CN107450146B - 一种高精度大口径透镜柔性支撑装置 - Google Patents

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Abstract

一种高精度大口径光学透镜的柔性支撑装置，涉及光学成像探测领域，解决现有透镜支撑的安装方式难以满足大口径透镜的支撑系统要求的问题，包括镜座，沿镜座的圆周间隔120度设置轴向定位组件和径向定位组件；轴向定位组件包括轴向定位凸台和轴向定位机构，径向定位组件包括径向定位螺钉和径向弹性支撑组件，径向弹性支撑组件包括固定块、径向支撑弹片和侧向粘接座；光学透镜的一面与轴向定位凸台接触，径向定位螺钉穿过镜座上的定位螺纹孔调整光学透镜与镜座的相对径向位置，光学透镜的另一面与轴向定位机构接触，径向支撑弹片通过固定块固定在镜座上，径向支撑弹片两端分别固定连接有侧向粘接座，侧向粘接座粘接粘接在光学透镜的侧面。

Description

一种高精度大口径透镜柔性支撑装置
技术领域
本发明涉及光学成像探测领域，具体涉及一种高精度大口径透镜柔性支撑装置。
背景技术
透镜是组成各种光学系统的基本元件，通过将各类透镜组合可以构成功能各异的光学系统，因此，透镜的面形精度和安装精度是影响整个光学系统的关键因素。随着对光学系统视场、分辨率和成像质量等性能要求的提高，光学元件的口径越来越大，对系统中单个透镜的位置精度和面形精度的要求也越来越高。而且透镜不可以进行背部支撑，口径越大质量也越大。并且在实际使用过程中，透镜/透镜组经常在运动过程中完成对目标的成像，使用环境的温度变化范围也比较大，所以对透镜的支撑结构不仅要满足静力学要求，而且还需要满足动力学要求并具有良好的温度适应性。因此传统的主要用于小透镜支撑的采用压块或压圈固定的安装方式很难满足大口径透镜的支撑系统要求。
发明内容
本发明为解决现有透镜支撑的安装方式难以满足大口径透镜的支撑系统要求的问题，提供一种高精度大口径透镜柔性支撑装置。
一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，包括镜座、轴向定位组件和径向定位组件；沿所述镜座的圆周间隔120度设置轴向定位组件和径向定位组件；所述轴向定位组件包括轴向定位凸台和轴向定位机构，所述径向定位组件包括径向定位螺钉和径向弹性支撑组件，所述径向弹性支撑组件包括固定块、径向支撑弹片和侧向粘接座；光学透镜的一面与轴向定位凸台接触，径向定位螺钉穿过镜座上的定位螺纹孔调整光学透镜与镜座的相对径向位置，光学透镜的另一面与所述轴向定位机构接触，所述径向支撑弹片通过固定块固定在镜座上，径向支撑弹片两端分别固定连接有侧向粘接座，所述侧向粘接座粘接粘接在光学透镜的侧面。
本发明的有益效果：本发明采用三个径向支撑弹片的设置对透镜提供六点弹性侧面支撑，这种支撑形式相比三点支撑而言透镜受力更均匀，弹性支撑的设计避免了硬点支撑的应力集中现象，并能够容许支撑结构较大的加工和装配误差。
本发明所述的支撑装置对透镜的面形影响小，应用范围广，特别适合口径大或面形精度要求高的透镜以及有特殊要求的平面反射镜。
附图说明
图1为本发明所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置的整体装配图；
图2中图2a和图2b分别为本发明所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置中径向弹性支撑组件去掉侧向粘接座的主视和侧视图；
图3为本发明所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置中镜座的主视图；
图4是本发明所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置中轴向定位组件的剖视图。
图中：1、镜座，11、轴向定位凸台，12、注胶槽，2、轴向定位组件，21、轴向定位支架，22、轴向压板，23、轴向定位螺钉，31、径向定位螺钉，4、光学透镜，5、径向弹性支撑组件，51、固定块，511、L形柔性槽，52、径向支撑弹片，53、侧向粘接座。
具体实施方式
结合图1至图4说明本发明的实施方式，本发明的一种高精度大口径透镜柔性支撑结构包括：镜座1，定位组件和径向弹性支撑组件5。所述的镜座1上设置三个沿圆周均布的轴向定位凸台11，光学透镜放置于轴向定位凸台11上，所述定位组件包括轴向定位组件2和径向定位组件，光学透镜4一面与轴向定位凸台11接触，另一面与所述轴向定位组件2的轴向定位螺钉23接触，轴向定位组2件有三组，安装位置与镜座上的轴向定位凸台11对应，轴向定位组件用于约束透镜的轴向位置，镜座1的圆周处设置三个沿圆周均布的径向定位螺纹孔，所述径向定位组件包括三个径向定位螺钉31，径向定位螺钉穿过三个定位螺纹孔调整光学透镜4与镜座1的相对径向位置。
本实施方式中，所述径向弹性支撑组件5有三组，每组径向弹性支撑组件5包括径向支撑弹片52，固定块51和侧向粘接座53，三个径向支撑弹片52沿圆周均布，每个径向支撑弹片中间位置通过固定块51固定在镜座1上，每个径向支撑弹片52两端各固定连接有一个侧向粘接座53，所述侧向粘接座53粘接固定在光学透镜4侧面。三个径向支撑弹片52的设置对透镜4提供六点弹性侧面支撑，这种支撑形式相比三点支撑而言透镜受力更均匀，弹性支撑的设计避免了硬点支撑的应力集中现象，并能够容许支撑结构较大的加工和装配误差。
所述径向支撑弹片52沿光轴方向穿过透镜4的中性面。径向支撑弹片52等厚度的平面长条形状，采用钛合金材料加工，加工完成后进行消应力处理。等厚平面的设计可以大大降低加工难度，也间接保证了三个弹片的一致性。弹片沿厚度方向的弯曲刚度远小于长度和宽度方向，三个弹片轴对称布置的，相互配合。
所述固定块51上开设有两条相对布置的L形柔性槽511，容许弹片相对固定块小范围的摆动，可以有效降低加工和装调难度。
所述侧向粘接座53材料热膨胀系数与光学透镜材料热膨胀系数一致或接近；将侧向粘接座53与透镜粘接时使用无应力胶，胶层厚度一致均匀。使用粘接工装使胶层厚度一致均匀，严格按照无应力胶的要求固化胶层。粘接后确保每组径向弹性支撑组件5的两个侧向粘接座53的与径向支撑弹片52连接的安装面共面。三个侧向粘接座52与光学透镜4的粘接位置沿透镜圆周均布。
本实施方式中所述径向弹性支撑组件5的数量还可以是3的其他整数倍，如6组或9组等。
本实施方式中，每组轴向定位组件包括轴向定位支架21，轴向压板22和轴向定位螺钉23。轴向定位支架21安装在镜座1上，轴向压板22固定连接在轴向定位支架21上表面，轴向压板22上开有螺纹通孔，轴向定位螺钉23穿过螺纹通孔，并与透镜4表面边缘接触。
本实施方式中，三组轴向定位组件和三组径向定位组件的设置能够刚好完全限制透镜的六各自由度，保证透镜的装调要求。
本实施方式中，为了提高透镜支撑结构的温度适应性，在温度变化时减小透镜和支撑结构不同的形变量产生的应力对透镜面形的影响，在三个轴向定位螺钉和三个径向定位螺钉与透镜的接触面上设置有消应力垫片，所述消应力垫片为聚四氟乙烯垫片；由于垫片材料特殊的温度变形特性，可以有效抵消透镜和支撑结构随温度变化变形量的差值。垫片的厚度根据各部件的热膨胀系数和尺寸计算得到。
本实施方式中，所述的三个轴向定位凸台11的上表面为平面，且三个轴向定位凸台11共面，当透镜为凸透镜时，凸台与透镜的接触方式为线接触；当透镜为进行了修边处理凹透镜时，凸台与透镜的接触方式为面接触。
本实施方式中，所述的镜座1上还具有多个沿圆周均布的注胶槽12，透镜装调检测合格后注入环氧胶以固定透镜。

