CN107608067A - 一种望远镜、主镜总成及其带有防旋设计的主镜支撑机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，其主镜芯轴外球面与望远镜主镜中孔柱面间隙配合，限制主镜水平方向的两维平移；三组底支撑组件采用柔性结构，限制主镜竖直方向的平移及水平方向的两维倾斜；支撑机构中加入防旋组件，限制主镜沿竖直方向的旋转，防旋柔性杆两侧固定于主镜支撑底板上平面，中间通过光学结构胶粘接于底支撑粘接座下平面，防旋组件与主镜无直接接触，能够降低安装应力及粘胶应力对主镜面形的影响；支撑机构中的柔性环节可避免各环节相互应力干涉。本发明的支撑机构原理正确，机械件易于加工，装配易于实现，适用于反射式跟踪捕获望远镜的主镜支撑领域。本发明还公开了一种应用上述支撑机构的望远镜及其主镜总成。

Description

一种望远镜、主镜总成及其带有防旋设计的主镜支撑机构

技术领域

本发明涉及光学仪器技术领域，特别涉及一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构。

背景技术

反射式跟踪捕获望远镜镜头，通光口径一般在300mm～600mm，为保证有稳定、清晰的观测图像效果，望远镜内部的光学元件的面形精度起着至关重要的作用，因为望远镜的主镜作为系统中最大的光学元件，所以其面形精度对系统成像质量最为重要。合理的支撑结构会产生好的面形精度，因此需要对望远镜主镜的支撑结构开展深入的研究。

传统的反射式望远镜主镜采用单独的挑芯轴支撑方式，芯轴负责主镜的径向定位，主镜的轴向定位通过连接芯轴的上下机械靠面压紧方式来实现，而上下机械靠面的与主镜端面的摩擦力限制主镜的轴向旋转，此种支撑方式的优点是结构简单，缺点是上下机械靠面的压紧力不容易控制，压紧力过大容易导致主镜面形较差，压紧力过小会导致主镜的轴向旋转自由度不能得到有效限制。

通过对相关文献的查阅，目前应用较多的主镜支撑方式是采用三点柔性底支撑和柔性侧支撑的联合支撑方案，此种支撑方式的优点是其在机构上实现了对主镜的六自由度全约束，而底支撑与侧支撑通过柔性环节，可保证相互无应力干涉，此种支撑方案的缺点是结构过于复杂，不利于装配，且侧支撑的柔性铰链一般结构较为复杂，加工难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，克服目前望远镜主镜支撑结构的缺点及局限性。

本发明还提供了一种应用上述支撑机构的望远镜及其主镜总成。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，包括主镜芯轴、主镜支撑底板、底支撑粘接座、底支撑固定座、底支撑组件和防旋组件；

所述主镜芯轴安装于所述主镜支撑底板，所述底支撑固定座安装于所述主镜支撑底板；

所述底支撑粘接座用于同望远镜主镜的背面固定连接；所述底支撑组件的两端分别安装于所述底支撑粘接座和所述底支撑固定座；所述防旋组件连接在所述底支撑粘接座和所述主镜支撑底板之间，能够限制所述底支撑粘接座沿所述主镜芯轴轴向的旋转。

优选的，所述防旋组件包括防旋柔性杆；所述防旋柔性杆垂直所述主镜芯轴轴向安装于所述主镜支撑底板，所述底支撑粘接座连接于所述防旋柔性杆的中间。

优选的，所述防旋柔性杆沿所述主镜芯轴的切向安装于所述主镜支撑底板，所述防旋柔性杆的中点位于所述主镜芯轴的径线上。

优选的，所述防旋组件的数量为多个，围绕所述主镜芯轴均匀分布；所述底支撑粘接座、所述底支撑固定座和所述底支撑组件的数量为一一对应的多个。

优选的，所述防旋组件还包括防旋柔性杆粘接座和防旋柔性杆压盖；

所述防旋柔性杆粘接座固定连接于所述底支撑粘接座，所述防旋柔性杆的中间放置于所述防旋柔性杆粘接座的凹槽内，并由所述防旋柔性杆压盖压紧。

优选的，所述防旋组件还包括两个防旋柔性杆固定座；

所述防旋柔性杆的两端通过两个所述防旋柔性杆固定座固定在所述主镜支撑底板上。

优选的，所述底支撑组件包括底支撑柔性杆，其两端分别连接于所述底支撑粘接座和所述底支撑固定座。

优选的，所述底支撑组件还包括第一夹头座、柔性杆夹头、夹头锁紧螺母和第二夹头座；

所述第一夹头座安装于所述底支撑粘接座，所述第二夹头座安装于所述底支撑固定座；

所述第一夹头座和所述第二夹头座内均安装有所述柔性杆夹头，两个所述柔性杆夹头均与所述底支撑柔性杆可滑动配合，所述夹头锁紧螺母能够使所述柔性杆夹头在所述底支撑柔性杆上的位置锁定。

