一种无热化高精度光学折转棱镜系统及设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无热化高精度光学折转棱镜系统及设计方法，其中，该系统包括光学传导棱镜组件、非全约束支撑组件和复材外框组件；其中，所述光学传导棱镜组件通过所述非全约束支撑组件和复材外框组件相连接；所述光学传导棱镜组件包括平面反射镜、光学传导棱镜和可调节平面反射镜；其中，光学传导棱镜的一端为平面，与平面反射镜相连接；光学传导棱镜的另一端为球面，与可调节平面反射镜相连接；入射光束经过平面反射镜穿过光学传导棱镜的中空部分，到达可调节平面反射镜并射出，以实现光束高精度折转。本发明专利技术解决了高精度测量元件不受在轨热环境影响，保证了相机与星敏感器之间的光学层面关联的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种无热化高精度光学折转棱镜系统及设计方法
本专利技术属于空间光学遥感器
，尤其涉及一种无热化高精度光学折转棱镜系统及设计方法。
技术介绍
随着商业遥感卫星的发展，对无控制点定位精度的提升需求越来越高，星敏感器作为星上姿态测量精度最高的设备，一般要求与相机一体化安装并采取精密控温，以减小星敏感器指向相机视轴传递的低频误差。考虑到材料退化等因素，在轨定期对相机与星敏感器之间夹角进行标校是必要的环节。为了提高相机设计灵活性和在轨易用性，在相机与星敏感器之间建立光学层面关联是必要的，而采用光学传导棱镜对者进行关联，是重要的实现途径。考虑到测量元件的高精度特性，必须保证其在轨不受热环境影响，目前现有的控温精度并不能满足要求，所以对无热化的高精度光学折转棱镜系统的设计是亟需的。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无热化高精度光学折转棱镜系统及设计方法，解决了高精度测量元件不受在轨热环境影响，保证了相机与星敏感器之间的光学层面关联的稳定性。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种无热化高精度光学折转棱镜系统，包括：光学传导棱镜组件、非全约束支撑组件和复材外框组件；其中，所述光学传导棱镜组件通过所述非全约束支撑组件和复材外框组件相连接；所述光学传导棱镜组件包括平面反射镜、光学传导棱镜和可调节平面反射镜；其中，光学传导棱镜的一端为平面，与平面反射镜相连接；光学传导棱镜的另一端为球面，与可调节平面反射镜相连接；入射光束经过平面反射镜穿过光学传导棱镜的中空部分，到达可调节平面反射镜并射出，以实现光束高精度折转。上述无热化高精度光学折转棱镜系统中，所述非全约束支撑组件包括弹簧压块、弹簧限位柱、弹簧、弹簧镶套、弹簧镶套调节垫片、第一棱镜外框、第二棱镜外框、第一棱镜内框、第二棱镜内框、棱镜框调节垫片、限位螺钉、棱镜压框、第一紧固件和第二紧固件；其中，第一棱镜内框通过光学结构胶固定在光学传导棱镜上；第一棱镜外框与棱镜内框相压接，弹簧镶套通过弹簧镶套调节垫片嵌设于第一棱镜外框和第一棱镜内框，弹簧压块设置于弹簧镶套内并与光学传导棱镜压接，弹簧设置于弹簧镶套内并与弹簧压块压接，弹簧限位柱穿过复材外框组件与弹簧相压接；第二棱镜内框通过光学结构胶固定在光学传导棱镜上，第二棱镜外框通过棱镜压框、棱镜框调节垫片、第一紧固件和第二紧固件与第二棱镜内框相连接；若干个限位螺钉穿过复材外框组件与第二棱镜外框相压接。上述无热化高精度光学折转棱镜系统中，所述复材外框组件包括复材外框、镶套、复材外框支架、复材外框垫片、通光筒镶套、通光筒、结构胶、第三紧固件和第四紧固件；其中，镶套设置于复材外框开设的孔中，弹簧限位柱穿过镶套与弹簧相压接；若干个限位螺钉穿过复材外框垫片和复材外框与第二棱镜外框相压接；复材外框垫片粘在复材外框上，通光筒镶套通过结构胶粘在复材外框上，通光筒通过第四紧固件与通光筒镶套连接，复材外框支架通过第三紧固件与复材外框相连。