Claims (9)

1.一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，包括镜座(1)、轴向定位组件和径向定位组件；所述轴向定位组件和径向定位组件均为三个，三个轴向定位组件沿镜座(1)的圆周120度间隔设置，三个径向定位组件沿镜座(1)的圆周120度间隔设置；其特征是；所述轴向定位组件包括轴向定位凸台(11)和轴向定位机构，所述径向定位组件包括径向定位螺钉(31)和径向弹性支撑组件(5)，所述径向弹性支撑组件(5)包括固定块(51)、径向支撑弹片(52)和侧向粘接座(53)；
光学透镜(4)的一面与轴向定位凸台(11)接触，径向定位螺钉(31)穿过镜座(1)上的定位螺纹孔调整光学透镜(4)与镜座(1)的相对径向位置，光学透镜(4)的另一面与所述轴向定位机构接触，所述径向支撑弹片(52)通过固定块(51)固定在镜座(1)上，径向支撑弹片(52)两端分别固定连接有侧向粘接座(53)，所述侧向粘接座(53)粘接在光学透镜(4)的侧面。
2.根据权利要求1所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于，所述轴向定位机构包括轴向定位支架(21)、轴向压板(22)和轴向定位螺钉(23)；所述轴向定位支架(21)安装在镜座(1)上，轴向压板(22)固定连接在轴向定位支架(21)上表面，轴向压板(22)上开有螺纹通孔，轴向定位螺钉(23)穿过所述螺纹通孔。
3.根据权利要求2所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于，所述轴向定位螺钉(23)和径向定位螺钉(31)与光学透镜(4)的接触面之间设置消应力垫片。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于，镜座(1)上的三个轴向定位凸台(11)上表面共面，且所述轴向定位凸台(11)与光学透镜(4)的接触方式为线接触或面接触。
5.根据权利要求4所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于，径向支撑弹片(52)沿光轴方向穿过透镜的中性面。
6.根据权利要求5所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于，所述径向支撑弹片采用钛合金材料加工，加工完成后进行消应力处理；径向支撑弹片(52)的数量为六组或九组。
7.根据权利要求6所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于，所有侧向粘接座(53)的材料热膨胀系数与光学透镜(4)材料热膨胀系数一致。
8.根据权利要求7所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于：所述固定块(51)上开设有两条相对设置的L形柔性槽。
9.根据权利要求8所述的一种高精度大口径透镜柔性支撑装置，其特征在于：还包括注胶槽(12)，所述镜座(1)的圆周均布多个注胶槽，用于固定光学透镜(4)。
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