优选的，所述主镜芯轴和/或所述底支撑粘接座采用与所述望远镜主镜热胀系数相匹配的材料。

一种望远镜主镜总成，包括望远镜主镜及其支撑机构，所述支撑机构为上述的望远镜主镜支撑机构，所述望远镜主镜的背面具有同所述底支撑粘接座配合的安装结构。

优选的，所述底支撑粘接座为柱形；所述安装结构为开设在所述望远镜主镜背面，与所述底支撑粘接座柱面间隙配合的内孔；所述底支撑粘接座使用光学结构胶粘接于所述望远镜主镜背面内孔中。

一种望远镜，包括主镜总成，所述主镜总成为上述的望远镜主镜总成。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，包括主镜芯轴、底支撑组件及防旋组件，可保证对主镜的六自由度全约束；主镜芯轴外球面与望远镜主镜中孔柱面间隙配合，其限制主镜径向的两维平移；底支撑组件采用柔性结构，其限制主镜轴向的平移及径向的两维倾斜；支撑机构中加入了防旋组件，其限制主镜沿轴向的旋转，可降低侧支撑的结构难度；

防旋组件与主镜无直接接触，能够降低安装应力及粘胶应力对主镜面形的影响；支撑机构中的柔性环节可避免相互应力干涉。

本发明的支撑机构原理正确，结构件易于加工，装配方法简单，其适用于反射式跟踪捕获望远镜的主镜支撑领域。本发明还提供了一种应用上述支撑机构的望远镜及其主镜总成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为图1的B-B向剖视图。

图中：1为望远镜主镜，2为主镜芯轴，3为主镜支撑底板，4为第一夹头座(底支撑粘接座端)，5为柔性杆夹头，6为底支撑粘接座，7为夹头锁紧螺母，8为底支撑固定座，9为第二夹头座(底支撑固定座端)，10为防旋柔性杆粘接座，11为防旋柔性杆压盖，12为底支撑柔性杆，13为防旋柔性杆固定座，14为防旋柔性杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，其核心改进点在于，包括主镜芯轴2、主镜支撑底板3、底支撑粘接座6、底支撑固定座8、底支撑组件和防旋组件；

其中，主镜芯轴2安装于主镜支撑底板3，底支撑固定座8安装于主镜支撑底板3，其结构可以参照图1和图2所示；

底支撑粘接座6用于同望远镜主镜1的背面(即图1中底面)固定连接，具体可以为通过光学结构胶粘接，性能良好，工艺简单；底支撑组件的两端分别安装于底支撑粘接座6和底支撑固定座8；防旋组件连接在底支撑粘接座6和主镜支撑底板3之间，能够限制底支撑粘接座6沿主镜芯轴2轴向的旋转，进而实现限制望远镜主镜1沿轴向(即图1中竖直方向)的旋转；可以理解的是，主镜芯轴2与望远镜主镜1同轴装配，本文提到的各轴向和径向均同望远镜主镜1的方向；

底支撑组件能够限制底支撑粘接座6轴向的平移及径向的两维倾斜，进而实现限制望远镜主镜1轴向的平移及径向的两维倾斜。

具体的，主镜芯轴2与望远镜主镜1中孔为球面与柱面接触间隙配合，配合点位于主镜质心平面，主镜芯轴2限制了望远镜主镜1径向(即图1中水平方向)的两维平移。主镜芯轴2垂直安装在主镜支撑底板3上，该主镜支撑底板3平行于望远镜主镜1的径向。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，包括主镜芯轴2、底支撑组件及防旋组件，可保证对望远镜主镜1的六自由度全约束；支撑机构中加入防旋组件，可降低侧支撑的结构难度，且防旋组件与望远镜主镜1无直接接触，能够降低安装应力及粘胶应力对主镜面形的影响。本发明的支撑机构原理正确，结构件易于加工，装配方法简单，其适用于跟踪捕获望远镜的主镜支撑领域。

