專利名稱：一種大孔徑透鏡撓性支撐方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大孔徑透鏡支撐方法。
背景技術(shù)：
在光學(xué)儀器中，透射成像是常用的光學(xué)成像技術(shù)，為了提高透射成像的性能，增大相對孔徑是必然選擇，即增大焦距的同時(shí)，又?jǐn)U大參與成像透鏡的尺寸，但此時(shí)會(huì)給大孔徑透鏡支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來較大的困難。首先，透鏡不可以進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，因此不可以對其進(jìn)行背部支撐；其次由于大孔徑透鏡質(zhì)量較一般透鏡大，所以支撐結(jié)構(gòu)要具有較好的剛度；此外由于透鏡材料一般導(dǎo)熱率低、比熱小，其支撐結(jié)構(gòu)的要求必須保證透鏡具有良好的溫度適應(yīng)性。最后，也是最重要的要求，由于透鏡的裝配需要多次的拆裝，并且由于透鏡材料本身的剛度低，其裝配要絕對避免大的裝配應(yīng)力而使透鏡表面變形。而采用現(xiàn)有的壓緊支撐方式容易產(chǎn)生場曲、像散等光學(xué)像差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種支撐簡單、振動(dòng)頻率高、減振性能好的高精度大孔徑透鏡撓性支撐方法，可以消除場曲、像散等光學(xué)像差。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，步驟如下(1)在具有一定厚度的圓形鏡座外圓側(cè)間隔120度加工三個(gè)凸臺(tái)，每個(gè)凸臺(tái)的外側(cè)均加工出一個(gè)長方體結(jié)構(gòu)的連接部件，所述連接部件與凸臺(tái)的連接寬度為凸臺(tái)外側(cè)寬度的一半，凸臺(tái)外側(cè)另一半寬度上沿鏡座的徑向加工安裝孔和銷釘孔，連接部件上沿鏡座的軸向加工安裝孔和銷釘孔，凸臺(tái)上沿鏡座的軸向加工安裝孔，凸臺(tái)內(nèi)側(cè)加工一個(gè)帶有臺(tái)階的小凸臺(tái)；(2)在透鏡的外圓側(cè)間隔120度加工與所述三個(gè)凸臺(tái)對應(yīng)的三個(gè)安裝面，安裝面的寬度與所述小凸臺(tái)上的臺(tái)階寬度一致；(3)加工徑向撓性元件和軸向壓板；所述的徑向撓性元件由頭部和撓性片組成， 徑向撓性元件的頭部開有與凸臺(tái)外側(cè)沿鏡座的徑向加工的安裝孔和銷釘孔對應(yīng)的安裝孔和銷釘孔；所述的軸向壓板由頭部和撓性部件組成，軸向壓板的頭部開有與凸臺(tái)上沿鏡座的軸向加工的安裝孔對應(yīng)的安裝孔，軸向壓板的撓性部件是一段截面為半圓形的弧段；(4)將徑向撓性元件的撓性片與透鏡安裝面的外側(cè)粘接，并將粘接后的組件通過安裝孔和銷釘孔固定在鏡座中，固定時(shí)保證透鏡安裝面的下底面與鏡座中小凸臺(tái)的臺(tái)階上表面相配合；(5)通過軸向壓板的撓性部件將透鏡安裝面的上表面壓緊，軸向壓板通過安裝孔固定在凸臺(tái)上。所述的徑向撓性元件采用鈦合金材料加工。將徑向撓性元件與透鏡粘接時(shí)采用無應(yīng)力膠，固化初期采用工裝保持壓緊，后期撤掉工裝，使膠層向透鏡以外釋放固化應(yīng)力。在所述的徑向撓性元件與鏡座之間增加有調(diào)整墊片，調(diào)整墊片的厚度根據(jù)向撓性元件與鏡座之間組裝后的間隙決定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)由于在透鏡周邊均勻分布的三點(diǎn)進(jìn)行徑向撓性和切向安裝，因而實(shí)現(xiàn)了無應(yīng)力或小應(yīng)力裝配，透鏡表面不會(huì)發(fā)生破壞性的變形，避免了傳統(tǒng)方式壓緊產(chǎn)生的場曲、像散等光學(xué)像差；(2)徑向三點(diǎn)粘接安裝實(shí)現(xiàn)了水平方向自由度的約束和繞水平軸、光軸轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的約束，在軸向無應(yīng)力壓緊定位實(shí)現(xiàn)豎直方向自由度約束，因而實(shí)現(xiàn)了透鏡六自由度的約束，定位安全可靠，該結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率高、減振性能好、裝配簡單；(3)在環(huán)境溫度水平發(fā)生較大的變化時(shí)，撓性元件可以象片狀彈簧一樣發(fā)生彎曲， 