上述无热化高精度光学折转棱镜系统中，所述的平面反射镜、光学传导棱镜和可调节平面反射镜均采用零膨胀微晶玻璃材料制成。上述无热化高精度光学折转棱镜系统中，入射光束的入射角度为0°，射出的光束的出射角度为0°。上述无热化高精度光学折转棱镜系统中，平面反射镜和光学传导棱镜的夹角为45°。上述无热化高精度光学折转棱镜系统中，限位螺钉的数量为四个。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种无热化高精度光学折转棱镜系统设计方法，所述方法包括以下步骤：将光学传导棱镜为平面的一端与平面反射镜相连接，将光学传导棱镜为球面的一端与可调节平面反射镜相连接；通过非全约束支撑组件将光学传导棱镜与复材外框组件相连接。上述无热化高精度光学折转棱镜系统设计方法中，平面反射镜和光学传导棱镜的夹角为45°。上述无热化高精度光学折转棱镜系统设计方法中，所述非全约束支撑组件包括弹簧压块、弹簧限位柱、弹簧、弹簧镶套、弹簧镶套调节垫片、第一棱镜外框、第二棱镜外框、第一棱镜内框、第二棱镜内框、棱镜框调节垫片、限位螺钉、棱镜压框、第一紧固件和第二紧固件；其中，第一棱镜内框通过光学结构胶固定在光学传导棱镜上；第一棱镜外框与棱镜内框相压接，弹簧镶套通过弹簧镶套调节垫片嵌设于第一棱镜外框和第一棱镜内框，弹簧压块设置于弹簧镶套内并与光学传导棱镜压接，弹簧设置于弹簧镶套内并与弹簧压块压接，弹簧限位柱穿过复材外框组件与弹簧相压接；第二棱镜内框通过光学结构胶固定在光学传导棱镜上，第二棱镜外框通过棱镜压框、棱镜框调节垫片、第一紧固件和第二紧固件与第二棱镜内框相连接；若干个限位螺钉穿过复材外框组件与第二棱镜外框相压接。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术能够用于高精度测绘相机与星敏感器之间的夹角监测系统，从而提升遥感相机无控制点定位精度。(2)本专利技术利用微晶玻璃本身材料特性和外覆复材外框加大了传力路径，通过包覆多层可隔热，减小了外力外热作用施加在光学件上的影响。在提高精度的同时降低了对热控的要求，优化在轨星上资源分配。(3)本专利技术通过非全约束支撑组件可以释放振动、失重及温度变化带来的内应力，减少连接两平面折转镜的玻璃结构件的变形，从而减小光路传递时产生的误差。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的无热化高精度光学折转棱镜系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的平面反射镜和光学传导棱镜的传导光路示意图；图3是本专利技术实施例提供的计算温度作用下光束指向改变的说明示意图；图4是本专利技术实施例提供的光学元件转动时光束指向的变化说明示意图；图5是本专利技术实施例提供的光学传导棱镜支撑位置的示意图；图6是本专利技术实施例提供的非全约束支撑组件的结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的非全约束支撑组件的另一结构示意图；图8是本专利技术实施例提供的复材外框组件的另一结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1是本专利技术实施例提供的无热化高精度光学折转棱镜系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的平面反射镜和光学传导棱镜的传导光路示意图。如图1和图2所示，该无热化高精度光学折转棱镜系统包括：光学传导棱镜组件、非全约束支撑组件和复材外框组件。