作为优选，防旋组件包括防旋柔性杆14，其结构可以参照图3所示；

该防旋柔性杆14垂直主镜芯轴2轴向安装于主镜支撑底板3，底支撑粘接座6连接于防旋柔性杆14的中间。如此设置，能够有效限制底支撑粘接座6沿主镜芯轴2轴向的旋转，进而实现限制望远镜主镜1沿轴向的旋转。具体的，防旋组件安装于底支撑粘接座6下平面。

为了进一步优化上述的技术方案，防旋柔性杆14沿主镜芯轴2的切向安装于主镜支撑底板3，防旋柔性杆14的中点位于主镜芯轴2的径线上。其结构可以参照图3所示，优化了上述限制沿轴向旋转结构，效果更加良好。

在本实施例中，防旋组件的数量为多个，围绕主镜芯轴2均匀分布；底支撑粘接座6、底支撑固定座8和底支撑组件的数量为一一对应的多个。通过多个防旋组件的配合，强化了其限制沿轴向旋转的效果；同时，多个底支撑组件的定位效果也更好。具体的，支撑粘接座6、底支撑固定座8、底支撑组件和防旋组件的数量均为三个，稳定可靠，其结构可以参照图1和图3所示。进一步的，主镜支撑底板3为三角形，结构牢靠，上述三组部件分别相应设置在其三个角处。

作为优选，防旋组件还包括防旋柔性杆粘接座10和防旋柔性杆压盖11；

其中，防旋柔性杆粘接座10固定连接于底支撑粘接座6，具体可以为通过光学结构胶粘接，性能良好，工艺简单；防旋柔性杆14的中间放置于防旋柔性杆粘接座10的半圆形凹槽内，并由防旋柔性杆压盖11压紧防旋柔性杆14。其结构可以参照图2所示，如此设置结构件易于加工，装配方法简单。即底支撑粘接座6通过防旋柔性杆粘接座10连接于防旋柔性杆14的中间。

为了进一步优化上述的技术方案，防旋组件还包括两个防旋柔性杆固定座13；防旋柔性杆14的两端分别通过两个防旋柔性杆固定座13固定在主镜支撑底板3上。其结构可以参照图3所示，防旋柔性杆固定座13安装于主镜支撑底板3上平面，防旋柔性杆14两侧插入防旋柔性杆固定座13的内孔，该固定方式结构件易于加工，装配方法简单。进一步的，使用螺钉锁紧防旋柔性杆固定座13的内孔，防止防旋柔性杆14在其内部窜动。

在本实施例中，防旋组件安装在比底支撑组件更靠近主镜芯轴2的位置，其结构可以参照图1-图3所示，即更靠近望远镜主镜1，能够实现更好的限制沿轴向旋转的效果。

作为优选，底支撑组件包括底支撑柔性杆12，其两端分别连接于底支撑粘接座6和底支撑固定座8。支撑柔性杆12具体为沿望远镜主镜1轴向(图中竖直)设置的直杆。柔性环节可避免各部件相互应力干涉。

为了进一步优化上述的技术方案，底支撑组件还包括第一夹头座4、柔性杆夹头5、夹头锁紧螺母7和第二夹头座9，其结构可以参照图2所示；

其中，第一夹头座4安装于底支撑粘接座6，第二夹头座9安装于底支撑固定座8；第一夹头座4和第二夹头座9内均安装有柔性杆夹头5，两个柔性杆夹头5均与底支撑柔性杆12可滑动配合，夹头锁紧螺母7能够使柔性杆夹头5在底支撑柔性杆上12的位置锁定。通过上述结构可以实现底支撑组件的长度可调节，能够实现与不同主镜结构的配合，有助于提高装配的精准度。

具体的，底支撑固定座8安装于主镜支撑底板3下平面，便于操作，同时为底支撑组件的装配留出了轴向高度空间。

作为优选，主镜芯轴2和/或底支撑粘接座6采用与望远镜主镜1热胀系数相匹配的材料，能够避免热应力的影响，保证支撑定位的精准程度。

本发明实施例还提供了一种望远镜主镜总成，包括望远镜主镜1及其支撑机构，其核心改进点在于，支撑机构为上述带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，望远镜主镜1的背面具有同底支撑粘接座6配合的安装结构。

具体的，底支撑粘接座6为柱形；安装结构为开设在望远镜主镜1背面，与底支撑粘接座6柱面间隙配合的内孔，作为预埋粘接接口，其结构可以参照图1和图2所示；底支撑粘接座6使用光学结构胶粘接于望远镜主镜1背面内孔中。如此设置，使底支撑粘接座6和望远镜主镜1之间的定位装配准确牢靠。