從而可以吸收外界載體或鏡座的變形能，這時(shí)的透鏡可以處在相對自由狀態(tài)而得到保護(hù)；(4)在發(fā)生組件級的溫度場不均勻變化時(shí)，撓性元件受外界載荷作用而產(chǎn)生切向伸縮，即使三個(gè)撓性元件伸縮量不一致，也不會(huì)導(dǎo)致透鏡產(chǎn)生繞水平軸的傾斜，而只會(huì)繞光軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)成像質(zhì)量不會(huì)降低；(5)通過具體的分析計(jì)算，合理的選擇具體參數(shù)，既能保證整個(gè)組件具有較高動(dòng)態(tài)剛度，又保證了透鏡具有較高的溫度適應(yīng)性，適合在特殊條件下，如航天成像或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)等檢測光學(xué)儀器中使用。


圖1為本發(fā)明大孔徑透鏡撓性支撐裝配示意圖；圖2為本發(fā)明鏡座的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的局部放大圖；圖4為本發(fā)明大孔徑透鏡裝配圖；圖5為本發(fā)明徑向撓性元件結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明軸向壓板結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明調(diào)整墊片結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，為采用本發(fā)明方法支撐后的透鏡支撐結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1為鏡座、2為大孔徑透鏡、3為撓性元件、4為軸向壓板、5為調(diào)整墊片。本發(fā)明透鏡撓性支撐方法的主要步驟如下(1)如圖2和圖3所示，在具有一定厚度的圓形鏡座1外圓側(cè)間隔120度加工三個(gè)凸臺(tái)101 103，每個(gè)凸臺(tái)的外側(cè)均加工出一個(gè)長方體結(jié)構(gòu)的連接部件104，所述連接部件104與凸臺(tái)的連接寬度為凸臺(tái)外側(cè)寬度的一半，凸臺(tái)外側(cè)另一半寬度上沿鏡座1的徑向加工安裝孔105和銷釘孔106，連接部件104上沿鏡座1的軸向加工安裝孔105和銷釘孔 106，凸臺(tái)101 103上沿鏡座1的軸向加工安裝孔105，凸臺(tái)內(nèi)側(cè)加工一個(gè)帶有臺(tái)階的小凸臺(tái)107，小凸臺(tái)107中的臺(tái)階上表面與大孔徑透鏡2安裝面的下底面相配合，小凸臺(tái)107的臺(tái)階另一側(cè)留有空間放置徑向撓性元件3的頭部；
(2)如圖4所示，在大孔徑透鏡2的外圓側(cè)間隔120度加工三個(gè)等高的安裝面 201 203，需要分別與三個(gè)凸臺(tái)101 103對應(yīng)，安裝面201 203的寬度與小凸臺(tái)107 的臺(tái)階寬度一致；(3)如圖5和圖6所示，加工徑向撓性元件3和軸向壓板4 ；所述的徑向撓性元件 3由頭部及撓性片組成，頭部加工至少兩個(gè)銷釘孔106和安裝孔105，與鏡座1上的安裝孔 105和銷釘孔106部位連接，徑向撓性元件3的撓性片可以吸收大孔徑透鏡2因組裝及溫度帶來的各種應(yīng)力變形以保證支撐結(jié)構(gòu)的精度；所述的軸向壓板4由頭部和撓性部件組成， 頭部加工至少兩個(gè)安裝孔105，與鏡座1上的安裝孔105連接，軸向壓板4的撓性部件與大孔徑透鏡2的安裝面為線接觸，撓性部件的結(jié)構(gòu)增大了受力時(shí)的緩沖保證了支撐結(jié)構(gòu)的精度；徑向撓性元件3采用鈦合金材料。(4)如圖1所示，將三個(gè)徑向撓性元件3的撓性片與大孔徑透鏡2的三個(gè)安裝面 201 203進(jìn)行粘接，粘接時(shí)采用無應(yīng)力膠，固化初期需要采用工裝保持壓緊，后期撤掉工裝，使膠層向大孔徑透鏡2以外釋放固化應(yīng)力，整個(gè)固化過程需要按膠層固化的說明書控制濕度和溫度。三個(gè)凸臺(tái)101 103上與大孔徑透鏡2相配合的小臺(tái)階107需要保證等高。 裝配過程中需要在干涉儀上進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測大孔徑透鏡2成像表面的精度；(5)將大孔徑透鏡2和徑向撓性元件3的組件試裝入鏡座1中以確定撓性元件3 與鏡座1之間的距離，根據(jù)測量距離修加工調(diào)整墊片5的厚度；調(diào)整墊片5的結(jié)構(gòu)如圖7所示；(6)將大孔徑透鏡2正式裝入鏡座1中，確保徑向撓性元件3、調(diào)整墊片5、鏡座1 具有良好的接觸后，使用銷釘定位，之后固定鏡座1和徑向撓性元件3 ；(7)在保證大孔徑透鏡2面形精度的情況下，修磨軸向壓板4的接觸面，直到軸向壓板4與大孔徑透鏡2按要求小過盈接觸，并用螺釘連接到鏡座1上；軸向壓板4的厚度可以根據(jù)組裝后鏡座1與大孔徑透鏡2的高度差來修磨，修磨時(shí)需要時(shí)時(shí)監(jiān)測厚度，直到軸向壓板4與大孔徑透鏡2按要求小過盈接觸。