CN108427170A - 反射镜支撑调节机构和用于望远镜消像旋的k镜系统 - Google Patents

Abstract

为了解决现有K镜系统中，K镜支撑结构比较复杂、体积庞大、装调时不易操作的技术问题，本发明提供了一种结构简单、体积小、易操作的反射镜支撑调节机构和用于望远镜消像旋的K镜系统。本发明根据三个反射镜的结构和其在K镜系统中的安装位置，分别设计了相应的支撑调节机构，三个反射镜的支撑调节机构均基于三点调节原理，结构简单、易操作，其中：K1反射镜支撑调节机构和K3反射镜支撑调节机构结构相同，均通过三个弹簧和球头螺钉来调节反射镜，K2反射镜支撑调节机构通过三组球头推螺栓和拉螺钉来调节反射镜，装调方便，且能够保证每个反射镜的位置精度。

Description

反射镜支撑调节机构和用于望远镜消像旋的K镜系统

技术领域

本发明属于光机结构设计领域，涉及一种反射镜支撑调节机构和用于望远镜消像旋的K镜系统。本发明的反射镜支撑调节机构适用于口径不大于150mm的小口径反射镜。

背景技术

目前常用的消旋方法有物理消旋、电子消旋和光学消旋。光学消旋是通过在成像器件前安装一个光学元件，依靠其转动导致目标光线的转动，从而使图像旋转。传统的光学消旋多采用基于Dove棱镜或Abbe棱镜原理设计的消旋棱镜，但消旋棱镜会对汇聚或发散的入射图像产生像差，而目前常采用的K镜可以避免该缺点。

K镜是由三个反射镜以“K”字型分布，其中底部两个反射镜与水平面夹角均为30度。K镜在使用过程中需要满足一定的角度和位置约束条件，同时需要保证望远镜光轴、K镜光轴和K镜旋转轴共线，K镜才具有消像旋的作用。由于K镜中三个反射镜的尺寸一般较小，因此对于小口径反射镜的支撑、调整结构的设计非常重要；同时，为了保证K镜中三轴共线的要求，也需要对K镜系统整体结构设计调节和锁紧结构。然而，现有的K镜系统中，K镜支撑结构比较复杂、体积庞大，装调时不容易操作，无法满足小口径反射镜的支撑和装调。

发明内容

为了解决现有的K镜系统中，K镜支撑结构比较复杂、体积庞大、装调时不易操作的技术问题，本发明提供了一种结构简单、体积小、易操作的反射镜支撑调节机构和用于望远镜消像旋的K镜系统。

本发明的技术方案是：

反射镜支撑调节机构，用于K镜系统中反射镜组件的支撑调节，所述K镜系统包括外镜筒、设置在外镜筒内的K1反射镜、K2反射镜和K3反射镜；其特殊之处在于：

所述反射镜支撑调节机构包括K1反射镜支撑调节机构、K2反射镜支撑调节机构、K3反射镜支撑调节机构、上支撑板和底部支撑板；

所述K1反射镜支撑调节机构包括从上至下依次连接的K1镜支撑板、弹簧和K1镜调节块；K1镜调节块上安装有球头螺钉，球头螺钉的球头穿过K1镜调节块后与K1镜支撑板接触；K1镜支撑板和K1镜调节块上表面平行，且与水平面夹角均为30度；K1镜支撑板上端面用于安装所述K1反射镜；所述弹簧和球头螺钉均有三个，分别呈等腰三角形布设；

所述K2反射镜支撑调节机构包括从上至下平行设置的K2镜调节板、用于安装固定所述K2反射镜的镜框和压圈；K2镜调节板和镜框通过拉螺钉固定连接；K2镜调节板上还安装有球头推螺栓，球头推螺栓的球头穿过K2镜调节板后与镜框接触；拉螺钉和球头推螺栓均有三个，分别呈等腰三角形布设；

