CN115657406A - 一种全铝自由曲面相机 - Google Patents

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高荣
王鹏
李锦鹏
毛祥龙
王凤彪
谢永军
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Abstract

本发明提供了一种全铝自由曲面相机,主要解决现有离轴三反消像散光学***中相机往往需要较大的体积,才能实现大视场成像目的,并且相机的材料通常采用SiC,熔石英,铍铝合金等,加工周期较长且成本较高,难以满足目前空间遥感和探测载荷快速研制进度和低成本要求的技术问题。包括镜框、分别设置于镜框相对两侧的底板和盖板、设置于镜框外侧的外遮光罩,以及设置于镜框内的内遮光罩、第一反射镜、第一遮光罩、第二反射镜、第三反射镜和第二遮光罩;底板、盖板、外遮光罩、镜框、内遮光罩、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一遮光罩和第二遮光罩均为铝合金材质;第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的面型均为自由曲面。

Description

一种全铝自由曲面相机
技术领域
本发明涉及一种相机,具体涉及一种全铝自由曲面相机。
背景技术
当前空间遥感及探测领域中常用的光学***是离轴三反消像散光学***,随着空间技术对大视场、高分辨的需求不断增加,离轴三反消像散光学***中相机的通光口径和体积也随之增大、重量也随之增加,从而导致离轴三反消像散光学***中相机的装调和制造成本越来越高。
现有离轴三反消像散光学***中相机往往需要较大的体积,才能实现大视场成像目的;并且相机的材料通常采用SiC,熔石英,铍铝合金等,加工周期较长且成本较高,难以满足目前空间遥感和探测载荷的快速研制进度和低成本要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有离轴三反消像散光学***中相机往往需要较大的体积,才能实现大视场成像目的;并且相机的材料通常采用SiC,熔石英,铍铝合金等,加工周期较长且成本较高,难以满足目前空间遥感和探测载荷快速研制进度和低成本要求的技术问题,而提供一种全铝自由曲面相机。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案为:
一种全铝自由曲面相机,其特殊之处在于:包括镜框、分别设置于镜框相对两侧的底板和盖板、设置于镜框外侧的外遮光罩,以及设置于镜框内的内遮光罩、第一反射镜、第一遮光罩、第二反射镜、第三反射镜和第二遮光罩;
所述底板、盖板、外遮光罩、镜框、内遮光罩、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一遮光罩和第二遮光罩均为铝合金材质;所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的面型均为自由曲面;
所述镜框一侧的侧壁上设置有进光口;所述外遮光罩安装于镜框上进光口处的外侧,所述内遮光罩安装于镜框上进光口处的内侧,用于视场内的输入光线进入相机内,同时可以防止视场外多余的光线进入镜框内部;
所述第一反射镜安装于镜框中与进光口所在侧壁相对应的侧壁上、且位于输入光线的光路上;所述第一遮光罩安装于镜框上第一反射镜处、且沿第一反射镜反射光线的光路设置;
所述第二反射镜安装于镜框中进光口所在方位的侧壁上、且位于第一反射镜反射光线的光路上;所述第三反射镜安装于镜框中第一反射镜所在方位的侧壁上、且位于第二反射镜反射光线的光路上,所述第二遮光罩安装于镜框上的第三反射镜处;所述镜框上位于第三反射镜反射光线的光路处设置有出光口,输入光线进入镜框内依次经第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜反射后通过出光口输出至相机的焦面A上;
所述镜框的出光口处安装有外部CCD,用于敏感相机输出的光线。
进一步地,所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为一体设置,包括反射镜本体,以及三个均匀设置于反射镜本体周侧的安装平板;