下面结合具体实施例对本方案做进一步介绍：

一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，包括主镜芯轴2、主镜支撑底板3、底支撑粘接座6、底支撑固定座8、底支撑组件和防旋组件；

底支撑组件包括第一夹头座4、柔性杆夹头5、夹头锁紧螺母7、第二夹头座9和底支撑柔性杆12；其中，两个夹头座底内各安装一个柔性杆夹头5，并穿入底支撑柔性杆12，柔性杆夹头5可在底支撑柔性杆12上自由滑动，滑动柔性杆夹头5使两个夹头座分别位于底支撑柔性杆12两端，旋紧夹头锁紧螺母7，可使柔性杆夹头5在底支撑柔性杆12上的位置锁定；

防旋组件包括防旋柔性杆粘接座10、防旋柔性杆压盖11、防旋柔性杆固定座13、防旋柔性杆14。其中防旋柔性杆粘接座10粘接于底支撑粘接座6下平面，防旋柔性杆14放置于防旋柔性杆粘接座10半圆形凹槽内，并由防旋柔性杆压盖11将防旋柔性杆14压紧，防旋柔性杆14两侧插入防旋柔性杆固定座13，防旋柔性杆固定座13安装于主镜支撑底板3上平面。

如图1～图3所示，主镜芯轴2安装于主镜支撑底板3上平面，主镜芯轴2与望远镜主镜1中孔为球面与柱面接触，配合间隙为0.01mm～0.015mm，配合点位于主镜质心平面，主镜芯轴2限制了主镜水平方向的两维平移；

底支撑粘接座6的柱面与主镜底面内孔为间隙配合，底支撑粘接座6共三个与望远镜主镜1底面通过光学结构胶粘接；第一夹头座4、柔性杆夹头5、底支撑柔性杆12、夹头锁紧螺母7和第二夹头座9连接紧固作为底支撑组件共三组，按规定要求长度安装完毕后，使用高度尺测量三组底支撑组件的上下两端面距离，保证三组等高度在0.01mm之内；底支撑组件共三组的上下端面分别与底支撑粘接座6和底支撑固定座8连接，三组底支撑限制了望远镜主镜1竖直方向的平移及水平方向的两维倾斜；

防旋柔性杆粘接座10与底支撑粘接座6通过光学结构胶粘接，防旋柔性杆压盖11将防旋柔性杆14压紧在防旋柔性杆粘接座之上，防旋柔性杆的两端通过防旋柔性杆固定座13固定在主镜支撑底板3上，三组防旋组件限制了望远镜主镜1沿竖直方向的旋转。

本发明的具体装配步骤为：首先将三个底支撑粘接座6使用光学结构胶粘接于望远镜主镜1的底面，并将防旋柔性杆粘接座10粘接于底支撑粘接座6上，待胶层完全凝固后，使用干涉仪测量望远镜主镜1面形，确保胶层对主镜面形无影响后，将防旋柔性杆14安装于防旋柔性杆粘接座10中，并用防旋柔性杆压盖11将其压紧；其次将主镜芯轴2安装于主镜支撑底板3之上，三个底支撑固定座8安装于主镜支撑底板3底面，同时将已调整好等高的三组底支撑组件包括第一夹头座4、柔性杆夹头5、底支撑柔性杆12、夹头锁紧螺母7和第二夹头座9安装于三个底支撑固定座8之上；然后将望远镜主镜1连带底支撑粘接座6、防旋柔性杆粘接座10、防旋柔性杆14及防旋柔性杆压盖11一起沿竖直方向通过主镜芯轴2导向，慢慢放入底支撑组件中，直至底支撑粘接座6靠紧夹头座底支撑粘接座端4，并拧紧螺钉；最后将防旋柔性杆固定座13的内孔套入防旋柔性杆14，并将柔性杆固定座13安装于主镜支撑底板3之上，同时使用螺钉锁紧防旋柔性杆固定座13的内孔，防止防旋柔性杆14在其内部窜动。