所述K3反射镜支撑调节机构与所述K1反射镜支撑调节机构结构相同；

所述上支撑板用于将K2反射镜支撑调节机构固定安装在所述外镜筒中；所述底部支撑板用于将K1反射镜支撑调节机构和K3反射镜支撑调节机构固定安装在所述外镜筒中；

所述上支撑板和底部支撑板相对设置；

所述底部支撑板的侧壁设置有第一腰形槽，通过第一腰形槽可调节使得底部支撑板靠近或远离上支撑板；K1镜调节块的底部设置有第二腰形槽，通过第二腰形槽可调节使得安装在其上的所述K1反射镜支撑调节机构和K3反射镜支撑调节机构靠近或远离。

进一步地，K1镜支撑板上端面具有用于粘接所述K1反射镜的三个凸台；三个凸台的最高点所在平面与K1镜支撑板上端面平行。

本发明同时提供了一种用于望远镜消像旋的K镜系统，包括驱动系统、外镜筒、设置在外镜筒内的K1反射镜、K2反射镜和K3反射镜；K1反射镜和K3反射镜背靠背设置，且与K2反射镜夹角均为30度；K2反射镜与K1反射镜和K3反射镜之间均具有间距；

其特殊之处在于：

还包括长轴端轴系、短轴端轴系、整体调节板、整体底板和上述反射镜支撑调节机构；

所述整体调节板用于安装所述外镜筒，且能够调节所述外镜筒的位置；所述整体调节板安装在所述整体底板上；

所述外镜筒安装在所述整体调节板上；

所述K1反射镜、K2反射镜和K3反射镜分别设置在所述反射镜支撑调节机构的K1反射镜支撑调节机构、K2反射镜支撑调节机构、K3反射镜支撑调节机构上；

所述长轴端轴系设置在所述外镜筒的前部，所述短轴端轴系设置在所述外镜筒的底部；所述反射镜支撑调节机构的上支撑板和底部支撑板通过所述长轴端轴系和短轴端轴系相对安装在所述外镜筒中；

所述驱动系统与长轴端轴系相连，驱动所述长轴端轴系在外镜筒内旋转。

进一步地，所述长轴端轴系采用固定支撑方式，短轴端轴系采用游动支撑方式。

进一步地，所述整体调节板和整体底板通过拉螺栓和球头垫圈相连；所述整体底板上设置有球头推螺钉，球头推螺钉的球头穿过整体底板后与整体调节板接触。

进一步地，所述驱动系统为直驱电机。

进一步地，所述长轴端轴系包括沿所述外镜筒径向从外向内依次设置的轴承支撑筒、轴承套筒、一对角接触球轴承和长轴；所述长轴上设置有第一限位凸台和垫片安装槽；所述长轴端轴系还包括轴承端盖一、设置在所述垫片安装槽内的止动垫片、用于压紧所述止动垫片的圆螺母；所述角接触球轴承轴的外圈通过所述轴承套筒和轴承端盖一限位，内圈通过所述第一限位凸台和止动垫片固定；所述轴承端盖一、轴承套筒和轴承支撑筒通过螺栓固定连接；所述轴承支撑筒通过螺栓固定安装在所述外镜筒内侧壁的安装凸台上；所述长轴的一端与所述驱动系统相连，长轴的另一端与所述上支撑板和底部支撑板相连。

进一步地，所述轴承端盖一与长轴之间设置有密封环。

进一步地，所述短轴端轴系包括沿所述外镜筒径向从外向内依次设置的轴承安装筒、深沟球轴承和短轴；所述短轴上设置有第二限位凸台和挡圈安装槽；所述短轴端轴系还包括轴承端盖二、设置在所述挡圈安装槽内的轴端弹性挡圈；所述深沟球轴承的外圈一端通过所述轴承端盖二限位，外圈另一端为游动端；所述深沟球轴承的内圈通过所述第二限位凸台和轴端弹性挡圈固定；所述轴承端盖二和轴承安装筒通过螺栓固定连接；所述短轴的一端与所述上支撑板和底部支撑板相连，短轴的另一端为游动端。