定义反射镜本体上与加工时机床Y轴同轴同向的方向为正Y方向,位于反射镜本体正Y方向上的安装平板远离反射镜本体一端设置有第一平面基准,用于加工反射镜本体时与加工机床上的Y轴对齐。
进一步地,其余两个安装平板远离反射镜本体一端均设置有圆周基准,用于反射镜本体加工准备过程中的动平衡调整。
进一步地,三个所述安装平板朝向反射镜本体正面一侧均设置有第二平面基准平面基准和反射镜本体光学面同时使用SPDT加工,保证平面基准的精度,用于安装时与镜框配合,提高第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜之间的位置精度。
进一步地,所述安装平板沿反射镜本体轴向、与反射镜本体周侧连接的两个相对侧壁上均设置有柔性卸载槽,用于卸载反射镜本体与镜框螺钉安装时的应力。
进一步地,所述反射镜本体周侧设置有环形的凹槽,用于防止加工安装平面时刀具与反射镜本体接触,同时卸载安装应力。
进一步地,所述外遮光罩、内遮光罩、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第一遮光罩和第二遮光罩均通过铝合金螺钉连接在镜框上;
还设置有支撑板,所述底板通过铝合金螺钉连接至支撑板上。
进一步地,所述底板与支撑板的连接面之间设置有修切垫板。
进一步地,所述内遮光罩和外遮光罩内部均设置有挡光环。
进一步地,所述镜框的出光口处设置有CCD转接件,外部的CCD通过CCD转接件安装于镜框上;所述镜框的出光口处设置有CCD修切垫圈。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明中将第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均设置为自由曲面,并且通过将第一反射镜设置在进光口的进光路线上,将第二反射镜设置在第一反射镜的反射光路上,将第三反射镜设置在第二反射镜的反射光路上,将出光口设置在第三反射镜的反射光路上,能够以紧凑的结构实现较大的视场成像,从而使相机可以实现轻重量、小体积的目的。
2、本发明中将所有结构件均采用铝合金制造,不仅重量轻、易加工,并且由于所有结构件的膨胀系数一致,具有光机无热化的特点,不易产生热离焦现象。
3、本发明中将反射镜本体和安装平板进行一体化设计,不仅可以保证第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的安装精度,还可以简化安装步骤。
4、本发明通过在安装平板上设计第一平面基准和圆周基准第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜加工时的精度,防止加工误差导致相机的精度降低;通过设置的第二平面基准,可以在与镜框配合时提高可以进一步提高第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜安装时的安装精度。
附图说明
图1是本发明一种全铝自由曲面相机实施例在主视视角下的剖视图;
图2是图1的左视图;
图3是本发明一种全铝自由曲面相机实施例中第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的结构示意图。(图a为背面视图,图b为侧面的剖视图,图c为正面视图)
图中,1-镜框,2-底板,3-盖板,4-外遮光罩,5-内遮光罩,6-第一反射镜,7-第一遮光罩,8-第二反射镜,9-第三反射镜,10-第二遮光罩,11-进光口,12-出光口,13-反射镜本体,14-安装平板,141-第一平面基准,142-圆周基准,143-第二平面基准,144-柔性卸载槽,145-凹槽,15-支撑板,16-修切垫板,17-CCD修切垫圈,18-CCD转接件,19-挡光环。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种全铝自由曲面相机作进一步详细说明。根据下面具体实施方式,本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是:附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的;其次,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1-图3所示,本发明一种全铝自由曲面相机,包括镜框1、支撑板15、分别设置于镜框1相对两侧上的底板2和盖板3(如图2所示)、设置于镜框1外侧的外遮光罩4,以及设置于镜框1内的内遮光罩5、第一反射镜6、第一遮光罩7、第二反射镜8、第三反射镜9和第二遮光罩10。
