專利名稱：用于共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)的碳纖維復(fù)合材料鏡筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相機(jī)主次鏡連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
在可見(jiàn)光長(zhǎng)焦距的共軸三反系統(tǒng)中，相機(jī)分辨率指標(biāo)達(dá)到米級(jí)和亞米級(jí)的水平，主次鏡的放大倍數(shù)往往是數(shù)十倍，這樣主次鏡間微小的誤差都可能被放大超出系統(tǒng)裝配后的精度要求，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的MTF(傳遞函數(shù))，這就對(duì)相機(jī)主次鏡連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。
共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)主次鏡的放大率為40倍，主次鏡間的光軸偏心和傾斜公差(裝配公差)以及三個(gè)反射鏡的非球面系數(shù)誤差要求非常高，從而對(duì)主次鏡連接件提出了很高的要求。
主次鏡對(duì)裝配傾斜公差要求最為敏感。在實(shí)際的相機(jī)結(jié)構(gòu)中，次鏡的光軸通過(guò)次鏡和次鏡座的對(duì)心加工實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，主鏡的光軸通過(guò)主鏡和主鏡座的對(duì)心加工實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，所以主次鏡連接結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在左端負(fù)載次鏡系統(tǒng)，右端負(fù)載主鏡系統(tǒng)的情況下，端面最大撓度2μm。同時(shí)從熱光學(xué)的角度考慮，必須保證主次鏡間隔的公差為0.01mm。通過(guò)公差分析可以看出設(shè)計(jì)出保證主次鏡間距變化量為0.01mm，主次鏡光軸偏心量小于0.002mm的鏡筒是保證光學(xué)系統(tǒng)MTF的關(guān)鍵之一。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)的碳纖維復(fù)合材料鏡筒，其解決了現(xiàn)有主次鏡連接結(jié)構(gòu)無(wú)法保證光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案 一種用于共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)的碳纖維復(fù)合材料鏡筒，所述鏡筒的一端負(fù)載次鏡系統(tǒng)，其另一端負(fù)載主鏡系統(tǒng)，其特殊之處在于所述鏡筒由層壓板鋪設(shè)而成，所述層壓板由碳纖維復(fù)合材料單層板按照以下的鋪層總數(shù)、鋪設(shè)角、鋪層順序鋪設(shè)而成 鋪層總數(shù)22，鋪設(shè)角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/90]S
或鋪層總數(shù)24，鋪設(shè)角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/±45/90]S
或鋪層總數(shù)26，鋪設(shè)角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/0/-45/90]S。
上述層合板為M40J/648碳纖維復(fù)合單層板構(gòu)成。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用高模量的M40J/648碳纖維復(fù)合單層板制成的鏡筒，鋪層設(shè)計(jì)合理，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，保證了主次鏡間的精度要求，從而保證了高分辨率光學(xué)系統(tǒng)的性能要求。



圖1為本發(fā)明鏡筒結(jié)構(gòu)示意圖；其中1-次鏡系統(tǒng)，2-鏡筒，3-固定支點(diǎn)，4-主鏡系統(tǒng)； 圖2為本發(fā)明層壓板鋪層原理示意圖。