本发明实施例还提供了一种望远镜，包括主镜总成，其核心改进点在于，主镜总成为上述的望远镜主镜总成。

综上所述，本发明实施例公开了一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，它包括主镜芯轴、主镜支撑底板、底支撑粘接座、底支撑柔性杆、柔性杆夹头、夹头锁紧螺母、防旋柔性杆、防旋柔性杆粘接座、防旋柔性杆固定座等。主镜芯轴外球面与望远镜主镜中孔柱面间隙配合，其限制主镜水平方向的两维平移；三组底支撑组件采用柔性结构，其限制主镜竖直方向的平移及水平方向的两维倾斜；支撑机构中加入了防旋组件，其限制主镜沿竖直方向的旋转，防旋柔性杆两侧固定于主镜支撑底板上平面，中间通过光学结构胶粘接于底支撑粘接座下平面，防旋组件与主镜无直接接触，能够降低安装应力及粘胶应力对主镜面形的影响；支撑机构中的柔性环节可避免各环节相互应力干涉。本发明的支撑机构原理正确，机械件易于加工，装配易于实现，其适用于反射式跟踪捕获望远镜的主镜支撑领域。本发明实施例还公开了一种应用上述支撑机构的望远镜及其主镜总成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，包括主镜芯轴(2)、主镜支撑底板(3)、底支撑粘接座(6)、底支撑固定座(8)、底支撑组件和防旋组件；

所述主镜芯轴(2)安装于所述主镜支撑底板(3)，所述底支撑固定座(8)安装于所述主镜支撑底板(3)；

所述底支撑粘接座(6)用于同望远镜主镜(1)的背面固定连接；所述底支撑组件的两端分别安装于所述底支撑粘接座(6)和所述底支撑固定座(8)；所述防旋组件连接在所述底支撑粘接座(6)和所述主镜支撑底板(3)之间，能够限制所述底支撑粘接座(6)沿所述主镜芯轴(2)轴向的旋转。

2.根据权利要求1所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述防旋组件包括防旋柔性杆(14)；所述防旋柔性杆(14)垂直所述主镜芯轴(2)轴向安装于所述主镜支撑底板(3)，所述底支撑粘接座(6)连接于所述防旋柔性杆(14)的中间。

3.根据权利要求2所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述防旋柔性杆(14)沿所述主镜芯轴(2)的切向安装于所述主镜支撑底板(3)，所述防旋柔性杆(14)的中点位于所述主镜芯轴(2)的径线上。

4.根据权利要求2所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述防旋组件的数量为多个，围绕所述主镜芯轴(2)均匀分布；所述底支撑粘接座(6)、所述底支撑固定座(8)和所述底支撑组件的数量为一一对应的多个。

5.根据权利要求2所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述防旋组件还包括防旋柔性杆粘接座(10)和防旋柔性杆压盖(11)；

所述防旋柔性杆粘接座(10)固定连接于所述底支撑粘接座(6)，所述防旋柔性杆(14)的中间放置于所述防旋柔性杆粘接座(10)的凹槽内，并由所述防旋柔性杆压盖(11)压紧。

6.根据权利要求2所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述防旋组件还包括两个防旋柔性杆固定座(13)；

所述防旋柔性杆(14)的两端分别通过两个所述防旋柔性杆固定座(13)固定在所述主镜支撑底板(3)上。

7.根据权利要求1所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述底支撑组件包括底支撑柔性杆(12)，其两端分别连接于所述底支撑粘接座(6)和所述底支撑固定座(8)。

8.根据权利要求7所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述底支撑组件还包括第一夹头座(4)、柔性杆夹头(5)、夹头锁紧螺母(7)和第二夹头座(9)；

所述第一夹头座(4)安装于所述底支撑粘接座(6)，所述第二夹头座(9)安装于所述底支撑固定座(8)；

所述第一夹头座(4)和所述第二夹头座(9)内均安装有所述柔性杆夹头(5)，两个所述柔性杆夹头(5)均与所述底支撑柔性杆(12)可滑动配合，所述夹头锁紧螺母(7)能够使所述柔性杆夹头(5)在所述底支撑柔性杆上(12)的位置锁定。

9.根据权利要求1所述的望远镜主镜支撑机构，其特征在于，所述主镜芯轴(2)和/或所述底支撑粘接座(6)采用与所述望远镜主镜(1)热胀系数相匹配的材料。

10.一种望远镜主镜总成，包括望远镜主镜(1)及其支撑机构，其特征在于，所述支撑机构为如权利要求1-9任意一项所述的带有防旋设计的望远镜主镜支撑机构，所述望远镜主镜(1)的背面具有同所述底支撑粘接座(6)配合的安装结构。

11.根据权利要求10所述的望远镜主镜总成，其特征在于，所述底支撑粘接座(6)为柱形；所述安装结构为开设在所述望远镜主镜(1)背面，与所述底支撑粘接座(6)柱面间隙配合的内孔；所述底支撑粘接座(6)使用光学结构胶粘接于所述望远镜主镜(1)背面内孔中。

12.一种望远镜，包括主镜总成，其特征在于，所述主镜总成为如权利要求10或11所述的望远镜主镜总成。