进一步地，K1反射镜和K3反射镜形状相同，且对称设置。

与现有技术相比，本发明的优点：

1、本发明根据三个反射镜的结构和其在K镜系统中的安装位置，分别设计了相应的支撑调节机构，三个反射镜的支撑调节机构均采用三点调节原理(三点调节是通过以等腰三角形分布的三个点来调节三个自由度，包括绕三点组成平面内的两个轴的旋转以及垂直该平面的移动，三点之间的距离可根据调节量的大小来设计，该支撑调节机构设计简单，容易操作，同时可实现多个自由度的调节)，其中：K1反射镜支撑调节机构和K3反射镜支撑调节机构结构相同，均通过三个弹簧和球头螺钉来调节反射镜，K2反射镜支撑调节机构通过三组球头推螺栓和拉螺钉来调节反射镜，装调时能够保证每个反射镜的位置精度。

2、本发明在K1镜支撑板上端面设置有三个凸台，可以更好的保证反射镜所接触平面的平面度，从而保证反射镜镜面与机械面的平行度。在加工过程中三个凸台面比起整个大平面加工，能更好保证平面度的精度要求。

3、考虑到轴在运动过程中由于摩擦会产生热，材料由于热的作用会产生热变形，因而本发明K镜系统中旋转轴系的一端采用固定支撑(采用一对角接触球轴承面对面安装)，另一端为游动支撑(采用深沟球轴承)，游动的支撑会允许轴有一定的变形量，能够消除了轴的热胀冷缩效应，不会产生轴变形后卡死的现象发生。

4、本发明K镜系统整体机构设计有对边推拉螺钉调节机构，可以方便调节反射镜旋转轴和K镜系统光轴重合，从而保证望远镜光轴、K镜系统光轴和反射镜旋转轴共线。

5、本发明K镜系统采用直驱电机驱动，驱动方式简单，可以减少采用减速机带来的误差，保证了反射镜的旋转精度。

附图说明

图1为本发明K镜系统结构设计的主剖视图；

图2为本发明K2反射镜支撑调节机构的主视图；

图3为本发明K2反射镜支撑调节机构的俯视图；

图4为本发明第一反射镜组件的主视图；

图5为图4的B向视图(即从下向上垂直于K1反射镜方向的视图)；

图6为本发明K镜系统主视图；

图7为图6中A处局部放大图

图8为本发明K镜系统右视图；

图9为本发明三组反射镜安装轴视图(图中去掉了外镜筒、整体调节板和整体底板)；

附图标记说明：

1-外镜筒；2-直驱电机；3-轴承端盖一；4-轴承套筒；5-轴承支撑筒；6-角接触球轴承；7-K1反射镜；8-K1镜支撑板；9-K1镜调节块；10-弹簧；11-球头螺钉；12-底部支撑板；13-轴承安装筒；14-深沟球轴承；15-轴承端盖二；16-整体调节板；17-整体底板；18-轴端弹性挡圈；19-短轴；20-上支撑板；21-K2镜调节板；22-K2反射镜；23-压圈；24-镜框；25-长轴；26-止动垫片；27-圆螺母；28-密封环；29-球头推螺栓；30-拉螺钉；31-K3反射镜；32-第一腰形槽；33-凸台；34-第二腰形槽；35-球头垫圈；36-安装凸台；37-球头推螺钉；38-拉螺栓。

具体实施方式

以下结合附图1-9对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明K镜系统包括外镜筒1和设置在外镜筒1内的长轴端轴系、短轴端轴系、上支撑板20、底部支撑板12和三个反射镜组件；长轴端轴系设置在外镜筒1的前部，短轴端轴系设置在外镜筒1的底部；上支撑板20和底部支撑板12相对设置，二者的两个端部均分别与长轴端轴系和短轴端轴系相连接。

第一反射镜组件包括K1反射镜7和K1反射镜支撑调节机构；第二反射镜组件包括K2反射镜22和K2反射镜支撑调节机构；第三反射镜组件包括K3反射镜31和K3反射镜支撑调节机构；K3反射镜支撑调节机构与K1反射镜支撑调节机构结构相同。

