离轴反射镜及其加工方法

摘要

本发明提供一种离轴反射镜，其包括反射面、背面、前表面、后表面、第一侧面及第二侧面，所述反射面和所述背面相对，所述前表面和所述后表面相对，所述第一侧面和所述第二侧面相对，所述第一侧面和所述第二侧面之间设有第一层轻量化孔，所述前表面和所述后表面之间设有第二层轻量化孔。所述离轴反射镜可获得较高的刚度，可以有效地解决传统反射镜加工周期长、制造成本高、长条形离轴反射镜刚度低的问题。本发明另外提供一种离轴反射镜加工方法，采用改性工艺对反射镜进行改性，在改性层表面进行光学加工，提高了反射镜的面形精度和表面光洁度，能够满足可见光要求。

权利要求

1.一种离轴反射镜，其特征在于，包括反射面、背面、前表面、后表面、第一侧面及第二侧面，所述反射面和所述背面相对，所述前表面和所述后表面相对，所述第一侧面和所述第二侧面相对，所述第一侧面和所述第二侧面之间设有第一层轻量化孔，所述前表面和所述后表面之间设有第二层轻量化孔；所述第一层轻量化孔靠近所述反射面，且沿所述离轴反射镜的长边方向延伸、通过所述第一侧面和所述第二侧面；

所述第一层轻量化孔和所述第二层轻量化孔在空间上不相交贯通，互相之间形成一个厚度均匀的隔层；

所述的第一层轻量化孔包括一组三角形轻量化孔，所述三角形轻量化孔为通孔，通过所述第一侧面和所述第二侧面，贯穿所述离轴反射镜的镜体；

相邻的所述三角形轻量化孔之间的相邻两边相互平行，且相邻的所述三角形轻量化孔之间形成等厚的隔层；或，所述三角形轻量化孔靠近所述背面的边与所述背面严格平行，所述三角形轻量化孔靠近所述反射面的边与所述反射面近似平行；或，所述三角形轻量化孔中，除靠近所述前表面和所述后表面的两个三角形轻量化孔之外，中间的所述三角形轻量化孔均为等腰三角形；

所述第二层轻量化孔靠近所述背面，且沿所述离轴反射镜的短边方向延伸、通过所述前表面和所述后表面；

所述第二层轻量化孔包括一个矩形轻量化孔和一组三角形轻量化孔；所述矩形轻量化孔为盲孔，开口开设于所述离轴反射镜的后表面；所述三角形轻量化孔均为通孔，对称分布在所述矩形轻量化孔的相对两侧，通过所述前表面和所述后表面，贯穿所述离轴反射镜的镜体；

所述前表面、所述背面与所述第一侧面之间、所述前表面、所述背面与所述第二侧面之间，分别设有对称的倒角，所述倒角与所述第一层轻量化孔或所述第二层轻量化孔均不交合；和/或，所述反射面在完成第一遍单点金刚石车削加工后，对所述反射面或者整个所述离轴反射镜进行改性处理，之后再次对所述反射面采用单点金刚石车削加工，最后利用抛光技术对所述反射面进行光学抛光；

相邻的所述三角形轻量化孔之间的相邻两边相互平行，所述三角形轻量化孔与所述矩形轻量化孔之间相邻的两边相互平行，且相邻的所述三角形轻量化孔之间、所述三角形轻量化孔与所述矩形轻量化孔之间均形成等厚的隔层；或，所述三角形轻量化孔靠近所述背面的边与所述背面平行；所述三角形轻量化孔靠近所述反射面的边与所述背面平行；或，靠近所述第一侧面或所述第二侧面的所述三角形轻量化孔的边与所述第一侧面和所述第二侧面平行，所述三角形轻量化孔均为等腰直角三角形。

说明书

离轴反射镜及其加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及成像光学技术领域，尤其涉及一种离轴反射镜及其加工方法。

背景技术

[0002] 反射镜是成像光学系统中的一类重要零件，它的性能直接影响着光学系统的成像质量。传统的反射镜材料包括碳化硅、融石英以及微晶玻璃等，这些材料都属于难加工材料，加工周期长，制造成本高。

[0003] 与同轴光学系统相比，离轴光学系统能够实现更大的视场，离轴光学系统中的反射镜大多为长短边不等的长条形反射镜，这种不对性使得反射镜的整体刚度相比圆形的反射镜相对较差。而在很多应用领域，特别是航天航空等对质量约束严苛的应用领域，反射镜的高刚度设计又显得尤为重要。碳化硅材料比刚度高，其制成的反射镜多采用背部开放式设计。对于比刚度相对较低的金属材料，这种设计则难以满足高精度成像质量的使用要求。

[0004] 金属基反射镜可以采用单点金刚石车削的方式实现快速的光学加工，但受限于金刚石车床的加工精度，直接车削得到的反射镜只能应用于红外光学系统，无法满足精度要求更高的可见光系统。