(8)最后將鏡座1通過螺釘和銷釘固定到載體上，完成整個(gè)組件的裝配。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，其特征在于步驟如下(1)在具有一定厚度的圓形鏡座(1)外圓側(cè)間隔120度加工三個(gè)凸臺(tái)(101 103)， 每個(gè)凸臺(tái)的外側(cè)均加工出一個(gè)長方體結(jié)構(gòu)的連接部件(104)，所述連接部件(104)與凸臺(tái)的連接寬度為凸臺(tái)外側(cè)寬度的一半，凸臺(tái)外側(cè)另一半寬度上沿鏡座(1)的徑向加工安裝孔(105)和銷釘孔(106)，連接部件(104)上沿鏡座(1)的軸向加工安裝孔(105)和銷釘孔(106)，凸臺(tái)(101 103)上沿鏡座(1)的軸向加工安裝孔(105)，凸臺(tái)內(nèi)側(cè)加工一個(gè)帶有臺(tái)階的小凸臺(tái)(107)；(2)在透鏡O)的外圓側(cè)間隔120度加工與所述三個(gè)凸臺(tái)(101 103)對應(yīng)的三個(gè)安裝面QOl 203)，安裝面QOl 203)的寬度與所述小凸臺(tái)(107)上的臺(tái)階寬度一致；(3)加工徑向撓性元件(3)和軸向壓板⑷；所述的徑向撓性元件(3)由頭部和撓性片組成，徑向撓性元件(3)的頭部開有與凸臺(tái)外側(cè)沿鏡座(1)的徑向加工的安裝孔(105)和銷釘孔(106)對應(yīng)的安裝孔(105)和銷釘孔(106)；所述的軸向壓板由頭部和撓性部件組成，軸向壓板⑷的頭部開有與凸臺(tái)(101 103)上沿鏡座(1)的軸向加工的安裝孔 (105)對應(yīng)的安裝孔(105)，軸向壓板的撓性部件是一段截面為半圓形的弧段；(4)將徑向撓性元件(3)的撓性片與透鏡(2)安裝面的外側(cè)粘接，并將粘接后的組件通過安裝孔(105)和銷釘孔(106)固定在鏡座(1)中，固定時(shí)保證透鏡(2)安裝面的下底面與鏡座(1)中小凸臺(tái)(107)的臺(tái)階上表面相配合；(5)通過軸向壓板(4)的撓性部件將透鏡( 安裝面的上表面壓緊，軸向壓板(4)通過安裝孔(105)固定在凸臺(tái)(101 103)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，其特征在于所述的徑向撓性元件( 采用鈦合金材料加工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，其特征在于將徑向撓性元件C3)與透鏡( 粘接時(shí)采用無應(yīng)力膠，固化初期采用工裝保持壓緊，后期撤掉工裝，使膠層向透鏡⑵以外釋放固化應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，其特征在于在所述的徑向撓性元件(3)與鏡座(1)之間增加有調(diào)整墊片(5)，調(diào)整墊片(5)的厚度根據(jù)向撓性元件 (3)與鏡座(1)之間組裝后的間隙決定。
全文摘要
一種大孔徑透鏡撓性支撐方法，首先在具有一定厚度的圓形鏡座外圓側(cè)間隔120度加工三個(gè)凸臺(tái)，每個(gè)凸臺(tái)的外側(cè)均加工出一個(gè)長方體結(jié)構(gòu)的連接部件，凸臺(tái)外側(cè)沿鏡座徑向加工安裝孔和銷釘孔，連接部件上沿鏡座軸向加工安裝孔和銷釘孔，凸臺(tái)上沿鏡座的軸向加工安裝孔，凸臺(tái)內(nèi)側(cè)加工帶有臺(tái)階的小凸臺(tái)。然后在透鏡的外圓側(cè)間隔120度加工對應(yīng)的三個(gè)安裝面，同時(shí)加工徑向撓性元件和軸向壓板。隨后將徑向撓性元件與透鏡粘接，并將粘接后的組件通過安裝孔和銷釘孔固定在鏡座中。最后通過軸向壓板將透鏡壓緊，軸向壓板通過安裝孔固定在凸臺(tái)上。本發(fā)明支撐方法從整體上提高了透鏡的定位精度，改善了透鏡在裝配情況下的受力環(huán)境，可以消除場曲、像散等光學(xué)像差。
文檔編號G02B7/02GK102243359SQ20111016640
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者張鳳芹, 李慶林, 王永輝, 范斌, 蔡偉軍 申請人:北京空間機(jī)電研究所