專利名稱：：用于共軸三反光學系統(tǒng)相機的碳纖維復合材料鏡筒的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種相機主次鏡連接結構。
背景技術：
：在可見光長焦距的共軸三反系統(tǒng)中，相機分辨率指標達到米級和亞米級的水平，主次鏡的放大倍數往往是數十倍，這樣主次鏡間微小的誤差都可能被放大超出系統(tǒng)裝配后的精度要求，從而影響整個系統(tǒng)的MTF(傳遞函數)，這就對相機主次鏡連接結構的設計提出了很高的要求。共軸三反光學系統(tǒng)相機主次鏡的放大率為40倍，主次鏡間的光軸偏心和傾斜公差(裝配公差)以及三個反射鏡的非球面系數誤差要求非常高，從而對主次鏡連接件提出了很高的要求。主次鏡對裝配傾斜公差要求最為敏感。在實際的相機結構中，次鏡的光軸通過次鏡和次鏡座的對心加工實現轉化，主鏡的光軸通過主鏡和主鏡座的對心加工實現轉化，所以主次鏡連接結構應保證在左端負載次鏡系統(tǒng)，右端負載主鏡系統(tǒng)的情況下，端面最大撓度2iim。同時從熱光學的角度考慮，必須保證主次鏡間隔的公差為0.01mm。通過公差分析可以看出設計出保證主次鏡間距變化量為0.Olmm，主次鏡光軸偏心量小于0.002mm的鏡筒是保證光學系統(tǒng)MTF的關鍵之一。
發(fā)明內容本實用新型目的是提供一種用于共軸三反光學系統(tǒng)相機的碳纖維復合材料鏡筒，其解決了現有主次鏡連接結構無法保證光學系統(tǒng)的傳遞函數的技術問題。本實用新型的技術解決方案—種用于共軸三反光學系統(tǒng)相機的碳纖維復合材料鏡筒，所述鏡筒的一端負載次鏡系統(tǒng)，其另一端負載主鏡系統(tǒng)，其特殊之處在于所述鏡筒由層壓板鋪設而成，所述層壓板由碳纖維復合材料單層板按照以下的鋪層總數、鋪設角、鋪層順序鋪設而成鋪層總數22，鋪設角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/90]s;或鋪層總數24，鋪設角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/±45/90]s;或鋪層總數26，鋪設角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/0/-45/90]s。上述層合板為M40J/648碳纖維復合單層板構成。本實用新型優(yōu)點本實用新型采用高模量的M40J/648碳纖維復合單層板制成的鏡筒，鋪層設計合理，工藝相對簡單，保證了主次鏡間的精度要求，從而保證了高分辨率光學系統(tǒng)的性能要求。圖1為本實用新型鏡筒結構示意圖；其中1-次鏡系統(tǒng)，2-鏡筒，3-固定支點，4_主鏡系統(tǒng)；圖2為本實用新型層壓板鋪層原理示意圖。具體實施方式對于可見光共軸三反系統(tǒng)，鏡筒的設計偏向于較高的一階頻率設計(大于3200Hz)，所以設計采用碳纖維復合材料的筒式結構。共軸三反光學系統(tǒng)相機結構中，次鏡系統(tǒng)1安裝于鏡筒2的左端，主鏡系統(tǒng)4安裝于鏡筒2的右端，鏡筒2上設置有固定支點3。主次鏡部件的安裝結構示意圖如圖1。碳纖維復合材料鏡筒是由單層板按照不同的角度鋪設而成的層壓板，單層板厚度很薄，固化后厚度為O.125mm，呈面內正交各向異性的特性。碳纖維復合材料鏡筒的設計，就是通過選擇單層鋪設角、鋪層比、鋪層順序獲得所要求達到的層合板剛度參數。層壓板由多層單層板組成，其典型的結構如圖2所示，層壓板的物理方程可表示為其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>N*為層壓板外力矩陣，M*為層壓板彎矩矩陣，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>>為應變矩陣，[A*]為層壓板拉伸剛度矩陣，[B*]為層壓板耦合剛度矩陣，[D*]為層壓板彎扭剛度矩陣。碳纖維層壓板的設計采用剛度為設計目標的方法，就是得出構成層壓板的單層板的鋪層角度、層數和鋪層順序，使得矩陣中[A，-層壓板拉伸剛度矩陣，[B，-層壓板耦合剛度矩陣，[Dl-層壓板彎扭剛度矩陣，數值均大于設計要求的20Gpa。在鋪層設計時，為了保證工藝的成熟性并簡化設計，采用對稱型的鋪層方式，消除耦合剛度。上述[B*]=0，[A*]與鋪層設計無關，[D*]與具體的鋪層順序有關。所以，層壓板剛度設計一般從[A*]矩陣開始，通過調參(鋪層順序、移軸等)來得到[D*]矩陣系數。其計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>^;;=0(對稱鋪層)其中(Qij)k為第k層的偏軸剛度；hkl為第k層的面積；i+《*1為第k層對中面的慣性矩c<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>單層板選擇高模量的M40J/648，其單層板的性能如表l，單層板的厚度和光學口徑決定了鋪層的總數為22、24或26層。設計的鋪層結果相應為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>[0038][±45/0/±45/0/±45/0/±45/90]s;[±45/0/±45/0/±45/0/+45/0/-45/90]表1M40J/648單層板的性能參數<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權利要求一種用于共軸三反光學系統(tǒng)相機的碳纖維復合材料鏡筒，所述鏡筒的一端負載次鏡系統(tǒng)，其另一端負載主鏡系統(tǒng)，其特征在于所述鏡筒由層壓板鋪設而成，所述層壓板由碳纖維復合材料單層板按照以下的鋪層總數、鋪設角、鋪層順序鋪設而成鋪層總數22，鋪設角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/90]s；或鋪層總數24，鋪設角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/±45/90]s；或鋪層總數26，鋪設角及鋪層順序[±45/0/±45/0/±45/0/+45/0/-45/90]s。2.根據權利要求1所述的用于共軸三反光學系統(tǒng)相機的碳纖維復合材料鏡筒，其特征在于所述層合板為M40J/648碳纖維復合單層板構成。專利摘要本實用新型涉及一種用于共軸三反光學系統(tǒng)相機的碳纖維復合材料鏡筒，鏡筒的一端負載次鏡系統(tǒng)，其另一端負載主鏡系統(tǒng)，鏡筒由層壓板鋪設而成，層壓板由碳纖維復合材料單層板按照以下的鋪層總數、鋪設角、鋪層順序鋪設而成鋪層總數22，或鋪層總數24，或鋪層總數26。本實用新型解決了現有主次鏡連接結構無法保證光學系統(tǒng)的傳遞函數的技術問題。本實用新型采用高模量的M40J/648碳纖維復合單層板制成的鏡筒，具有鋪層設計合理，工藝相對簡單，保證了主次鏡間的精度要求，從而保證了高分辨率光學系統(tǒng)的性能要求的優(yōu)點。文檔編號B32B9/00GK201548742SQ20092003399公開日2010年8月11日申請日期2009年7月23日優(yōu)先權日2009年7月23日發(fā)明者吳萌源,張禹康,李英才,胡永明,解永杰,陳榮利申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所