发明内容

[0005] 有鉴于此，为了解决传统反射镜加工周期长、制造成本高、长条形离轴反射镜刚度低的问题以及金属反射镜无法满足高精度可见光系统要求的技术难题，本发明提供一种离轴反射镜及其加工方法。

[0006] 一种离轴反射镜，其包括反射面、背面、前表面、后表面、第一侧面及第二侧面，所述反射面和所述背面相对，所述前表面和所述后表面相对，所述第一侧面和所述第二侧面相对，所述第一侧面和所述第二侧面之间设有第一层轻量化孔，所述前表面和所述后表面之间设有第二层轻量化孔。

[0007] 利用所述第一层轻量化孔和所述第二层轻量化孔，所述离轴反射镜可获得较高的刚度，可以有效地解决传统反射镜加工周期长、制造成本高、长条形离轴反射镜刚度低的问题。

[0008] 本发明一较佳实施方式中，所述第一层轻量化孔和所述第二层轻量化孔在空间上不相交贯通，互相之间形成一个厚度均匀的隔层。

[0009] 本发明一较佳实施方式中，所述第一层轻量化孔靠近所述反射面，且沿所述离轴反射镜的长边方向延伸、通过所述第一侧面和所述第二侧面。

[0010] 本发明一较佳实施方式中，所述的第一层轻量化孔包括一组三角形轻量化孔，所述三角形轻量化孔为通孔，通过所述第一侧面和所述第二侧面，贯穿所述离轴反射镜的镜体。

[0011] 本发明一较佳实施方式中，相邻的所述三角形轻量化孔之间的相邻两边相互平行，且相邻的所述三角形轻量化孔之间形成等厚的隔层。

[0012] 本发明一较佳实施方式中，所述三角形轻量化孔靠近所述背面的边与所述背面严格平行；所述三角形轻量化孔靠近所述反射面的边与所述反射面近似平行。

[0013] 本发明一较佳实施方式中，所述三角形轻量化孔中，除靠近所述前表面和所述后表面的两个三角形轻量化孔之外，中间的所述三角形轻量化孔均为等腰三角形。

[0014] 本发明一较佳实施方式中，所述第二层轻量化孔靠近所述背面，且沿所述离轴反射镜的短边方向延伸、通过所述前表面和所述后表面。

[0015] 可知，所述离轴反射镜的背部封闭，所述第一层轻量化和所述第二层轻量化分别沿着长条镜的长边和短边，成正交分布状态，与背部开放式的轻量化结构相比，同等轻量化水平下，可使镜体刚度更高。

[0016] 本发明一较佳实施方式中，所述第二层轻量化孔包括一个矩形轻量化孔和一组三角形轻量化孔；所述矩形轻量化孔为盲孔，开口开设于所述离轴反射镜的后表面；所述三角形轻量化孔均为通孔，对称分布在所述矩形轻量化孔的相对两侧，通过所述前表面和所述后表面，贯穿所述离轴反射镜的镜体。

[0017] 本发明一较佳实施方式中，相邻的所述三角形轻量化孔之间的相邻两边相互平行，所述三角形轻量化孔与所述矩形轻量化孔之间相邻的两边相互平行，且相邻的所述三角形轻量化孔之间、所述三角形轻量化孔与所述矩形轻量化孔之间均形成等厚的隔层。

[0018] 本发明一较佳实施方式中，所述三角形轻量化孔靠近所述背面的边与所述背面平行；所述三角形轻量化孔靠近所述反射面的边与所述背面平行。

[0019] 本发明一较佳实施方式中，靠近所述第一侧面或所述第二侧面的所述三角形轻量化孔的边与所述第一侧面和所述第二侧面平行，所述三角形轻量化孔均为等腰直角三角形。

[0020] 本发明一较佳实施方式中，所述离轴反射镜由金属材料或金属基复合材料制成。由此，所述离轴反射镜可利用金属材料易于加工的特点，缩短反射镜的制造周期，降低生产成本。

[0021] 本发明一较佳实施方式中，所述前表面、所述背面与所述第一侧面之间、所述前表面、所述背面与所述第二侧面之间，分别设有对称的倒角，所述倒角与所述第一层轻量化孔或所述第二层轻量化孔均不交合。

[0022] 本发明一较佳实施方式中，所述反射面在完成第一遍单点金刚石车削加工后，对所述反射面或者整个所述离轴反射镜进行改性处理，之后再次对所述反射面采用单点金刚石车削加工，最后利用抛光技术对所述反射面进行光学抛光。

