CN102338922B - 一种全铝低温全反射镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全铝低温全反射镜头，包括光学***和用于支撑连接光学***的支撑框架。光学***和支撑框架均采用铝合金材料。其中，光学***包括：主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)和四镜(4)，均设计为全发射镜片。本发明解决了低温光学中由于加工装调时的环境与工作使用时的环境不同而带来的像质降低的问题，并避免了在温度变化时光学***和支撑框架的材料线膨胀系数不一致造成的各镜之间间距等光学性能的下降。

Description

一种全铝低温全反射镜头
技术领域
本发明涉及一种全铝低温全反射镜头。
背景技术
在深空低温背景下，当需要探测的目标信号十分微弱时，探测***内常温的光学***和光机结构产生的热辐射将成为探测器背景辐射的主要来源。探测器背景辐射严重影响着探测器灵敏度，从而影响相机***探测能力。只有将光学***及光机结构冷却到一定程度，才能有效地减少背景辐射，大大提高***的探测能力。因此必须采用空间低温光学技术，才能完成对弱小目标的远距离探测。
低温光学技术主要应用于深空天文探测、空间目标监视以及空间对抗等领域。国外如哈勃望远镜、宇宙天体空间望远镜等天文探测望远镜都应用了低温光学技术。低温光学***的加工、装调、检测等环节均在常温常压环境下进行，而实际工作环境为低温真空环境，环境的改变会造成光学***的像质变化。如何保证在不同环境下，光学***能够满足像质要求是低温光学技术的难点。
国内现有的几乎所有光学***都在常温下或常温附近使用，很少考虑温度变化对光学***的影响。现有的技术不能满足低温光学的使用要求。低温光学需要从设计、加工、材料等多个方面综合考虑，使光学镜头满足工作环境下的使用要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种全铝低温全反射镜头。采用本发明解决了低温光学中由于加工装调时的环境与工作使用时的环境不同而带来的像质降低的问题，并避免了在温度变化时光学***和支撑框架的材料线膨胀系数不一致造成的各镜之间间距等光学性能的下降。
本发明的技术解决方案：
一种全铝低温全反射镜头，包括：光学***和用于支撑连接光学***的支撑框架，所述光学***和支撑框架的材料均为铝合金。
所述光学***包括：主镜、次镜、三镜和四镜，所述主镜、次镜、三镜和四镜均为全反射镜，入射的平行光依次经主镜、次镜、三镜和四镜的反射后射出光学***。
所述支撑框架包括：主支撑框、次镜支撑框和三镜支撑框；所述主镜和四镜与主支撑框相连接；次镜和三镜分别与次镜支撑框和三镜支撑框相连接。
所述主镜、次镜、三镜和四镜与主支撑框、次镜支撑框和三镜支撑框采用螺栓进行连接，所述次镜支撑框和三镜支撑框与主支撑框之间也采用螺栓进行连接。
所述主镜与次镜之间，三镜与四境之间分别通过平垫片调节间距，次镜通过球形垫片调节相对于主镜的光轴偏离，三镜通过球形垫片调节相对于四境的光轴偏离。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)由于采用同种材料(铝合金)加工光学***和支撑框架，当温度变化时，镜头可以达到同比例缩放的效果，从而保证光学***在不同温度均能保持良好像质。
(2)本发明中的光学***设计采用铝合金材料设计镜片，且主镜、次镜、三镜、四境均为全反射镜片，与透镜相比，此设计避免了由于温度变化对折射率产生的影响。
(3)本发明中光学***与支撑框架采用了螺栓加垫片(平垫片和球形垫片)的连接方式，使镜头装调工作简便而灵活。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为光路示意图；
图3为螺栓螺母连接示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
本发明如图1所示，包括光学***和用于支撑连接光学***的支撑框架。其中的光学***及支撑框架全部采用铝合金加工而成。
光学***由主镜1、次镜2、三镜3和四镜4组成，4个镜片均为全反射镜其光路如图2所示，入射的平行光照射到主镜后被反射至次镜2，次镜2再将光线反射至三镜3，三镜3将照射光线反射至四镜4后，由四境4将反射光线射出光学***。
