CN110320636A - 一种金属反射镜支撑结构及金属反射镜*** - Google Patents

一种金属反射镜支撑结构及金属反射镜*** Download PDF

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Abstract

本发明提供的金属反射镜支撑结构，包括：基座及反射镜背板，所述反射镜背板与所述基座固定连接，光学反射镜与所述反射镜背板固定连接，所述反射镜背板包括柔性支撑件，所述光学反射镜安装在所述柔性支撑件所在的平面上，当所述反射镜存在装配误差时，所述柔性支撑件可通过自身的弹性变形进行补偿，本发明提供的金属反射镜支撑结构，当光学反射镜受到重力、温度变化作用时以及存在装配误差时，柔性支撑件通过自身的弹性变形进行补偿，避免影响反射镜面形精度。另外，本发明还提供了一种包括所述金属反射镜支撑结构的金属反射镜***。

Description

一种金属反射镜支撑结构及金属反射镜***
技术领域
本发明涉及光学加工技术领域，特别涉及一种金属反射镜支撑结构。
背景技术
折反式光学***被广泛应用于光学测量与遥感等领域。随着科技的迅速发展，光电遥感设备的折反式光学***向着灵巧型、轻质和高分辨率的方向发展，对折反式光学***的体积、重量等提出了更高的要求。金属反射镜由于其具有加工周期短，加工工艺性好，材料价格低等优势，在折反式光学***中逐渐获得应用。
金属反射镜是折反式光学***的核心元件，为达到探测器高分辨率的要求，必须保证它具有高质量的光学面形精度。为此，结构设计时需要采用反射镜柔性结构支架等消应力技术，以满足反射镜在转动力矩、重力场、振动及热环境下具有合理的约束，保证探测器的高成像质量要求。当金属反射镜工作方向变化时，反射镜的柔性结构易导致面形精度变差，因此要求反射镜柔性支撑结构各向等刚度。
在空间反射镜支撑领域，现有专利名称为“可调节反射镜Bipod柔性支撑结构及支撑装置”，申请号为201720931601.3的专利，采用反射镜Bipod柔性结构周边支撑方式，该发明中的典型反射镜材料为碳化硅材料，能够满足空间反射镜的支撑要求，但是无法直接应用于金属反射镜的支撑。同时，在有空间限制条件时，反射镜无法采用周边支撑的方式，需要采用背部支撑，而对于采用背部Bipod柔性支撑结构方案，反射镜会产生象散，无法满足光学指标。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构紧凑，稳定性高的金属反射镜支撑结构。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种金属反射镜的支撑结构，包括：基座及反射镜背板，所述反射镜背板与所述基座固定连接，光学反射镜与所述反射镜背板固定连接，所述反射镜背板包括柔性支撑件，所述光学反射镜安装在所述柔性支撑件所在的平面上，当所述反射镜存在装配误差时，所述柔性支撑件可通过自身的弹性变形进行补偿。
在一些较佳的实施例中，所述基座呈圆环状，所述反射镜背板的中心与所述基座的中心重合，所述反射镜背板通过螺钉固定在所述基座上。
在一些较佳的实施例中，所述反射镜背板中心与所述光学反射镜的中心重合，所述反射镜通过螺钉固定在所述反射镜背板上。
在一些较佳的实施例中，还包括至少一定位销，所述光学反射镜的安装面设有与所述定位销配作的销孔，所述定位销通过过渡配合与所述光学反射镜连接，所述反射镜背板在所述光学反射镜的安装面的相同位置有与所述定位销配作的销孔，所述定位销通过间隙配合与反射镜背板连接。
在一些较佳的实施例中，所述定位销的两端分别通过激光焊接方式实现与所述光学反射镜及所述反射镜背板的固定连接。
在一些较佳的实施例中，所述定位销为三个，以所述光学反射镜的中心轴为中心的固定直径圆周上设有与所述定位销配作的三个销孔，在所述反射镜背板的相同直径圆周处对应所述定位销设有三个配作的销孔。
在一些较佳的实施例中，所述柔性支撑件的数量至少为三个，且以所述反射镜背板中心为圆心均匀分布在一圆周上。
在一些较佳的实施例中，任意一所述柔性支撑件还连接有端部连接块，所述端部连接块上设有前凸台，所述前凸台上设有与所述光学反射镜连接定位用的销孔，所述光学反射镜安装在三个所述前凸台所组成的平面上。