[0023] 由此，可有效提高所述离轴反射镜的面形精度和表面光洁度，能够满足可见光要求。

[0024] 一种离轴反射镜的加工方法，其包括如下步骤：

[0025] S101、进行所述离轴反射镜的粗加工，形成反射面、背面、前表面、后表面、第一侧面及第二侧面；

[0026] S103、进行所述离轴反射镜的精加工，并精加工第一层轻量化孔及第二层轻量化孔；

[0027] S105、采用单点金刚石车削的方式，加工所述反射面；

[0028] S107、采用表面改性工艺，对所述离轴反射镜进行改性；

[0029] S109、采用单点金刚石车削的方式，对改性后的所述反射面进行加工；

[0030] S1011、采用抛光技术，对反射面进行抛光，修正面形误差，提高表面光洁度。

[0031] 本发明一较佳实施方式中，步骤S101的粗精工和步骤S103的精加工之后，均进行消应力处理。

[0032] 本发明一较佳实施方式中，步骤S107中，只对所述反射面进行改性，或者对所述反射面、所述背面、所述前表面、所述后表面、所述第一侧面及所述第二侧面均进行改性。

[0033] 本发明一较佳实施方式中，步骤S1011之后，对所述反射面进行镀膜。

[0034] 相较于现有技术，所述离轴反射镜利用所述第一层轻量化孔和所述第二层轻量化孔，可获得较高的刚度，可以有效地解决传统反射镜加工周期长、制造成本高、长条形离轴反射镜刚度低的问题。本发明提供的离轴反射镜加工方法采用改性工艺对反射镜进行改性，在改性层表面进行光学加工，提高了反射镜的面形精度和表面光洁度，能够满足可见光要求。

附图说明

[0035] 图1为本发明提供的离轴反射镜的结构示意图；

[0036] 图2为图1所示离轴反射镜另一视角的结构示意图；

[0037] 图3为图1所示离轴反射镜中第一层轻量化孔的示意图；

[0038] 图4为图1所示离轴反射镜中第二层轻量化孔的示意图；

[0039] 图5为图4所示第二层轻量化孔另一视角的示意图；

[0040] 图6为图1所示离轴反射镜中倒角的示意图。

具体实施方式

[0041] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

[0042] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0043] 本发明提供一种离轴反射镜，其包括反射面、背面、前表面、后表面、第一侧面及第二侧面，所述反射面和所述背面相对，所述前表面和所述后表面相对，所述第一侧面和所述第二侧面相对，所述第一侧面和所述第二侧面之间设有第一层轻量化孔，所述前表面和所述后表面之间设有第二层轻量化孔。

[0044] 所述离轴反射镜用于可见光成像光学系统中，对成像光束进行反射。

[0045] 请参阅图1和图2，为本发明提供的离轴反射镜的结构示意图，本实施例中，所述离轴反射镜为长条形，有六个主要的表面，包括反射面1、背面2、前表面3、后表面4、第一侧面5及第二侧面6。所述反射面1和所述背面2相对，所述前表面3和所述后表面4相对，所述第一侧面5和所述第二侧面6相对，所述第一侧面5和所述第二侧面6之间设有第一层轻量化孔7，所述前表面3和所述后表面4之间设有第二层轻量化孔8。

[0046] 优选地，所述第一层轻量化孔7和所述第二层轻量化孔8在空间上不相交贯通，互相之间形成一个厚度均匀的隔层。

[0047] 本实施例中，所述第一层轻量化孔7和所述第二层轻量化孔8分别沿着所述离轴反射镜的长边和短边延伸，成正交分布状态。由此，通过对轻量化的合理设计，可使得所述离轴反射镜的轻量化程度更高，镜体特别是反射面1的刚度水平更均匀。

[0048] 具体地，所述第一层轻量化孔7靠近反射面1，所述第一层轻量化孔7的轴线沿所述离轴反射镜的长边方向延伸，通过所述第一侧面5和所述第二侧面6；所述第二层轻量化孔8靠近所述背面2，所述第二层轻量化孔8的轴线沿所述离轴反射镜的短边方向延伸，通过所述前表面3和所述后表面4。

[0049] 请参阅图3，所述的第一层轻量化孔7包括一组三角形轻量化孔71、72、73，所述三角形轻量化孔为通孔，通过所述第一侧面5和所述第二侧面6，贯穿所述离轴反射镜的镜体。

[0050] 具体地，相邻的所述三角形轻量化孔之间的相邻两边相互平行，且相邻的所述三角形轻量化孔之间形成等厚的隔层。所述三角形轻量化孔靠近所述背面2的边与所述背面2严格平行；所述三角形轻量化孔靠近所述反射面1的边与所述反射面1近似平行。由此，使得所述三角形轻量化孔到所述离轴反射镜的表面的壁厚近似均匀，进而可使所述离轴反射镜的刚度更好。