K1、K2、K3反射镜以“K”字型分布，K1反射镜7和K3反射镜31与K2反射镜22的夹角均为30度，K2反射镜与K1反射镜和K3反射镜之间具有间距；K1反射镜和K3反射镜的形状、尺寸以及是否对称设置与整体光学系统设计有关，形状、尺寸相同并且对称设置的的好处对后期的加工和装调比较方便。

如图1、2、3所示，K2反射镜支撑调节机构包括从上至下平行设置的K2镜调节板21、镜框24和压圈23；K2镜调节板21和镜框24通过三个呈等腰三角形布设的拉螺钉30固定连接；K2镜调节板21上还安装有三个呈等腰三角形布设的球头推螺栓29，球头推螺栓29的球头穿过K2镜调节板21后与镜框24底部接触；安装时，先将K2反射镜22装入镜框24中，然后用压圈23压紧后滴胶固定，最后将装有K2反射镜的镜框24通过三组拉螺钉30与K2镜调节板21固定连接，完成第二反射镜组件的装配。

如图4、5所示，K1反射镜支撑调节机构包括从上至下依次连接的K1镜支撑板8、弹簧10和K1镜调节块9；弹簧10和球头螺钉11均有三个，分别呈等腰三角形布设；K1镜调节块9上安装有球头螺钉11，球头螺钉11的球头穿过K1镜调节块9后与K1镜支撑板8的下端面接触；K1镜支撑板8的上端面和K1镜调节块9上端面平行，且与水平面夹角均为30度；K1镜支撑板8上端面具有三个凸台；安装时，将K1反射镜7粘接在K1镜支撑板8的三个凸台上，完成第一反射镜组件的装配。

反射镜组件装配好后，将第一反射镜组件和第三反射镜组件安装在底部支撑板12上，将第二反射镜组件安装在上支撑板20上。

如图9所示，底部支撑板12的侧壁和K1镜调节块9的底部上分别设置有第一腰形槽32和第二腰形槽34；通过第一腰形槽32可调节使得底部支撑板12靠近或远离第二反射镜组件；通过第二腰形槽34可调节使得第一反射镜组件和第三反射镜组件靠近或远离。

本发明K镜系统的装配过程：

第一步，安装三个反射镜组件：

1.1将第二反射镜组件通过球头推螺栓29固定安装在上支撑板20上，将第一反射镜组件和第二反射镜组件均通过螺栓固定安装在底部支撑板12上；

1.2通过底部支撑板12上的第一腰形槽32和第二腰形槽34调节第一反射镜组件和第三反射镜组件相对于K2反射镜的位置，通过调节K1反射镜和K3反射镜上的球头螺钉11、K2反射镜上的球头推螺栓29来控制三个反射镜的相对位置，位置调节好后将球头螺钉11和球头推螺栓29锁紧。

1.3将上支撑板20、底部支撑板12分别与两边的长轴25一端、短轴19一端通过螺栓固定。本发明对短轴19的端面、长轴25的端面、上支撑板20的端面、底部支撑板12的安装端面加工精度要求较高，应保证安装平面度要求，尽量不要带来倾斜的误差。

第二步，进行长轴端轴系的安装：

2.1将轴承支撑筒5套入长轴25；

2.2装入轴承套筒4；

2.3装入一对角接触球轴承6(单用一个角接触球轴承会引起附加的轴向力，因此必须用一对角接触球轴承抵消引起的附加轴向力)，利用长轴25上的凸台限制角接触球轴承6内圈的一端，然后先用套筒4限制轴承6外圈一端的位置，再依次装入止动垫片26和圆螺母27，固定住角接触球轴承6内圈的另一端；

2.4装入配有密封环28的轴承端盖一3；

2.5将轴承端盖一3、轴承套筒4和轴承支撑筒5通过螺栓固定连接，然后将直驱电机2固定在长轴25的另一端，完成长轴一端轴系的安装。

第三步，进行短轴端轴系的安装：

3.1将深沟球轴承14装入短轴19，利用短轴19的凸台限制深沟球轴承14内圈的一端，然后装入轴端弹性挡圈18以固定深沟球轴承14内圈的另一端；

3.2依次装入轴承安装筒13、轴承端盖二15，压住深沟球轴承14的外圈，然后将轴承安装筒13和轴承端盖二15通过螺栓固定连接，完成短轴一端轴系的安装，装配完成后，深沟球轴承14的外圈的一端为游动端。