在一些较佳的实施例中，所述反射镜背板还包括连接环，所述连接环上设有后凸台，所述后凸台数量至少为三个，所述柔性支撑件通过三个所述后凸台形成的平面与所述基座相连接。
在一些较佳的实施例中，所述柔性支撑件所在圆周的半径最优尺寸为所述光学反射镜直径尺寸的0.645。
在一些较佳的实施例中，所述柔性支撑件由三个柔性杆组成，且所述三个柔性杆在空间排布上呈圆锥形，任意一柔性支撑件两两成同一角度，沿圆锥中心线均匀分布。
在一些较佳的实施例中，任意一所述柔性杆包括一个径向柔节和沿所述径向柔节的两端对称设置的两个切向柔节，所述径向柔节和切向柔节相互正交，且所述径向柔节和所述切向柔节连接处有圆角。
在一些较佳的实施例中，所述柔性杆沿自身中心线成对称分布，且三个柔性杆自身中心线的延长线交于一点，多组所述柔性支撑件的柔性杆中心线延长线的交点形成一个虚拟平面，虚拟平面垂直于所述光学反射镜的光轴。
另外，本发明还提供了一种金属反射镜***，包括所述的金属反射镜的支撑结构。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的金属反射镜支撑结构，包括：基座及反射镜背板，所述反射镜背板与所述基座固定连接，光学反射镜与所述反射镜背板固定连接，所述反射镜背板包括柔性支撑件，所述光学反射镜安装在所述柔性支撑件所在的平面上，当所述反射镜存在装配误差时，所述柔性支撑件可通过自身的弹性变形进行补偿，本发明提供的金属反射镜支撑结构，当光学反射镜受到重力、温度变化作用时以及存在装配误差时，柔性支撑件通过自身的弹性变形进行补偿，避免影响反射镜变形精度。
此外，本发明提供的金属反射镜***，可以用于实现金属反射镜在可见光波段的应用，面型精度优于1/50λ(λ＝632.8nm)，且不会产生象散。
本发明提供的金属反射镜支撑结构，针对卡塞格林光学***等同轴光学***，可以在光学反射镜中心位置节省出透镜组的布局空间，压缩了整个同轴光学***在反射镜光轴方向的尺寸，布局紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1为本发明实施例提供的金属反射镜支撑结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的金属反射镜支撑结构的主视图。
图3为本发明实施例提供的金属反射镜支撑结构的A-A剖视图。
图4为本发明实施例提供的金属反射镜支撑结构的反射镜背板示意图。
图5为本发明实施例提供的金属反射镜支撑结构的反射镜背板剖视图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，为本发明实施例1提供的一种金属反射镜支撑结构的结构示意图，包括：基座4及反射镜背板2，所述反射镜背板2与所述基座4固定连接，光学反射镜1与所述反射镜背板2固定连接，所述反射镜背板2包括柔性支撑件，所述光学反射镜1安装在所述柔性支撑件所在的平面上，当所述反射镜存在装配误差时，所述柔性支撑件可通过自身的弹性变形进行补偿。
可以理解，采用金属反射镜背板的柔性支撑件结构简洁，柔性支撑件通过五轴加工中心、线切割及3D打印(增材制造技术)等加工方式加工成形，工作稳定可靠。
在一些较佳的实施例中，所述基座4呈圆环状，所述反射镜背板2的中心与所述基座4的中心重合，所述反射镜背板2通过螺钉固定在所述基座4上。
在一些较佳的实施例中，所述反射镜背板2中心与所述光学反射镜1的中心重合，所述光学反射镜1通过螺钉固定在所述反射镜背板2上。
在一些较佳的实施例中，金属反射镜支撑结构还包括至少一定位销3，所述光学反射镜1的安装面设有与所述定位销3配作的销孔(图未示)，所述定位销3通过过渡配合与所述光学反射镜1连接，所述反射镜背板2在所述光学反射镜1的安装面的相同位置有与所述定位销3配作的销孔(图未示)，所述定位销3通过间隙配合与反射镜背板2连接。
具体地，使用时，首先将定位销3放置于光学反射镜1对应的销孔位置处，定位销3和光学反射镜1的定位通过间隙配合来控制，配合公差为单边间隙不大于0.05mm；定位销3安装后，在光学反射镜1的背部方向通过激光焊接方式将定位销3与光学反射镜1进行连接，依次连接另两处定位销3。
