大口径长焦距平行光管主反射镜支撑与调整机构的研究

　　1　引　　言

　　大口径长焦距光学系统的成象质量评价,离不开相应的大口径长焦距平行光管。随着航天技术的发展,大口径长焦距的光学系统已有了越来越多的应用, 因此研制大口径的平行光管已势在必行。大口径长焦距平行光管为大口径长焦距光学系统的检验提供无限远目标,或提供一束平行光。它的基本结构是在一个平行光 管物镜的焦面上放一块分划板、星点孔等焦平面所用的光学元件,以满足被测光学系统不同参数检验的要求。比如放一分划板或星点孔,可提供一无限远目标,用于 确定光学系统焦面的位置;放一分辨率板可检验目视分辨率和照相分辨率;放一像分析器,可检验MTF值;放一运动目标可检查像移补偿的性能等等。要检验高质 量的光学系统,对光管的成像质量要求也甚高,而长焦距的平行光管的制作不同于短焦距的平行光管,其光学元件的支撑方式、环境因素(如:温度、振动、气流抖 动等)都将对光管的成像质量产生很大影响,必须在研制中采取一些特殊措施,以满足检验的要求。以下着重讨论支撑方式对光学面形的影响。

　　2　平行光管的光路结构

　　平行光管的光路采用反射式的光学系统,如图1所示。其中主反射镜是光管的关键部件,它的口径为700mm,重量约120kg。主反射镜面形的好 坏直接影响光管的成像质量,而这样大的反射镜的支撑方式对面形的影响是不可忽略的,必须恰当的选择支撑方式才能对其面形影响较小。

　　3　支撑方式的选择

　　反射镜的安装首先要考虑支撑方式对面形的影响。安装过程中,由重力而引起的安装应力是无法避免的。因此设计安装结构时主要考虑如何减小应力对面 形的影响。通常镜子的安装方式有两种,一是V型支撑方式,采用V型支撑时,如果镜子很重,镜子的重力只作用在两条线上,应力非常集中,局部应力很大,显然 这种支撑方式不适合大镜子的支撑。二是采用钢带兜吊的方式,采用这种方式镜子的重力分布在钢带与镜子接触的圆周面内,而柔性的钢带与镜子之间会有良好的接 触,应力分布比较均匀,不会产生较大的局部应力,因此大镜子一般都采用钢带兜吊的方式。图2为两种支撑方式应力分布的示意图。

　　V型支撑时局部受力与重力的关系:

　　其中,G为主镜重力,Nr、Nt为支撑点的径向与切向分力。

　　钢带兜吊方式时局部受力与重力的关系:

　　其中q为钢带载荷的线密度

　　对于主反射镜其中心厚度与边缘厚度不一致,如图3所示,为了使力不作用在镜面上,钢带宽度应小于镜子的中心厚度,兜吊的位置也不应该超过镜面的顶点。