第四步，将安装完成的反射镜组件和轴系装入外镜筒1内，将外镜筒1底部与轴承端盖二15通过螺栓固定连接，将外镜筒1内侧壁的安装凸台36与轴承支撑筒5通过螺栓固定连接，然后将整体机构通过外镜筒1底部用螺栓固定在整体调节板16上，再将整体调节板16安装在整体底板17上；

第五步，如图6-8所示，调节设置在整体调节板16和整体底板17上的球头推螺钉37和拉螺栓38，使三个反射镜组件整体的光轴与外镜筒1的机械轴重合；调节完成后可去掉球头推螺钉37，因为拉螺栓38上有球头垫圈35可以保证已经调节好的角度位置。

本发明K镜系统的工作过程和原理：

通过直驱电机2带动K1、K2、K3反射镜在外镜筒1内同向旋转，使这三个反射镜的旋转速度为望远镜方位轴旋转速度的一半，这样即可实现消除像旋转的影响。

Claims (10)

1.反射镜支撑调节机构，用于K镜系统中反射镜组件的支撑调节，所述K镜系统包括外镜筒(1)、设置在外镜筒(1)内的K1反射镜(7)、K2反射镜(22)和K3反射镜(31)；其特征在于：

所述反射镜支撑调节机构包括K1反射镜支撑调节机构、K2反射镜支撑调节机构、K3反射镜支撑调节机构、上支撑板(20)和底部支撑板(12)；

所述K1反射镜支撑调节机构包括从上至下依次连接的K1镜支撑板(8)、弹簧(10)和K1镜调节块(9)；K1镜调节块(9)上安装有球头螺钉(11)，球头螺钉(11)的球头穿过K1镜调节块(9)后与K1镜支撑板(8)接触；K1镜支撑板(8)和K1镜调节块(9)上表面平行，且与水平面夹角均为30度；K1镜支撑板(8)上端面用于安装所述K1反射镜(7)；所述弹簧(10)和球头螺钉(11)均有三个，分别呈等腰三角形布设；

所述K2反射镜支撑调节机构包括从上至下平行设置的K2镜调节板(21)、用于安装固定所述K2反射镜(22)的镜框(24)和压圈(23)；K2镜调节板(21)和镜框(24)通过拉螺钉(30)固定连接；K2镜调节板(21)上还安装有球头推螺栓(29)，球头推螺栓(29)的球头穿过K2镜调节板(21)后与镜框(24)接触；拉螺钉(30)和球头推螺栓(29)均有三个，分别呈等腰三角形布设；

所述K3反射镜支撑调节机构与所述K1反射镜支撑调节机构结构相同；

所述上支撑板(20)用于将K2反射镜支撑调节机构固定安装在所述外镜筒(1)中；所述底部支撑板(12)用于将K1反射镜支撑调节机构和K3反射镜支撑调节机构固定安装在所述外镜筒(1)中；

所述上支撑板(20)和底部支撑板(12)相对设置；

所述底部支撑板(12)的侧壁设置有第一腰形槽(32)，通过第一腰形槽(32)可调节使得底部支撑板(12)靠近或远离上支撑板(20)；K1镜调节块(9)的底部设置有第二腰形槽(34)，通过第二腰形槽(34)可调节使得安装在其上的所述K1反射镜支撑调节机构和K3反射镜支撑调节机构靠近或远离。

2.根据权利要求1所述的反射镜支撑调节机构，其特征在于：K1镜支撑板上端面具有用于粘接所述K1反射镜(7)的三个凸台(33)；三个凸台(33)的最高点所在平面与K1镜支撑板上端面平行。