其中，光学传导棱镜组件通过非全约束支撑组件和复材外框组件相连接；光学传导棱镜组件包括平面反射镜1、光学传导棱镜2和可调节平面反射镜21；其中，光学传导棱镜2的一端为平面，与平面反射镜1相连接；光学传导棱镜2的另一端为球面，与可调节平面反射镜21相连接；入射光束经过平面反射镜1穿过光学传导棱镜2的中空部分，到达可调节平面反射镜21并射出，以实现光束高精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无热化高精度光学折转棱镜系统，其特征在于包括：光学传导棱镜组件、非全约束支撑组件和复材外框组件；其中，所述光学传导棱镜组件通过所述非全约束支撑组件和复材外框组件相连接；所述光学传导棱镜组件包括平面反射镜(1)、光学传导棱镜(2)和可调节平面反射镜(21)；其中，光学传导棱镜(2)的一端为平面，与平面反射镜(1)相连接；光学传导棱镜(2)的另一端为球面，与可调节平面反射镜(21)相连接；入射光束经过平面反射镜(1)穿过光学传导棱镜(2)的中空部分，到达可调节平面反射镜(21)并射出，以实现光束高精度折转。

【技术特征摘要】
1.一种无热化高精度光学折转棱镜系统，其特征在于包括：光学传导棱镜组件、非全约束支撑组件和复材外框组件；其中，所述光学传导棱镜组件通过所述非全约束支撑组件和复材外框组件相连接；所述光学传导棱镜组件包括平面反射镜(1)、光学传导棱镜(2)和可调节平面反射镜(21)；其中，光学传导棱镜(2)的一端为平面，与平面反射镜(1)相连接；光学传导棱镜(2)的另一端为球面，与可调节平面反射镜(21)相连接；入射光束经过平面反射镜(1)穿过光学传导棱镜(2)的中空部分，到达可调节平面反射镜(21)并射出，以实现光束高精度折转。2.根据权利要求1所述的无热化高精度光学折转棱镜系统，其特征在于：所述非全约束支撑组件包括弹簧压块(4)、弹簧限位柱(6)、弹簧(8)、弹簧镶套(9)、弹簧镶套调节垫片(10)、第一棱镜外框(11)、第二棱镜外框(112)、第一棱镜内框(12)、第二棱镜内框(121)、棱镜框调节垫片(15)、限位螺钉(17)、棱镜压框(18)、第一紧固件(14)和第二紧固件(19)；其中，第一棱镜内框(12)通过光学结构胶固定在光学传导棱镜(2)上；第一棱镜外框(11)与第一棱镜内框(12)相压接，弹簧镶套(9)通过弹簧镶套调节垫片(10)嵌设于第一棱镜外框(11)和第一棱镜内框(12)，弹簧压块(4)设置于弹簧镶套(9)内并与光学传导棱镜(2)压接，弹簧(8)设置于弹簧镶套(9)内并与弹簧压块(4)压接，弹簧限位柱(6)穿过复材外框组件与弹簧(8)相压接；第二棱镜内框(121)通过光学结构胶固定在光学传导棱镜(2)上，第二棱镜外框(112)通过棱镜压框(18)、棱镜框调节垫片(15)、第一紧固件(14)和第二紧固件(19)与第二棱镜内框(121)相连接；若干个限位螺钉(17)穿过复材外框组件与第二棱镜外框(112)相压接。3.根据权利要求1所述的无热化高精度光学折转棱镜系统，其特征在于：所述复材外框组件包括复材外框(3)、镶套(5)、复材外框支架(13)、复材外框垫片(16)、通光筒镶套(23)、通光筒(25)、结构胶(22)、第三紧固件(20)和第四紧固件(24)；其中，镶套(5)设置于复材外框(3)开设的孔中，弹簧限位柱(6)穿过镶套(5)与弹簧(8)相压接；若干个限位螺钉(17)穿过复材外框垫片(16)和复材外框(3)与第二棱镜外框(112)相压接；复材外框垫片(16)粘在复材外框(3)上，通光筒镶套(23)通过结构胶粘在复材外...

【专利技术属性】
技术研发人员：王妍，王伟之，宗云花，段维宏，王庆雷，贾永丹，邸晶晶，吴俊，姜宏佳，任宇宁，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11