[发明专利]一种次镜支撑结构及其设计方法

说明书

本发明涉及一种次镜支撑结构及其设计方法，所述次镜支撑结构包括次镜支撑架和设置在所述次镜支撑架与承力筒连接处的预紧力施加结构，本发明通过将次镜设计成背部支撑方案，并将将所述次镜支撑架的所述安装接口的直径设计小于所述次镜的口径，和将所述次镜支撑架超出次镜口径部分在光学系统的光轴方向的截面设计的尽量小的方式，来减小所述次镜支撑结构对光学系统的遮拦；进一步通过对所述次镜支撑架进行轻量化设计和通过所述预紧力施加结构对所述次镜支撑架施加预紧力的方式，增强所述次镜支撑结构的抗重力变形能力，确保所述次镜支撑结构在对光学系统具有较小的遮拦影响的同时，还能够兼顾高刚度和较高的抗重力变形能力。

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别是涉及一种适用于大口径同轴光学系统的次镜支撑结构及其设计方法。

背景技术

随着空间遥感技术的不断发展，对空间光学遥感器的分辨率要求越来越高，光学系统的焦距和口径需要设计的越来越大，要求地面配套检测设备的口径和焦距也需要设计的越来越大。随着光学系统口径的不断增大，光机结构的尺寸和重量也变的越来越大，在地面环境下受到重力作用，会对反射镜的位姿精度产生较大影响，导致光学系统中光学元件之间的相对位姿精度难以保证，影响光学系统的成像性能。

图1示出了一个3米口径的同轴式光学系统的结构，在该光学系统中，主镜的口径很大，其重量也很大，而次镜的口径和重量相对很小，一般的光机结构设计方法是将主镜通过柔性支撑结构固定到系统主承力框架上，并以主镜作为光学系统的基准，通过修配和调整次镜的位姿来实现光学系统的装调。虽然图1所示的这种同轴式光学系统具有光学元件共轴便于设计和装调的突出优点，但同时也存在次镜及其支撑结构带来的对光学系统的遮拦问题。为了减小光学系统成像的能量损失，一般对次镜及其支撑结构对光学系统的遮拦有着严格的要求。其中次镜的口径部分对光学系统的遮拦影响无法避免，次镜需要通过支撑结构安装到系统机身上，因此要求次镜的支撑架结构不仅能保证次镜的位姿精度和稳定性，而且在垂直于光轴方向的投影面要足够小，从而尽量减小对光学系统的遮拦。为了保证次镜的位置精度和稳定性，要求次镜支撑架的刚度大，结构牢固；为了减小次镜支撑架的遮拦影响，需要将支撑架截面设计的尽量小，两者之间存在明显的矛盾，导致次镜支撑结构的设计成为一大难题。

随着光学系统口径的越来越大，次镜口径相对于主镜口径的比值会越来越小，次镜的支撑架结构需要设计的越来越大，悬臂越来越长，导致其支撑架受重力的影响越来越大。如果设计时不考虑重力的影响，次镜及其支撑架结构会发生重力变形，导致次镜的位姿精度超差，并产生应力影响次镜的位姿精度及其稳定性。

发明内容

基于此，本发明的一目的是，提供一种次镜支撑结构及其设计方法，所述次镜支撑结构对光学系统的遮拦影响小，且同时兼具高刚度和较高的抗重力变形能力。

本发明在一方面提供了一种次镜支撑结构，包括连接于大口径同轴光学系统的承力筒的次镜支撑架和分别设置于所述次镜支撑架与所述承力筒连接处的预紧力施加结构，所述次镜支撑架由两个设置在竖直方向的辐板和两个设置在水平方向的辐板组成，四个所述辐板的一端分别连接于对应的所述预紧力施加结构，另一端组合形成用于安装次镜的安装接口，所述安装接口采用背部支撑的方式支撑所述次镜，且所述安装接口的直径小于所述次镜的口径，四个所述辐板的厚度方向垂直于所述大口径同轴光学系统的光轴方向，四个所述辐板的板面延伸方向平行于所述大口径同轴光学系统的光轴方向，所述预紧力施加结构用于对所述次镜支撑架与所述承力筒的四端连接处施加预紧力，以增强所述次镜支撑结构的抗重力变形能力。

在本发明的一实施例中，各所述辐板为三角形板状结构且设置有多个镂空槽，所述辐板的连接于所述预紧力施加结构的一端设置有应力释放槽。

在本发明的一实施例中，所述镂空槽为三角形穿槽、圆形穿槽、四边形穿槽中的一种或多种。