为了降低加工难度、减轻相机重量,在本实施例中将底板2、盖板3、外遮光罩4、镜框1、内遮光罩5、第一反射镜6、第二反射镜8、第三反射镜9、第一遮光罩7和第二遮光罩10均设置为铝合金材质,具体的,所采用铝合金材料的牌号为6061-T6;外遮光罩4、内遮光罩5、第一反射镜6、第二反射镜8、第三反射镜9、第一遮光罩7和第二遮光罩10均通过铝合金螺钉连接在镜框1上;在本实施例中,镜框1采用一体式结构,通过整块铝合金一次性机械加工而成,相比于采用组装结构可能会引入安装误差,采用一体式结构可以保证第一反射镜6、第二反射镜8和第三反射镜9安装位置的相互位置精度;在底板2和支撑板15的连接面之间设置有修切垫板16,铝合金螺钉依次穿过底板2、修切垫板16与支撑板15连接,将底板2与支撑板15连为一体,支撑板15的面积大于底板2面积,在支撑板15上设置有若干连接螺孔,用于将相机连接至光学***中。
如图1所示,镜框1一侧的侧壁上设置有进光口11;外遮光罩4安装于镜框1上进光口11处的外侧,内遮光罩5安装于镜框1上进光口11处的内侧,用于视场内输入光线进入相机内,同时可以防止视场外的光线进入镜框1内部,在内遮光罩5和外遮光罩4内均设置有挡光环19;内遮光罩5输入端的通光口径与进光口11的直径相适配,输出端的通光口径小于输入端的通光口径,用于只将输入光线导入第一反射镜6镜面的一部分,为第一反射镜6上反射光线的光路传播留下足够空间,防止内遮光罩5完全罩住第一反射镜6,导致第一反射镜6的反射光线受阻;第一反射镜6安装于镜框1中与进光口11所在侧壁相对应的侧壁上、且位于输入光线的光路上;第一遮光罩7安装于镜框1上第一反射镜6处、且沿第一反射镜6反射光线的光路设置;第二反射镜8安装于镜框1中进光口11所在方位的侧壁上、且位于第一反射镜6反射光线的光路上;第三反射镜9安装于镜框1中第一反射镜6所在方位的侧壁上、且位于第二反射镜8反射光线的光路上,第二遮光罩10安装于镜框1上的第三反射镜9处;镜框1上位于第三反射镜9反射光线的光路处设置有出光口12,镜框1的出光口12处设置有CCD转接件18,并在CCD转接件18于镜框1的安装处设置有CCD修切垫圈17,CCD转接件18上安装有外部CCD,用于敏感相机输出的光线;输入光线依次经第一反射镜6、第二反射镜8和第三反射镜9作用后通过出光口12输出至相机的焦面A上。
其中第一反射镜6、第二反射镜8和第三反射镜9的面型均为自由曲面;本领域中,对自由曲面反射镜的常用加工方式是SPDT,因此,通过在反射镜的结构上设计加工基准,可以有效保证反射镜的加工精度;如图3所示,第一反射镜6、第二反射镜8和第三反射镜9均为一体设计,包括反射镜本体13,以及三个均匀设置于反射镜本体13周侧、靠近其背面的安装平板14;定义反射镜本体13上与加工时机床Y轴同轴同向的方向为正Y方向,位于反射镜本体13正Y方向上的安装平板14远离反射镜本体13一端设置有第一平面基准141,用于加工反射镜本体13时与加工机床上的Y轴对齐;其余两个安装平板14远离反射镜本体13一端均设置有圆周基准142,用于反射镜本体13加工准备过程中的动平衡调整;三个安装平板14朝向反射镜本体13正面一侧均设置有第二平面基准143,用于安装时与镜框1进行配合,提高第一反射镜6、第二反射镜8和第三反射镜9之间的位置精度;安装平板14沿反射镜本体13轴向、与反射镜本体13周侧连接的两个相对侧壁上均设置有柔性卸载槽144,用于卸载反射镜本体13与螺钉安装时的应力;反射镜本体13周侧设置有环形的凹槽145,用于防止加工安装平面时刀具与反射镜本体13接触,同时可以卸载安装应力。

Claims (10)

1.一种全铝自由曲面相机,其特征在于:包括镜框(1)、分别设置于镜框(1)相对两侧的底板(2)和盖板(3)、设置于镜框(1)外侧的外遮光罩(4),以及设置于镜框(1)内的内遮光罩(5)、第一反射镜(6)、第一遮光罩(7)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)和第二遮光罩(10);
所述底板(2)、盖板(3)、外遮光罩(4)、镜框(1)、内遮光罩(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第一遮光罩(7)和第二遮光罩(10)均为铝合金材质;所述第一反射镜(6)、第二反射镜(8)和第三反射镜(9)的面型均为自由曲面;