可以理解，在反射镜背板1的相同直径圆周处有对应的销孔，销孔与定位销3配作，配合公差为单边间隙不大于0.05mm；将反射镜背板2与光学反射镜1进行组装，通过三个定位销3进行定位，安装后，用安装螺钉将光学反射镜1固定在反射镜背板2上，在光学反射镜1的背部方向通过激光焊接方式将定位销3与反射镜背板2进行连接，完成所有支撑结构的安装。
本发明提供的金属反射镜支撑结构，光学反射镜1通过销孔和反射镜背板2配作以定位销3实现定位，定位销3与反射镜背板2通过焊接方式连接，实现精确定位，光学反射镜1通过后续热处理消除因焊接产生的局部热应力。
可以理解，在激光焊接的过程中产生的热应力可以通过后续的热处理工艺实现内应力去除。在实际应用过程中，由于定位销3材料和金属反射镜1、反射镜背板2的材料一致，在环境温度变化时不会产生应力，从而避免了传统的圆锥销(不锈钢材料)与金属反射镜(6061)材料的不同，在环境温度变化时会因线膨胀系数不同而对反射镜面形产生影响。
可以理解，定位销3也可以为圆锥销，定位销3可以通过过盈配合实现光学反射镜1和反射镜背板2的精确定位。
请参阅图4及图5，柔性支撑件21的数量至少为三个，且以所述反射镜背板2中心为圆心均匀分布在一圆周上，且均匀间隔120度分布于安装直径圆周上。
进一步地，任意一所述柔性支撑件21还连接有端部连接块23。所述端部连接块23上设有前凸台27，所述前凸台27上设有与所述光学反射镜1连接定位用的销孔，所述光学反射镜1安装在三个所述前凸台27所组成的平面上。
可以理解，在实际使用中，前凸台27表面研磨以保证三个前凸台27有良好的平面度。
在一些较佳的实施例中，所述反射镜背板2还包括连接环22，所述连接环22上设有后凸台28，所述后凸台28数量至少为三个，所述柔性支撑件21通过三个所述后凸台28形成的平面与所述基座4相连接。
可以理解，在实际使用中，后凸台28表面研磨以保证三个后凸台27有良好的平面度。
可以理解，对于反射镜背板2，利用柔性支撑件21的弯曲弹性变形，三个端部连接块23相对于连接环22可以实现微小的位移，用于补偿装配应力和因重力、温度引起的内应力。tripod柔性支撑结构21为一体加工成形，确保了支撑效果的稳定性和可靠性。
在一些较佳的实施例中，所述柔性支撑件21所在圆周的半径最优尺寸为所述光学反射镜1直径尺寸的0.645。
在一些较佳的实施例中，所述柔性支撑件21由三个柔性杆组成，且所述三个柔性杆在空间排布上呈圆锥形，任意一柔性支撑件两两成同一角度，沿圆锥中心线均匀分布。
在一些较佳的实施例中，任意一所述柔性杆包括一个径向柔节24和沿所述径向柔节24的两端对称设置的两个切向柔节25，所述径向柔节24和切向柔节25相互正交，且所述径向柔节24和所述切向柔节25连接处有圆角。
可以理解，柔性支撑件21中柔性杆的柔性结构可以为圆柱形、平面薄板或者两端直径较大，中间直径较小的柔性杆。
具体地，径向柔节24的一端通过柔节连接块26与切向柔节25的一端相连，该切向柔节25的另一端与端部连接块23连接；径向柔节24的另一端通过柔节连接块26与切向柔节25一端相连，该切向柔节24的另一端与连接环22相连。
在一些较佳的实施例中，所述柔性杆沿自身中心线成对称分布，且三个柔性杆自身中心线的延长线交于一点b，多组所述柔性支撑件21的柔性杆中心线延长线的交点形成一个虚拟平面a，虚拟平面a垂直于所述光学反射镜1的光轴，且反射镜的重心在虚拟平面a内，使得反射镜可以获得最优面形精度，且不会产生象散。
可以理解，在实际应用中，可以对柔性杆中柔节的厚度、宽度和高度等尺寸作为优化设计的变量，可以获得柔性支撑结构适宜的刚度，满足整个***对反射镜组件的模态要求。
本发明提供的金属反射镜支撑结构，当光学反射镜受到重力、温度变化作用时以及存在装配误差时，柔性支撑件通过自身的弹性变形进行补偿，避免影响反射镜变形精度，其中，重力作用下镜面面形精度优于1/50λ(λ＝632.8nm)，不会产生象散。
本发明提供的金属反射镜支撑结构，针对卡塞格林光学***等同轴光学***，可以在光学反射镜中心位置节省出透镜组的布局空间，压缩了整个同轴光学***在反射镜光轴方向的尺寸，布局紧凑。
当然本发明的金属反射镜支撑结构还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (14)

