本專利涉及光機(jī)設(shè)計技術(shù)，具體是指一種適用于空間環(huán)境的超廣角望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計。

背景技術(shù)：

目前，光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)檢測、國防軍事、航空航天等領(lǐng)域，光學(xué)系統(tǒng)的公差分配和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計對系統(tǒng)性能的影響非常大。由于光學(xué)系統(tǒng)均在常溫常壓下進(jìn)行裝配，常規(guī)的手段無法保證光學(xué)系統(tǒng)在空間環(huán)境下進(jìn)行可靠工作。為了保證超廣角望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)在空間環(huán)境下能夠進(jìn)行可靠性工作，本文提出了一種特色的機(jī)械設(shè)計方法，該方法不僅保證了系統(tǒng)的裝配精度，還保證了其在深低溫、高真空、強(qiáng)烈沖擊振動等環(huán)境下的精度要求和可靠性，具有高精度、高效率的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本專利是一種適用于空間環(huán)境的超廣角望遠(yuǎn)鏡，主要是解決大視場短焦距光學(xué)系統(tǒng)在深低溫、高真空、強(qiáng)烈沖擊振動等狀態(tài)下的可靠性和穩(wěn)定性。

本專利主要在光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了特別設(shè)計，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)包括：

所述的口徑達(dá)102mm、F數(shù)達(dá)1.61的前置透鏡1，其機(jī)械鏡框軸向設(shè)置有寬度為16.5mm的安裝平面1-1，安裝平面1-1的平面度低于1μm，其機(jī)械鏡框的徑向鑲嵌殷鋼襯套1-2，用壓圈1-3將前置透鏡固定在鏡框內(nèi)。

所述的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)前組透鏡單元2和后組透鏡單元3有7組共9片透鏡，在前置透鏡1和第一透鏡2-1之間設(shè)置排氣孔a，第一透鏡2-1和第二透鏡2-2之間設(shè)置排氣孔b，前、后鏡筒銜接處設(shè)置排氣孔c和排氣孔d，第三透鏡3-1和第四透鏡3-2設(shè)置排氣孔e和排氣孔f，第四透鏡3-2和第一膠合透鏡3-3之間設(shè)置排氣孔g和排氣孔h，在第一膠合透鏡3-3和第二膠合透鏡3-4之間設(shè)置排氣孔i和排氣孔j，排氣孔口徑為1mm。

在所述的前組透鏡單元2和后組透鏡單元3之間加環(huán)氧樹脂制作的調(diào)節(jié)隔熱襯套4，環(huán)氧隔熱襯套的熱膨脹系數(shù)很低，可以保證前后鏡筒的間距不會因溫度的改變而受到影響。

在所述的后組透鏡單元3中，第四透鏡3-2和第一膠合透鏡3-3之間使用錐面調(diào)節(jié)隔圈I，第一膠合透鏡3-3和第二膠合透鏡3-4之間使用錐面調(diào)節(jié)隔圈II。

本專利具有的有益效果：

本專利通過對透鏡鏡筒機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化，來保證該望遠(yuǎn)系統(tǒng)可在深低溫、高真空、強(qiáng)烈沖擊振動的太空環(huán)境下進(jìn)行可靠穩(wěn)定工作，并提高了光學(xué)裝配質(zhì)量，具有廣泛的通用性、制造成本低、效率高、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是超廣角望遠(yuǎn)系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖。

圖2是超廣角望遠(yuǎn)系統(tǒng)的系統(tǒng)裝配圖和局部放大圖，(a)超廣角望遠(yuǎn)系統(tǒng)裝配圖，(b)前置透鏡1的安裝平面放大圖，(c)后組透鏡單元的錐面隔圈。

