專利名稱：一種大孔徑透鏡撓性支撐方法
技術領域：
本發明涉及一種大孔徑透鏡支撐方法。
背景技術：
在光學儀器中，透射成像是常用的光學成像技術，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，又擴大參與成像透鏡的尺寸，但此時會給大孔徑透鏡支撐結構設計帶來較大的困難。首先，透鏡不可以進行輕量化設計，因此不可以對其進行背部支撐；其次由于大孔徑透鏡質量較一般透鏡大，所以支撐結構要具有較好的剛度；此外由于透鏡材料一般導熱率低、比熱小，其支撐結構的要求必須保證透鏡具有良好的溫度適應性。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力而使透鏡表面變形。而采用現有的壓緊支撐方式容易產生場曲、像散等光學像差。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種支撐簡單、振動頻率高、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、像散等光學像差。本發明的技術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間隔120度加工三個凸臺，每個凸臺的外側均加工出一個長方體結構的連接部件，所述連接部件與凸臺的連接寬度為凸臺外側寬度的一半，凸臺外側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，凸臺上沿鏡座的軸向加工安裝孔，凸臺內側加工一個帶有臺階的小凸臺；(2)在透鏡的外圓側間隔120度加工與所述三個凸臺對應的三個安裝面，安裝面的寬度與所述小凸臺上的臺階寬度一致；(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外側沿鏡座的徑向加工的安裝孔和銷釘孔對應的安裝孔和銷釘孔；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上沿鏡座的軸向加工的安裝孔對應的安裝孔，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，固定時保證透鏡安裝面的下底面與鏡座中小凸臺的臺階上表面相配合；(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采用無應力膠，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力。在所述的徑向撓性元件與鏡座之間增加有調整墊片，調整墊片的厚度根據向撓性元件與鏡座之間組裝后的間隙決定。本發明與現有技術相比的優點在于(1)由于在透鏡周邊均勻分布的三點進行徑向撓性和切向安裝，因而實現了無應力或小應力裝配，透鏡表面不會發生破壞性的變形，避免了傳統方式壓緊產生的場曲、像散等光學像差；(2)徑向三點粘接安裝實現了水平方向自由度的約束和繞水平軸、光軸轉動自由度的約束，在軸向無應力壓緊定位實現豎直方向自由度約束，因而實現了透鏡六自由度的約束，定位安全可靠，該結構簡單、重量輕、結構振動頻率高、減振性能好、裝配簡單；(3)在環境溫度水平發生較大的變化時，撓性元件可以象片狀彈簧一樣發生彎曲， 從而可以吸收外界載體或鏡座的變形能，這時的透鏡可以處在相對自由狀態而得到保護；(4)在發生組件級的溫度場不均勻變化時，撓性元件受外界載荷作用而產生切向伸縮，即使三個撓性元件伸縮量不一致，也不會導致透鏡產生繞水平軸的傾斜，而只會繞光軸產生旋轉，此時成像質量不會降低；(5)通過具體的分析計算，合理的選擇具體參數，既能保證整個組件具有較高動態剛度，又保證了透鏡具有較高的溫度適應性，適合在特殊條件下，如航天成像或實驗室內等檢測光學儀器中使用。
圖1為本發明大孔徑透鏡撓性支撐裝配示意圖；圖2為本發明鏡座的結構示意圖；圖3為圖2的局部放大圖；圖4為本發明大孔徑透鏡裝配圖；圖5為本發明徑向撓性元件結構圖；圖6為本發明軸向壓板結構圖；圖7為本發明調整墊片結構圖。
具體實施例方式如圖1所示，為采用本發明方法支撐后的透鏡支撐結構示意圖，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為調整墊片。本發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外圓側間隔120度加工三個凸臺101 103，每個凸臺的外側均加工出一個長方體結構的連接部件104，所述連接部件104與凸臺的連接寬度為凸臺外側寬度的一半，凸臺外側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101 103上沿鏡座1的軸向加工安裝孔105，凸臺內側加工一個帶有臺階的小凸臺107，小凸臺107中的臺階上表面與大孔徑透鏡2安裝面的下底面相配合，小凸臺107的臺階另一側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的外圓側間隔120度加工三個等高的安裝面 201 203，需要分別與三個凸臺101 103對應，安裝面201 203的寬度與小凸臺107 的臺階寬度一致；(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力變形以保證支撐結構的精度；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，撓性部件的結構增大了受力時的緩沖保證了支撐結構的精度；徑向撓性元件3采用鈦合金材料。(4)如圖1所示，將三個徑向撓性元件3的撓性片與大孔徑透鏡2的三個安裝面 201 203進行粘接，粘接時采用無應力膠，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以外釋放固化應力，整個固化過程需要按膠層固化的說明書控制濕度和溫度。三個凸臺101 103上與大孔徑透鏡2相配合的小臺階107需要保證等高。 裝配過程中需要在干涉儀上進行時時監測大孔徑透鏡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，根據測量距離修加工調整墊片5的厚度；調整墊片5的結構如圖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的厚度可以根據組裝后鏡座1與大孔徑透鏡2的高度差來修磨，修磨時需要時時監測厚度，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，完成整個組件的裝配。本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
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)外圓側間隔120度加工三個凸臺(101 103)， 每個凸臺的外側均加工出一個長方體結構的連接部件(104)，所述連接部件(104)與凸臺的連接寬度為凸臺外側寬度的一半，凸臺外側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(101 103)上沿鏡座(1)的軸向加工安裝孔(105)，凸臺內側加工一個帶有臺階的小凸臺(107)；(2)在透鏡O)的外圓側間隔120度加工與所述三個凸臺(101 103)對應的三個安裝面QOl 203)，安裝面QOl 203)的寬度與所述小凸臺(107)上的臺階寬度一致；(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)的頭部開有與凸臺外側沿鏡座(1)的徑向加工的安裝孔(105)和銷釘孔(106)對應的安裝孔(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(101 103)上沿鏡座(1)的軸向加工的安裝孔 (105)對應的安裝孔(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，固定時保證透鏡(2)安裝面的下底面與鏡座(1)中小凸臺(107)的臺階上表面相配合；(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(101 103)上。
2.根據權利要求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.根據權利要求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( 粘接時采用無應力膠，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以外釋放固化應力。
4.根據權利要求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)之間增加有調整墊片(5)，調整墊片(5)的厚度根據向撓性元件 (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間隔120度加工三個凸臺，每個凸臺的外側均加工出一個長方體結構的連接部件，凸臺外側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，凸臺上沿鏡座的軸向加工安裝孔，凸臺內側加工帶有臺階的小凸臺。然后在透鏡的外圓側間隔120度加工對應的三個安裝面，同時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上。本發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境，可以消除場曲、像散等光學像差。
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 優先權日2011年6月20日
發明者張鳳芹, 李慶林, 王永輝, 范斌, 蔡偉軍 申請人:北京空間機電研究所