所述镜框(1)一侧的侧壁上设置有进光口(11);所述外遮光罩(4)安装于镜框(1)上进光口(11)处的外侧,所述内遮光罩(5)安装于镜框(1)上进光口(11)处的内侧,用于视场内的输入光线进入相机内;
所述第一反射镜(6)安装于镜框(1)中与进光口(11)所在侧壁相对应的侧壁上、且位于输入光线的光路上;所述第一遮光罩(7)安装于镜框(1)上第一反射镜(6)处、且沿第一反射镜(6)反射光线的光路设置;
所述第二反射镜(8)安装于镜框(1)中进光口(11)所在方位的侧壁上、且位于第一反射镜(6)反射光线的光路上;所述第三反射镜(9)安装于镜框(1)中第一反射镜(6)所在方位的侧壁上、且位于第二反射镜(8)反射光线的光路上,所述第二遮光罩(10)安装于镜框(1)上的第三反射镜(9)处;所述镜框(1)上位于第三反射镜(9)反射光线的光路处设置有出光口(12),输入光线通过进光口(11)进入镜框(1)内,依次经第一反射镜(6)、第二反射镜(8)和第三反射镜(9)反射后通过出光口(12)输出至相机的焦面A上;
所述镜框(1)的出光口(12)处安装有外部CCD,用于敏感相机输出的光线。
2.根据权利要求1所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述第一反射镜(6)、第二反射镜(8)和第三反射镜(9)均为一体设置,包括反射镜本体(13),以及三个均匀设置于反射镜本体(13)周侧的安装平板(14);
定义反射镜本体(13)上与加工时机床Y轴同轴同向的方向为正Y方向,位于反射镜本体(13)正Y方向上的安装平板(14)远离反射镜本体(13)一端设置有第一平面基准(141),用于加工反射镜本体(13)时与加工机床上的Y轴对齐。
3.根据权利要求2所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:其余两个安装平板(14)远离反射镜本体(13)一端均设置有圆周基准(142),用于反射镜本体(13)加工准备过程中的动平衡调整。
4.根据权利要求3所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:三个所述安装平板(14)朝向反射镜本体(13)正面一侧均设置有第二平面基准(143),用于安装时与镜框(1)配合提高第一反射镜(6)、第二反射镜(8)和第三反射镜(9)之间的位置精度。
5.根据权利要求4所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述安装平板(14)沿反射镜本体(13)轴向、与反射镜本体(13)周侧连接的两个相对侧壁上均设置有柔性卸载槽(144)。
6.根据权利要求5所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述反射镜本体(13)周侧设置有环形的凹槽(145)。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述外遮光罩(4)、内遮光罩(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(8)、第三反射镜(9)、第一遮光罩(7)和第二遮光罩(10)均通过铝合金螺钉连接在镜框(1)上;
还设置有支撑板(15),所述底板(2)通过铝合金螺钉连接至支撑板(15)上。
8.根据权利要求7所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述底板(2)与支撑板(15)的连接面之间设置有修切垫板(16)。
9.根据权利要求8所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述内遮光罩(5)和外遮光罩(4)内部均设置有挡光环(19)。
10.根据权利要求9所述的一种全铝自由曲面相机,其特征在于:所述镜框(1)的出光口(12)处设置有CCD转接件(18),外部的CCD通过CCD转接件(18)安装于镜框(1)上;所述镜框(1)的出光口(12)处设置有CCD修切垫圈(17)。
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