3.用于望远镜消像旋的K镜系统，包括驱动系统、外镜筒(1)、设置在外镜筒(1)内的K1反射镜(7)、K2反射镜(22)和K3反射镜(31)；K1反射镜(7)和K3反射镜(31)背靠背设置，且与K2反射镜(22)夹角均为30度；K2反射镜(22)与K1反射镜(7)和K3反射镜(31)之间均具有间距；

其特征在于：

还包括长轴端轴系、短轴端轴系、整体调节板(16)、整体底板(17)和权利要求1或2所述的反射镜支撑调节机构；

所述整体调节板(16)用于安装所述外镜筒(1)，且能够调节所述外镜筒(1)的位置；所述整体调节板(16)安装在所述整体底板(17)上；

所述外镜筒(1)安装在所述整体调节板(16)上；

所述K1反射镜(7)、K2反射镜(22)和K3反射镜(31)分别设置在所述反射镜支撑调节机构的K1反射镜支撑调节机构、K2反射镜支撑调节机构、K3反射镜支撑调节机构上；

所述长轴端轴系设置在所述外镜筒(1)的前部，所述短轴端轴系设置在所述外镜筒(1)的底部；所述反射镜支撑调节机构的上支撑板(20)和底部支撑板(12)通过所述长轴端轴系和短轴端轴系相对安装在所述外镜筒(1)中；

所述驱动系统与长轴端轴系相连，驱动所述长轴端轴系在外镜筒(1)内旋转。

4.根据权利要求3所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：所述长轴端轴系采用固定支撑方式，短轴端轴系采用游动支撑方式。

5.根据权利要求3或4所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：所述整体调节板(16)和整体底板(17)通过拉螺栓(38)和球头垫圈(35)相连；

所述整体底板(17)上设置有球头推螺钉(37)，球头推螺钉(37)的球头穿过整体底板(17)后与整体调节板(16)接触。

6.根据权利要求3所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：所述驱动系统为直驱电机(2)。

7.根据权利要求3或4所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：

所述长轴端轴系包括沿所述外镜筒(1)径向从外向内依次设置的轴承支撑筒(5)、轴承套筒(4)、一对角接触球轴承(6)和长轴(25)；所述长轴(25)上设置有第一限位凸台和垫片安装槽；

所述长轴端轴系还包括轴承端盖一(3)、设置在所述垫片安装槽内的止动垫片(26)、用于压紧所述止动垫片(26)的圆螺母(27)；

所述角接触球轴承(6)轴的外圈通过所述轴承套筒(4)和轴承端盖一(3)限位，内圈通过所述第一限位凸台和止动垫片(26)固定；

所述轴承端盖一(3)、轴承套筒(4)和轴承支撑筒(5)通过螺栓固定连接；所述轴承支撑筒(5)通过螺栓固定安装在所述外镜筒(1)内侧壁的安装凸台上；

所述长轴(25)的一端与所述驱动系统相连，长轴(25)的另一端与所述上支撑板(20)和底部支撑板(12)相连。

8.根据权利要求7所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：所述轴承端盖一(3)与长轴(25)之间设置有密封环(28)。

9.根据权利要求8所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：

所述短轴端轴系包括沿所述外镜筒(1)径向从外向内依次设置的轴承安装筒(13)、深沟球轴承(14)和短轴(19)；所述短轴(19)上设置有第二限位凸台和挡圈安装槽；

所述短轴端轴系还包括轴承端盖二(15)、设置在所述挡圈安装槽内的轴端弹性挡圈(18)；

所述深沟球轴承(14)的外圈一端通过所述轴承端盖二(15)限位，外圈另一端为游动端；所述深沟球轴承(14)的内圈通过所述第二限位凸台和轴端弹性挡圈(18)固定；

所述轴承端盖二(15)和轴承安装筒(13)通过螺栓固定连接；

所述短轴(19)的一端与所述上支撑板(20)和底部支撑板(12)相连，短轴(19)的另一端为游动端。

10.根据权利要求3所述的用于望远镜消像旋的K镜系统，其特征在于：K1反射镜(7)和K3反射镜(31)形状相同，且对称设置。