框架结构由主支撑框5、次镜支撑框6和三镜支撑框7组成。主支撑框5与主镜1和四镜4相连，次镜支撑框6与次镜2相连，三镜支撑框7与三镜3相连。次镜支撑框6和三镜支撑框7均与主支撑框5相连。镜片和框架之间以及框架各组件之间均通过螺栓连接。
如图3所示，在具体的装配时，螺栓8依次穿过支撑框、平垫片10、球形垫片11、12和镜片的连接端，最后用螺母9拧紧固定。
其中，主镜1、次镜2、三镜3和四镜4分别和主支撑框5、次镜支撑框6和三镜支撑框7进行连接。次镜支撑框6和三镜支撑框7也采用同样的方式与主支撑框5进行连接。
在主镜1与次镜2之间，三镜3与四境4之间通过垫入不同厚度的平垫片10来调节间距。
次镜2光轴相对于主镜1光轴发生偏离，三镜3光轴相对于四境4光轴发生偏离，均通过球形垫片进行调节。组成球形垫片的球头垫片11与球窝垫片12的球形半径一致，因此两者之间可以相对无间隙滚动，从而达到调节光轴相对偏离的目的。
实施例
光学***主要实现的功能为：接收平行光，对空间方向2°×2°范围内的景物成像。具体实施方式为：光学***为全反射式，由四面反射镜组成。其中主镜1为凹双曲面镜，次镜2为凸双曲面镜，三镜3为凸球面镜，四境4为凹球面镜。其入瞳口径为Φ300mm，F#为1.5，工作谱段为5.5μm～7.5μm和8μm～12μm。由于光学设计的需要，主镜1和四境4加工为一体。
其中框架结构主要实现的功能是：支撑光学***中的镜片，使满足光学***所设计的主镜1与次镜2之间间距94.5mm±0.03mm和三镜3与四境4之间间距129.1mm±0.08mm的要求，从而使光学***在5.5μm～7.5μm时MTF达到0.49，能量集中度达到58％，在8μm～12μm时MTF达到0.3，能量集中度达到42％。最终在工作环境(120K真空环境)要求下满足成像质量要求。
主镜1和四镜4与主支撑框5通过螺栓8螺母9连接，通过球形垫片调整主镜光轴与主光轴的重合程度。次镜2与次镜支撑框6通过螺栓8螺母9连接，通过平垫片10调整次镜2与主镜1的间距，通过球形垫片调整与主光轴的重合程度。三镜3与三镜支撑框7通过螺栓8螺母9连接，通过平垫片10调整三镜3与四镜4的间距，通过球形垫片调整三镜3光轴与主光轴的重合程度。将次镜支撑框6和三镜支撑框7与主支撑框5通过螺栓8螺母9连接。
本发明中用于制作光学***和支撑框架的铝合金优选铝合金6061。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种全铝低温全反射镜头，其特征在于包括：光学***和用于支撑连接光学***的支撑框架，所述光学***和支撑框架的材料均为铝合金；
所述光学***包括：主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)和四镜(4)，所述主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)和四镜(4)均为全反射镜，入射的平行光依次经主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)和四镜(4)的反射后射出光学***；
所述支撑框架包括：主支撑框(5)、次镜支撑框(6)和三镜支撑框(7)；所述主镜(1)和四镜(4)与主支撑框(5)相连接；次镜(2)和三镜(5)分别与次镜支撑框(6)和三镜支撑框(7)相连接；
所述主镜(1)为凹双曲面镜，所述次镜(2)为凸双曲面镜，所述三镜(3)为凸球面镜，所述四镜(4)为凹球面镜。
2.根据权利要求1所述的一种全铝低温全反射镜头，其特征在于：所述铝合金为铝合金6061。
3.根据权利要求1所述的一种全铝低温全反射镜头，其特征在于：所述主镜(1)、次镜(2)、三镜(3)和四镜(4)与主支撑框(5)、次镜支撑框(6)和三镜支撑框(7)采用螺栓进行连接，所述次镜支撑框(6)和三镜支撑框(7)与主支撑框(5)之间也采用螺栓进行连接，
所述主镜(1)与次镜(2)之间，三镜(3)与四镜(4)之间分别通过平垫片(10)调节间距，次镜(2)通过球头垫片(11)和球窝垫片(12)调节相对于主镜(1)的光轴偏离，三镜(3)通过球头垫片(11)和球窝垫片(12)调节相对于四镜(4)的光轴偏离。 
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