT2；

根据材料线膨胀系数的计算公式ɑ＝ΔL/(L*ΔT)，来计算出加热器一与加热器二在ΔT1、ΔT2温度变化下沿光轴方向的伸缩量分别是ΔL1、ΔL2，则调节面的调焦距离为：ΔL1-ΔL2；

通过均匀分布在圆形结构组合镜架上的三个热调焦机构(1)同时工作，能够实现镜片组(5)沿光轴方向进行直线运动；若将均匀分布在圆形结构组合镜架上的三个热调焦机构(1)设置不同的调节量，能够实现镜片组(5)一定角度的调节。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用两个镜架组合并三处均匀安装热调焦机构的方式，可以使镜片沿光轴方向发生直线运动，同时可实现镜片一定角度的调整；其中，热调焦机构可以采用两种加热器同时进行调节，可以消除热控精度对调焦机构调节精度的影响。这种方式无需复杂的机械零件和精准的装配要求，结构简单紧凑，整体体积优化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种具有热调焦功能的组合镜架的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的热调焦机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的热调焦机构的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的一种具有热调焦功能的组合镜架的结构示意图。如图1所示，其主要包括：

均匀分布在圆形结构组合镜架上的三个热调焦机构1、隔热垫2、支撑镜架3、调整镜架4、镜片组5以及若干紧固件6；其中：

每一热调焦机构1与支撑镜架3连接的一端为固定端，通过紧固件6与支撑镜架3连接，中间设有隔热垫2；热调焦机构1的另一端为调节端，通过紧固件6与调整镜架4连接；镜片组5安装于调整镜架4上；所述调整镜架4与支撑镜架3轴孔配合，确保两个镜架同轴度达到预定值，且使调整镜架4可以沿轴向方向移动；

通过主动热控的方式使热调焦机构1沿光轴方向伸长或缩短，从而带动调整镜架4与镜片组5沿光轴方向移动，最终实现调焦的目标。

如图2-3所示，所述热调焦机构1包括：加热器一1-1、加热器二1-2、外罩1-3以及紧固螺钉1-4；其中：

所述加热器一1-1的法兰面一侧与支撑镜架3固定连接；

所述加热器二1-2的一部分从加热器一1-1的法兰面一侧深入至加热器一1-1的内部，且通过紧固螺钉1-4固定连接，此外，加热器一1-1与加热器二1-2的径向方向存在一定间隙，防止因为加热膨胀发生锁死；

所述外罩1-3设置在加热器一1-1的外侧，它的高度低于调节端面，与加热器一1-1通过螺纹固定连接，添加外罩1-3可以减少外界环境对加热器二1-2的影响，同时增加加热器一1-1的散热面，加快机构散热。

本发明实施例所提供的组合镜架的核心是实现热调焦功能，其调焦原理本质是利用金属材料的线膨胀系数，即材料由于自身温度的改变会发生收缩或膨胀的现象，利用材料这个性质就可以通过主动热控的方式改变材料自身的温度，从而实现某一方向上位移的调整。需要注意的是，由于金属材料的不同，线膨胀系数亦不同，其数值也与实际温度和参考温度有关，但由于固体材料的线膨胀系数在德拜特征温度以上趋向于常量，通常可以将固体材料的线膨胀系数当作与温度无关的常数，这也是该机构实现热调焦功能的重要前提。所以根据材料线膨胀系数的计算公式ɑ＝ΔL/(L*ΔT)，其中，线膨胀系数ɑ作为材料的固有属性，通常为一个常数，ΔL为设计的目标值，即材料在ΔT温度变化下所需要沿光轴方向的伸缩量，再通过选择合适的温度控制范围ΔT，来确定材料的原始长度L。

假设初始温度为T，加热器一1-1具有高线膨胀系数ɑ1(例如铝合金)，沿轴向初始长度为L1；加热器二1-2具有低线膨胀系数ɑ2(例如殷钢)，沿轴向初始长度为L2；

通过在加热器一1-1外圆面粘加热片的方式将加热器一1-1的温度控制在T1，T1>T，ΔT1＝T1-T；用同样的方式将加热器二1-2的温度控制在T2，T2<T，ΔT2＝T-T2；同时ΔT1>ΔT2；

根据材料线膨胀系数的计算公式ɑ＝ΔL/(L*ΔT)，可以计算出加热器一1-1与加热器二1-2在ΔT1、ΔT2温度变化下沿光轴方向的伸缩量分别是ΔL1、ΔL2，则调节面的调焦距离为：ΔL1-ΔL2；

如上所述，通过两种加热器同时调节，可以消除热控精度对调节精度的影响；同时，通过均匀分布在圆形结构组合镜架上的三个热调焦机构1同时工作，能够实现镜片组5沿光轴方向进行直线运动；此外，若三个热调焦机构1分别采用不同的热控措施和控制温度，则可以将三个热调焦机构1设置不同的调节量，从而实现镜片组(5)一定角度的调节。

本发明实施例所提供的上述方案，采用两个镜架组合并三处均匀安装热调焦机构的方式，可以使镜片沿光轴方向发生直线运动，同时可实现镜片一定角度的调整；其中，热调焦机构可以采用两种加热器同时进行调节，可以消除热控精度对调焦机构调节精度的影响。这种方式无需复杂的机械零件和精准的装配要求，结构简单紧凑，整体体积优化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。