1.一种金属反射镜的支撑结构，其特征在于，包括：基座及反射镜背板，所述反射镜背板与所述基座固定连接，光学反射镜与所述反射镜背板固定连接，所述反射镜背板包括柔性支撑件，所述光学反射镜安装在所述柔性支撑件所在的平面上，当所述反射镜存在装配误差时，所述柔性支撑件可通过自身的弹性变形进行补偿。
2.如权利要求1所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述基座呈圆环状，所述反射镜背板的中心与所述基座的中心重合，所述反射镜背板通过螺钉固定在所述基座上。
3.如权利要求1所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述反射镜背板中心与所述光学反射镜的中心重合，所述光学反射镜通过螺钉固定在所述反射镜背板上。
4.如权利要求3所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，还包括至少一定位销，所述光学反射镜的安装面设有与所述定位销配作的销孔，所述定位销通过过渡配合与所述光学反射镜连接，所述反射镜背板在所述光学反射镜的安装面的相同位置有与所述定位销配作的销孔，所述定位销通过间隙配合与反射镜背板连接。
5.如权利要求4所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述定位销的两端分别通过激光焊接方式实现与所述光学反射镜及所述反射镜背板的固定连接。
6.如权利要求4所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述定位销为三个，以所述光学反射镜的中心轴为中心的固定直径圆周上设有与所述定位销配作的三个销孔，在所述反射镜背板的相同直径圆周处对应所述定位销设有三个配作的销孔。
7.如权利要求1所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述柔性支撑件的数量至少为三个，且以所述反射镜背板中心为圆心均匀分布在一圆周上。
8.如权利要求7所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，任意一所述柔性支撑件还连接有端部连接块，所述端部连接块上设有前凸台，所述前凸台上设有与所述光学反射镜连接定位用的销孔，所述光学反射镜安装在三个所述前凸台所组成的平面上。
9.如权利要求1所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述反射镜背板还包括连接环，所述连接环上设有后凸台，所述后凸台数量至少为三个，所述柔性支撑件通过三个所述后凸台形成的平面与所述基座相连接。
10.如权利要求7所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述柔性支撑件所在圆周的半径为所述光学反射镜直径尺寸的0.645。
11.如权利要求10所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述柔性支撑件由三个柔性杆组成，且所述三个柔性杆在空间排布上呈圆锥形，任意一柔性支撑件两两成同一角度，沿圆锥中心线均匀分布。
12.如权利要求11所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，任意一所述柔性杆包括一个径向柔节和沿所述径向柔节的两端对称设置的两个切向柔节，所述径向柔节和切向柔节相互正交，且所述径向柔节和所述切向柔节连接处有圆角。
13.如权利要求12所述的金属反射镜支撑结构，其特征在于，所述柔性杆沿自身中心线成对称分布，且三个柔性杆自身中心线的延长线交于一点，多组所述柔性支撑件的柔性杆中心线延长线的交点形成一个虚拟平面，虚拟平面垂直于所述光学反射镜的光轴，且所述反射镜的重心在所述虚拟平面内。
14.一种金属反射镜***，其特征在于，包括权利要求1至13任一项所述的金属反射镜支撑结构。
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