圖1(2)前組鏡筒、(3)后組鏡筒、(11)前鏡筒上設(shè)計的通氣孔。

圖2(1)前置透鏡、(1-1)安裝平面、(1-2)殷鋼襯套、(1-3)機(jī)械壓圈(2)前組透鏡單元、(2-1)第一透鏡、(2-2)第二透鏡、(3)后組透鏡單元、(3-1)第三透鏡、(3-2)第四透鏡、(3-3)第一膠合透鏡、(3-4)第二膠合透鏡、(3-5)錐面調(diào)節(jié)隔圈I、(3-6)錐面調(diào)節(jié)隔圈II、(4)環(huán)氧隔熱襯套、(5)排氣孔a、(6)排氣孔b、(7)排氣孔c、(8)排氣孔d、(9)排氣孔e、(10)排氣孔f、(11)排氣孔g、(12)排氣孔h、(13)排氣孔i、(14)排氣孔j。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以超廣角短焦距光學(xué)系統(tǒng)為例，對本專利的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。

超廣角短焦距光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)視場87.5°、焦距3.47mm，圖1為超廣角望遠(yuǎn)系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖，根據(jù)其自身設(shè)計的特點(diǎn)：兩頭尺寸較大中間較小，其機(jī)械結(jié)構(gòu)分為前組單元2和后組后組單元3。圖2(a)為超廣角短焦距光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)裝配圖，該系統(tǒng)分為7組共9片透鏡。根據(jù)說明書所述，針對超廣角短焦距光學(xué)系統(tǒng)在進(jìn)行一系列的機(jī)械設(shè)計，確保其在空間環(huán)境下的可靠工作，具體實(shí)現(xiàn)方式為：

1.前置透鏡1的特點(diǎn)：口徑102mm、F數(shù)1.61，為了保證前置透鏡的裝配精度、透鏡穩(wěn)定性和透鏡與鏡筒的同心度，對前置透鏡設(shè)置加工安裝平面1-1，安裝平面的線寬為16.5mm，平面度低于1μm。

為了降低鏡框因低溫而影響透鏡的精準(zhǔn)安裝位置，在透鏡1與鏡筒之間加固殷鋼襯套1-2，如圖2(b)。

利用定心儀來確定鏡片與鏡片之間、鏡片與鏡筒之間的同軸關(guān)系，把透鏡1放入已鑲嵌殷鋼襯套的機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)，用壓圈1-3將其固定。

2.由于前、后組透鏡單元公差要求較嚴(yán)，鏡筒內(nèi)部在密封的狀態(tài)下不易使透鏡精準(zhǔn)定位，所以在前置透鏡1和第一透鏡2-1之間設(shè)置排氣孔a、第一透鏡2-1和第二透鏡2-2之間設(shè)置排氣孔b、前后鏡筒銜接處設(shè)置排氣孔c和排氣孔d、第三透鏡3-1和第四透鏡3-2設(shè)置排氣孔e和排氣孔f、第四透鏡3-2和第一膠合透鏡3-3之間設(shè)置排氣孔g和排氣孔h、在第一膠合透鏡3-3和第二膠合透鏡3-4之間設(shè)置排氣孔i和排氣孔j，各排氣孔口徑均為1mm。

3.望遠(yuǎn)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)分為前組與后組，兩者的對接間距對公差很敏感，所以為了保證對接間距不會因溫度等外界環(huán)境的影響而發(fā)生變形，在兩者之間的套筒上加固厚度為2.85mm環(huán)氧樹脂制作的調(diào)節(jié)隔熱襯套4。

4.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的后組透鏡單元3由4組共6片透鏡組成，各透鏡尺寸大約在7-12mm之間。由于后組透鏡尺寸較小，安裝時透鏡極易變形不能準(zhǔn)確到位，另一方面安裝平面較窄易增大隔圈對鏡面的壓力，所以本專利采用帶有錐面的隔圈來代替?zhèn)鹘y(tǒng)隔圈。錐面隔圈可以增大與透鏡的接觸面積，從而降低隔圈對透鏡的壓力，在第四透鏡3-2和第一膠合透鏡3-3之間使用錐面調(diào)節(jié)隔圈I，在第一膠合透鏡3-3和第二膠合透鏡3-4之間使用錐面調(diào)節(jié)隔圈II。

把已裝配完成的超廣角短焦距光學(xué)系統(tǒng)放入模擬太空環(huán)境的真空罐中，進(jìn)行裝配結(jié)果測試，一系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該方法可以保證望遠(yuǎn)系統(tǒng)在空間環(huán)境下進(jìn)行可靠工作。