[0051] 本实施例中，所述三角形轻量化孔中，除靠近所述前表面3和所述后表面4的两个三角形轻量化孔71、72之外，中间的所述三角形轻量化孔73均为等腰三角形。

[0052] 请参阅图4和图5，所述第二层轻量化孔8包括一个矩形轻量化孔81和一组三角形轻量化孔82；所述矩形轻量化孔81为盲孔，开口开设于所述离轴反射镜的后表面4；所述三角形轻量化孔82均为通孔，对称分布在所述矩形轻量化孔1的相对两侧，通过所述前表面3和所述后表面4，贯穿所述离轴反射镜的镜体。

[0053] 具体地，相邻的所述三角形轻量化孔82之间的相邻两边相互平行，所述三角形轻量化孔82与所述矩形轻量化孔81之间相邻的两边相互平行，且相邻的所述三角形轻量化孔82之间、所述三角形轻量化孔82与所述矩形轻量化孔81之间均形成等厚的隔层。所述三角形轻量化孔82靠近所述背面2的边与所述背面2平行；所述三角形轻量化孔82靠近所述反射面1的边与所述背面2平行。

[0054] 本实施例中，靠近所述第一侧面5或所述第二侧面6的所述三角形轻量化孔82的边与所述第一侧面5和所述第二侧面6平行，所述三角形轻量化孔82均为等腰直角三角形。

[0055] 请参阅图6，所述前表面3、所述背面2与所述第一侧面5之间、所述前表面3、所述背面2与所述第二侧面6之间，分别设有对称的倒角9，所述倒角9与所述第一层轻量化孔7或所述第二层轻量化孔8均不交合。

[0056] 本发明中，所述离轴反射镜采用金属材料或者金属基的复合材料制成，实际设计时可以根据使用要求的不同，选用不同的材料。由此，所述离轴反射镜可利用金属材料易于加工的特点，缩短反射镜的制造周期，降低生产成本。

[0057] 优选地，所述反射面1在完成第一遍单点金刚石车削加工后，对所述反射面1或者整个所述离轴反射镜进行改性处理，之后再次对所述反射面采1用单点金刚石车削加工，最后利用抛光技术对所述反射面1进行光学抛光，达到可见光使用的要求。由此，可有效提高所述离轴反射镜的面形精度和表面光洁度，能够满足可见光要求。

[0058] 本发明提供一种离轴反射镜加工方法，包括以下步骤：

[0059] S101、进行所述离轴反射镜的粗加工，形成反射面、背面、前表面、后表面、第一侧面及第二侧面。

[0060] 具体地，反射面1、背面2、前表面3、后表面4、第一侧面5及第二侧面6和倒角9按照加工工艺留余量，粗加工结束后进行消应力处理。

[0061] S103、进行所述离轴反射镜的精加工，并精加工第一层轻量化孔及第二层轻量化孔。

[0062] 具体地，精加工所述离轴反射镜以及第一层轻量化孔7及第二层轻量化孔8，本实施例中，所述离轴反射镜的外形尺寸加工至图纸要求尺寸，所述反射面1加工到最接近拟合半径；所述第二层轻量化孔8中的矩形盲孔81采用铣削的方式直接加工到图纸要求尺寸，其余的三角形轻量化孔71、72、82的加工则分两道工序：首先在三角形轻量化孔71、72、82区域打一个穿丝的底孔，底孔为通孔，尺寸通常为φ3～5；然后利用线切割的方式加工出三角形轻量化孔化孔71、72、82，达到图纸要求尺寸。

[0063] 优选地，所述离轴反射镜的精加工结束后，进行消应力处理。

[0064] S105、采用单点金刚石车削的方式，加工所述反射面1。

[0065] S107、采用表面改性工艺，对所述离轴反射镜进行改性。

[0066] 具体地，可以只对所述反射面1进行改性，当然，也可以对所述离轴反射镜的所有面进行整体改性，即对所述反射面1、所述背面2、所述前表面3、所述后表面4、所述第一侧面5及所述第二侧面6均进行改性。

[0067] S109、采用单点金刚石车削的方式，对改性后的所述反射面进行加工；

[0068] S1011、采用抛光技术，对反射面进行抛光，修正面形误差，提高表面光洁度。

[0069] 本实施例中，对改性后的所述反射面1进行单点金刚石车削加工后，再利用光学抛光手段加工到要求的面形水平。

[0070] 进一步地，在步骤S109之后，还可以包括步骤S1013，根据具体使用要求，对所述反射面1进行镀膜。

[0071] 相较于现有技术，所述离轴反射镜利用所述第一层轻量化孔和所述第二层轻量化孔，可获得较高的刚度，可以有效地解决传统反射镜加工周期长、制造成本高、长条形离轴反射镜刚度低的问题。本发明提供的离轴反射镜加工方法采用改性工艺对反射镜进行改性，在改性层表面进行光学加工，提高了反射镜的面形精度和表面光洁度，能够满足可见光要求。

[0072] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。