[发明专利]一种空间相机主动热控调焦装置

权利要求书

1.一种空间相机主动热控调焦装置，其特征在于包括：所述主动热控即应用材料的热膨胀性质理念，通过控制装置中某结构件的温度，实现驱动位移的目的；所述调焦装置选择调节次镜的位置进行离焦量的补偿，选择次镜作为调节环节，所述次镜调节驱动方式选择非机械机构驱动，则是根据利用材料的热膨胀性质这种理念而设计的主动热控驱动方式，

所述利用材料的热膨胀性质设计的热控驱动方式中调节驱动元件为一定长度的铝环，铝环长度为30mm；

所述空间相机主动热控调焦装置包括次镜组件和调焦组件，所述次镜组件包括次镜室(1)、次镜压圈(2)和次镜片(3)；所述调焦组件包括隔热垫(4)、殷钢柱(5)、铝环(6)、加热片(7)、散热器(8)和热敏电阻(9)；所述次镜片(3)由次镜压圈(2)压紧在次镜室(1)中；所述隔热垫(4)起到隔绝次镜组件与其他部件的温度传导的作用，殷钢柱(5)与次镜室(1)相连，殷钢柱(5)上端与铝环(6)连接，铝环(6)的外圆粘有加热片(7)，加热片(7)均匀贴敷于铝环(6)外圆面，保证铝环(6)温度变化时线性膨胀更均匀，铝环(6)上端装有散热器(8)；在铝环(6)上端圆周位置均布粘有4个热敏电阻(9)，即温度探测器，实时监测铝环的温度变化情况；

所述次镜调焦量0.2mm，共分为12步调节，温度调节范围30℃，铝环长度为30mm，每步调节温度为1℃，具体计算过程如下：

空间相机调焦机构改变沿光轴方向一个自由度的位移，只用到线膨胀系数，线膨胀系数ɑ＝ΔL/(L*ΔT)，其中L为某种材料的初始长度，ΔL为在ΔT温度变化情况下物体长度的变化量，根据函数之间的关系，来实现调焦的目的，具体实施方案为把线膨胀系数ɑ作为一个常数，ΔL作为一个目标值，通过控制温度的变化ΔT来实现主动控制位移的目的，空间相机各材料应用当中，铝合金的线膨胀系数较其他空间相机所用材料的线膨胀系数高很多，为α＝22.7x10^-6，选择铝合金作为热控驱动的载体，能实现在较小的温度变化下，实现相对较大位移量，而且初始长度L可以做到相对较小，不仅能较好的保证结构稳定性，对于控制和能量的消耗都有相对较低的要求，

空间相机设计时依据ɑ＝ΔL/(L*ΔT)公式，

其中α＝22.7x10^-6；

温度变化范围为ΔT＝30℃；

总的调焦量为ΔL＝0.2mm；

调焦步数为12步；

将上述值带入公式ɑ＝ΔL/(L*ΔT)中，

则22.7x10^-6＝0.2/(L*30)，

则计算得到需要铝环的长度L为30mm；

同样在已得到铝环长度30mm的情况下，每步温度变化为1℃；

空间相机测得需要调焦时，热敏电阻作为温度传感器，首先测得当下的温度，反馈到控制系统，则控制系统发出指令使加热片以温升1度的方式进行加热，则铝环在光轴方向上产生微小位移，在调焦过程中殷钢柱的外圆与铝合金配合的内圆留有0.1mm的间隙，防止了铝环在圆周方向发生变化时与殷钢柱外圆发生干涉，殷钢柱在温度发生改变时，长度没有变化，及铝环沿光轴的位移直接驱动次镜位置沿光轴位置的发生改变，直到调焦过程结束；

所述铝环(6)为调焦装置的热控驱动元件；

在所述殷钢柱(5)与次镜室连接表面安装有聚酯酰亚胺绝缘材料，保证加热片(7)工作时，只限于铝环的状态的改变，而不会将热量传导到次镜组件。

2.根据权利要求1所述的空间相机主动热控调焦装置，其特征在于：所述散热器(8)选择上在能量消耗允许的情况下，尽量增大与铝环(6)的接触面积，并且保证散热器(8)的散热面积更大，提高散热效率。