具體實(shí)施例方式 對(duì)于可見(jiàn)光共軸三反系統(tǒng)，鏡筒的設(shè)計(jì)偏向于較高的一階頻率設(shè)計(jì)(大于200Hz)，所以設(shè)計(jì)采用碳纖維復(fù)合材料的筒式結(jié)構(gòu)。
共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)結(jié)構(gòu)中，次鏡系統(tǒng)1安裝于鏡筒2的左端，主鏡系統(tǒng)4安裝于鏡筒2的右端，鏡筒2上設(shè)置有固定支點(diǎn)3。主次鏡部件的安裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。
碳纖維復(fù)合材料鏡筒是由單層板按照不同的角度鋪設(shè)而成的層壓板，單層板厚度很薄，固化后厚度為0.125mm，呈面內(nèi)正交各向異性的特性。碳纖維復(fù)合材料鏡筒的設(shè)計(jì)，就是通過(guò)選擇單層鋪設(shè)角、鋪層比、鋪層順序獲得所要求達(dá)到的層合板剛度參數(shù)。
層壓板由多層單層板組成，其典型的結(jié)構(gòu)如圖2所示，層壓板的物理方程可表示為 其中 N*為層壓板外力矩陣，M*為層壓板彎矩矩陣，為應(yīng)變矩陣，[A*]為層壓板拉伸剛度矩陣，[B*]為層壓板耦合剛度矩陣，[D*]為層壓板彎扭剛度矩陣。
碳纖維層壓板的設(shè)計(jì)采用剛度為設(shè)計(jì)目標(biāo)的方法，就是得出構(gòu)成層壓板的單層板的鋪層角度、層數(shù)和鋪層順序，使得矩陣中[A*]-層壓板拉伸剛度矩陣，[B*]-層壓板耦合剛度矩陣，[D*]-層壓板彎扭剛度矩陣，數(shù)值均大于設(shè)計(jì)要求的20Gpa。
在鋪層設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證工藝的成熟性并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，采用對(duì)稱型的鋪層方式，消除耦合剛度。上述[B*]＝0，[A*]與鋪層設(shè)計(jì)無(wú)關(guān)，[D*]與具體的鋪層順序有關(guān)。所以，層壓板剛度設(shè)計(jì)一般從[A*]矩陣開(kāi)始，通過(guò)調(diào)參(鋪層順序、移軸等)來(lái)得到[D*]矩陣系數(shù)。其計(jì)算公式如下 (對(duì)稱鋪層) 其中 (Qij)k為第k層的偏軸剛度； hk·1為第k層的面積；

為第k層對(duì)中面的慣性矩。
單層板選擇高模量的M40J/648，其單層板的性能如表1，單層板的厚度和光學(xué)口徑?jīng)Q定了鋪層的總數(shù)為22、24或26層。
設(shè)計(jì)的鋪層結(jié)果相應(yīng)為 [±45/0/±45/0/±45/0/+45/90]S； [±45/0/±45/0/±45/0/±45/90]S； [±45/0/±45/0/±45/0/+45/0/-45/90]S。
表1 M40J/648單層板的性能參數(shù)
權(quán)利要求
1、一種用于共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)的碳纖維復(fù)合材料鏡筒，所述鏡筒的一端負(fù)載次鏡系統(tǒng)，其另一端負(fù)載主鏡系統(tǒng)，其特征在于所述鏡筒由層壓板鋪設(shè)而成，所述層壓板由碳纖維復(fù)合材料單層板按照以下的鋪層總數(shù)、鋪設(shè)角、鋪層順序鋪設(shè)而成
鋪層總數(shù)22，鋪設(shè)角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/90]S
或鋪層總數(shù)24，鋪設(shè)角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/±45/90]S
或鋪層總數(shù)26，鋪設(shè)角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/0/-45/90]S。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)的碳纖維復(fù)合材料鏡筒，其特征在于所述層合板為M40J/648碳纖維復(fù)合單層板構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于共軸三反光學(xué)系統(tǒng)相機(jī)的碳纖維復(fù)合材料鏡筒，鏡筒的一端負(fù)載次鏡系統(tǒng)，其另一端負(fù)載主鏡系統(tǒng)，鏡筒由層壓板鋪設(shè)而成，層壓板由碳纖維復(fù)合材料單層板按照以下的鋪層總數(shù)、鋪設(shè)角、鋪層順序鋪設(shè)而成鋪層總數(shù)22，或鋪層總數(shù)24，或鋪層總數(shù)26。本發(fā)明解決了現(xiàn)有主次鏡連接結(jié)構(gòu)無(wú)法保證光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明采用高模量的M40J/648碳纖維復(fù)合單層板制成的鏡筒，具有鋪層設(shè)計(jì)合理，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，保證了主次鏡間的精度要求，從而保證了高分辨率光學(xué)系統(tǒng)的性能要求的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B7/02GK101609192SQ20091002340
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者解永杰, 張禹康, 李英才, 陳榮利, 胡永明, 吳萌源 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所