[發(fā)明專利]一種空間光學遙感器次鏡調(diào)焦柔性運動機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611236275.0
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106873117B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 李宗軒;左玉弟;解鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B7/04
• 分類號: G02B7/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王瑩

本發(fā)明涉及的一種空間光學遙感器次鏡調(diào)焦柔性運動機構(gòu)，屬于空間光學遙感技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的調(diào)焦柔性運動機構(gòu)，包括：外殼，蓋在外殼上的頂蓋，設置在外殼內(nèi)的次鏡柔性支撐組件、柔性驅(qū)動機構(gòu)組件和柔性導向機構(gòu)組件，以及設置在外殼外的電機——絲杠組件。該調(diào)焦柔性運動機構(gòu)，在對空間光學遙感器的次鏡實現(xiàn)高剛度、高強度、高穩(wěn)定性、高面形精度支撐的前提下，保證在低溫環(huán)境下工作時，能夠無空回、無卡滯、精確的實現(xiàn)次鏡的光學調(diào)焦，并滿足光學設計提出的次鏡相對于主鏡的偏心、傾斜等位置精度要求，加工工藝與裝配過程簡單，工作可靠，免除維護過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間光學遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的一種空間光學遙感器次鏡調(diào)焦柔性運動機構(gòu)，尤其適用于低溫工作環(huán)境。

背景技術(shù)

空間光學遙感器是進行空間天文觀測、天基地球資源勘測、地理信息測繪與國防詳查普查的精密光學遙感系統(tǒng)。長波紅外空間望遠鏡作為工作在長波紅外譜段的空間光學遙感器，其為了減小自身紅外背景噪聲輻射，提高成像的信噪比，在進行天文觀測時需要通過液態(tài)氦將整機制冷至5K以下的低溫。而遙感器是在地面室溫環(huán)境下(20℃，即29K下)完成的光學加工、檢測與遙感器裝調(diào)。地面加工裝配與在軌工作環(huán)境的巨大溫度差異，對遙感器的結(jié)構(gòu)設計帶來兩方面的困難：一是巨大溫差導致的熱脹冷縮效應，使得遙感器主鏡與次鏡之間的光機承力結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，導致光學系統(tǒng)的焦面位置相對原有設計位置發(fā)生偏差(即離焦)，降低成像質(zhì)量；二是低溫導致遙感器的運動機構(gòu)發(fā)生冷焊與卡滯，無法調(diào)焦，同樣無法保證成像質(zhì)量。解決上述困難要從兩方面著手：一是在光機結(jié)構(gòu)的材料選擇與結(jié)構(gòu)設計方面，采用線脹系數(shù)較小的溫度穩(wěn)定性材料，并采取溫度補償?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計形式，保證遙感器主鏡與次鏡間距的穩(wěn)定性；二是設計對溫度變化不敏感的新型調(diào)焦機構(gòu)，在主次鏡間距變化時能夠?qū)崿F(xiàn)在軌低溫環(huán)境下的正常工作與調(diào)焦。其中調(diào)焦機構(gòu)的設置又有兩種：一是焦面調(diào)焦，使運動機構(gòu)與焦面組件連接一體，直接調(diào)整感光元件位置至實際像面處；二是光學調(diào)焦，使運動機構(gòu)與光學系統(tǒng)中某一光學元件組件連接一體，通過調(diào)整該光學元件來改變系統(tǒng)實際像面位置，并調(diào)整至感光元件所在平面。前者需要較大調(diào)整行程，而一般的運動副機構(gòu)極容易在低溫環(huán)境下卡滯；后者需要小行程精密調(diào)整，借由柔性機構(gòu)可以實現(xiàn)，并可保證光學元件的偏心、傾斜等位置精度要求。同時由于柔性機構(gòu)沒有運動副配合，無間隙、無空回、無潤滑，可滿足較大溫度變化范圍內(nèi)的正常工作要求。

通常大口徑、長焦距、高分辨率的空間光學系統(tǒng)采用反射式設計，用于消除色差，減小體積重量并減小溫度變化的影響。無論是同軸形式還是離軸形式的系統(tǒng)，次鏡都是對位置精度最為敏感的光學元件。其軸向位置對像面位置的變化具有幾十倍甚至上百倍的放大作用。通過在次鏡處設計柔性運動機構(gòu)，實現(xiàn)光學調(diào)焦，既可利用次鏡對柔性機構(gòu)小變形的放大作用，實現(xiàn)大溫度變化范圍內(nèi)的焦面調(diào)整；又可利用柔性機構(gòu)對溫度變化不敏感的特性，保證低溫環(huán)境下的正常工作而不會卡滯。這樣可以滿足低溫工作環(huán)境下空間光學遙感器精密調(diào)焦的需求。