[發明專利]一種大孔徑透鏡撓性支撐方法

有效

• 申請號: 201110166402.5
• 申請日: 2011-06-20
• 公開（公告）號: CN102243359A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 王永輝;張鳳芹;李慶林;蔡偉軍;范斌
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G02B7/02
• 分類號: G02B7/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種大孔徑透鏡支撐方法。

背景技術

在光學儀器中，透射成像是常用的光學成像技術，為了提高透射成像的性能，增大相對孔徑是必然選擇，即增大焦距的同時，又擴大參與成像透鏡的尺寸，但此時會給大孔徑透鏡支撐結構設計帶來較大的困難。

首先，透鏡不可以進行輕量化設計，因此不可以對其進行背部支撐；其次由于大孔徑透鏡質量較一般透鏡大，所以支撐結構要具有較好的剛度；此外由于透鏡材料一般導熱率低、比熱小，其支撐結構的要求必須保證透鏡具有良好的溫度適應性。最后，也是最重要的要求，由于透鏡的裝配需要多次的拆裝，并且由于透鏡材料本身的剛度低，其裝配要絕對避免大的裝配應力而使透鏡表面變形。而采用現有的壓緊支撐方式容易產生場曲、像散等光學像差。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種支撐簡單、振動頻率高、減振性能好的高精度大孔徑透鏡撓性支撐方法，可以消除場曲、像散等光學像差。

本發明的技術解決方案是：一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，步驟如下：

(1)在具有一定厚度的圓形鏡座外圓側間隔120度加工三個凸臺，每個凸臺的外側均加工出一個長方體結構的連接部件，所述連接部件與凸臺的連接寬度為凸臺外側寬度的一半，凸臺外側另一半寬度上沿鏡座的徑向加工安裝孔和銷釘孔，連接部件上沿鏡座的軸向加工安裝孔和銷釘孔，凸臺上沿鏡座的軸向加工安裝孔，凸臺內側加工一個帶有臺階的小凸臺；

(2)在透鏡的外圓側間隔120度加工與所述三個凸臺對應的三個安裝面，安裝面的寬度與所述小凸臺上的臺階寬度一致；

(3)加工徑向撓性元件和軸向壓板；所述的徑向撓性元件由頭部和撓性片組成，徑向撓性元件的頭部開有與凸臺外側沿鏡座的徑向加工的安裝孔和銷釘孔對應的安裝孔和銷釘孔；所述的軸向壓板由頭部和撓性部件組成，軸向壓板的頭部開有與凸臺上沿鏡座的軸向加工的安裝孔對應的安裝孔，軸向壓板的撓性部件是一段截面為半圓形的弧段；

(4)將徑向撓性元件的撓性片與透鏡安裝面的外側粘接，并將粘接后的組件通過安裝孔和銷釘孔固定在鏡座中，固定時保證透鏡安裝面的下底面與鏡座中小凸臺的臺階上表面相配合；

(5)通過軸向壓板的撓性部件將透鏡安裝面的上表面壓緊，軸向壓板通過安裝孔固定在凸臺上。

所述的徑向撓性元件采用鈦合金材料加工。

將徑向撓性元件與透鏡粘接時采用無應力膠，固化初期采用工裝保持壓緊，后期撤掉工裝，使膠層向透鏡以外釋放固化應力。

在所述的徑向撓性元件與鏡座之間增加有調整墊片，調整墊片的厚度根據向撓性元件與鏡座之間組裝后的間隙決定。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)由于在透鏡周邊均勻分布的三點進行徑向撓性和切向安裝，因而實現了無應力或小應力裝配，透鏡表面不會發生破壞性的變形，避免了傳統方式壓緊產生的場曲、像散等光學像差；

(2)徑向三點粘接安裝實現了水平方向自由度的約束和繞水平軸、光軸轉動自由度的約束，在軸向無應力壓緊定位實現豎直方向自由度約束，因而實現了透鏡六自由度的約束，定位安全可靠，該結構簡單、重量輕、結構振動頻率高、減振性能好、裝配簡單；

(3)在環境溫度水平發生較大的變化時，撓性元件可以象片狀彈簧一樣發生彎曲，從而可以吸收外界載體或鏡座的變形能，這時的透鏡可以處在相對自由狀態而得到保護；

(4)在發生組件級的溫度場不均勻變化時，撓性元件受外界載荷作用而產生切向伸縮，即使三個撓性元件伸縮量不一致，也不會導致透鏡產生繞水平軸的傾斜，而只會繞光軸產生旋轉，此時成像質量不會降低；

(5)通過具體的分析計算，合理的選擇具體參數，既能保證整個組件具有較高動態剛度，又保證了透鏡具有較高的溫度適應性，適合在特殊條件下，如航天成像或實驗室內等檢測光學儀器中使用。

附圖說明

圖1為本發明大孔徑透鏡撓性支撐裝配示意圖；

圖2為本發明鏡座的結構示意圖；

圖3為圖2的局部放大圖；

圖4為本發明大孔徑透鏡裝配圖；

圖5為本發明徑向撓性元件結構圖；

圖6為本發明軸向壓板結構圖；

圖7為本發明調整墊片結構圖。

具體實施方式

如圖1所示，為采用本發明方法支撐后的透鏡支撐結構示意圖，圖中1為鏡座、2為大孔徑透鏡、3為撓性元件、4為軸向壓板、5為調整墊片。本發明透鏡撓性支撐方法的主要步驟如下：