CN115421271A - 一种透镜柔性支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种透镜柔性支撑结构，属于精密仪器领域。包括镜筒、径向柔性支撑结构、轴向柔性支撑结构、刚性定位支撑环、透镜。设计的柔性支撑结构有刚性定位支撑环与径向柔性支撑结构相联接，可以卸载在某种特定温度环境下，透镜由于变形产生的径向等效变形和应力，轴向柔性支撑结构与镜筒结构相联接，同时在某种特定温度环境下，能够卸载透镜产生的轴向等效变形和应力。本发明整体结构设计较为新颖，并且能够满足在高、低温环境下对透镜的产生的变形和应力有明显的辅助功能，对于大口径镜头、航天镜头和反射镜都能适用；同时该结构安装简单，在安装过程中，可以实现安装简单化。

Description

一种透镜柔性支撑结构

技术领域

本发明属于精密仪器设备领域，具体涉及一种透镜柔性支撑结构。

背景技术

目前对于红外变焦镜头的应用中，会有诸多外部因素影响着镜头的成像质量，例如：环境湿度、温度和外部冲击。在这一些因素中，温度是目前对光学成像造成影响较大外部原因之一。因此在这一些高精密的红外镜头仪器处于一个较为极端的温度情况下时候，由于透镜和镜筒材料的热膨胀系数的不同，金属的变形远大于透镜的变形，就会导致透镜受到挤压，引起透镜的位置偏移，更严重会导致透镜的直接破裂，最终会对其成像质量造成较大的波动。

发明内容

为解决镜头在极端温度环境下的使用，本发明的目的是提供一种透镜柔性支撑结构，不仅能够卸载轴向偏移问题，还能够卸载径向偏移问题，并且对于安装也极为方便。

为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：一种透镜柔性支撑结构，包括镜筒100、刚性定位支撑环2、轴向支撑结构10、径向支撑结构4和透镜1，透镜1的圆周边与多个径向支撑结构4相切，刚性定位支撑环2内侧壁上设有多个第一定位槽5，径向支撑结构4安装在第一定位槽5内，刚性定位支撑环2外侧壁上设有多个凸起的定位块7，镜筒100中部内侧台阶上设有多个第二定位槽14，轴向支撑结构10安装在第二定位槽14上，透镜1的凹侧的圆周边与轴向支撑结构10上表面接触，镜筒100的内侧壁上设有与定位块7对应的第二定位槽12。

具体地，所述的径向支撑结构4上设有径向卸载部分20，径向卸载部分20的侧面类似于由5条线段构成的数字2，其顶部按照透镜1的圆周半径设计，底部于顶部平行设计，径向支撑结构4外侧设有定位通孔19，第一定位槽5的底部设有第一定位孔8，径向定位销3穿过定位通孔19后固定在第一定位孔8内。

优选地，所述的第一定位槽5的内侧壁上设有注胶通道6，底部设有第一注胶孔9。

具体地，所述的轴向支撑结构10包括顶板、轴向卸载部分18、底部的延展定位块13，顶板为弧形且其两侧分别通过轴向卸载部分18与延展定位块13连接，轴向卸载部分18的侧面类似于由5条线段构成的数字2，透镜1的凹侧的圆周边与顶板上表面接触，两侧的延展定位块13相对设置，延展定位块13上设有第二定位孔16，第二定位槽14的底部设有第三定位孔15，轴向定位销穿过第二定位孔16后固定在第三定位孔15内。

优选地，所述的延展定位块13的上设有第二注胶孔17。

优选地，所述的轴向支撑结构10、径向支撑结构4的数量均为6个，且均沿圆周平均分布。

优选地，所述的径向柔性支撑结构4与轴向柔性支撑结构10的材料选用钛合金材料。

本发明的有益效果是：本发明利用柔性支撑结构的固有缓冲作用，使透镜在极端温度环境下使用时候，能够卸载一定程度的热应力。实现了轴向、径向的双重卸载热应力作用，同时也解决了由于极端温度环境下，热胀冷缩使镜头变形，导致最终成像质量的波动较大的问题。

附图说明

图1为本发明透镜柔性支撑结构装配后的爆炸示意图；

图2为径向柔性支撑关键部件爆炸示意图；

图3为轴向柔性支撑关键部件爆炸示意图；

图4为轴向柔性支撑结构示意图；

图5为径向柔性支撑结构示意图。

图中各标号为：1、透镜，2、刚性定位支撑环，3、径向定位销，4、径向支撑结构，5、第一定位槽，6、注胶通道，7、定位块，8、第一定位孔，9、第一注胶孔； 10、轴向支撑结构，11、轴向定位销，100、镜筒； 12、定位槽，13、延展定位块，14、第二定位槽，15、第三定位孔；16、第二定位孔，17、第二注胶孔，18、轴向卸载部分；19、定位通孔，20、径向卸载部分。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。

实施例1：如图1-5所示，一种透镜柔性支撑结构，包括镜筒100（本发明中的镜筒100仅为整个镜筒的一部分，透镜1安装好后还需通过垫圈和压圈等进行进一步固定）、刚性定位支撑环2、轴向支撑结构10、径向支撑结构4和透镜1，透镜1的圆周边与多个径向支撑结构4相切，刚性定位支撑环2内侧壁上设有多个第一定位槽5，径向支撑结构4安装在第一定位槽5内，刚性定位支撑环2外侧壁上设有多个凸起的定位块7，镜筒100中部内侧台阶上设有多个第二定位槽14，轴向支撑结构10安装在第二定位槽14上，透镜1的凹侧的圆周边与轴向支撑结构10上表面接触，镜筒100的内侧壁上设有与定位块7对应的第二定位槽12。

进一步地，如图4所示，所述的径向支撑结构4上设有径向卸载部分20，径向卸载部分20的侧面类似于由5条线段构成的数字2，其顶部按照透镜1的圆周半径设计，底部于顶部平行设计，径向支撑结构4外侧设有定位通孔19，第一定位槽5的底部设有第一定位孔8，径向定位销3穿过定位通孔19后固定在第一定位孔8内。当镜筒100和透镜1产生力传递到径向支撑结构4时，两个径向卸载部分20，就会对径向支撑结构4顶部和底部进行压缩，在这个过程中，就产生了径向卸载功能。

进一步地，所述的第一定位槽5的内侧壁上设有注胶通道6，底部设有第一注胶孔9，通过向第一注胶孔9和注胶通道6中注入胶水，对径向支撑结构4进行粘接，使得径向支撑结构4固定更牢靠。

进一步地，如图5所示，所述的轴向支撑结构10包括顶板、轴向卸载部分18、底部的延展定位块13，顶板为弧形且其两侧分别通过轴向卸载部分18与延展定位块13连接，轴向卸载部分18的侧面类似于由5条线段构成的数字2，透镜1的凹侧的圆周边与顶板上表面接触，两侧的延展定位块13相对设置，延展定位块13上设有第二定位孔16，第二定位槽14的底部设有第三定位孔15，轴向定位销穿过第二定位孔16后固定在第三定位孔15内。轴向支撑结构10由于主要卸载透镜1在光轴方向的偏转，同样在两侧设计轴向卸载部分18，其原理和结构与径向支撑结构4类似，但是由于在特定温度环境下，对于轴向的变形量较大于径向，所以在设计阶段，对轴向卸载部分18顶部和底部的厚度略小于径向卸载部分20，保证其卸载热应力性能。

进一步地，所述的延展定位块13的上设有第二注胶孔17，通过向第二注胶孔17中注入胶水，对轴向支撑结构10进行粘接，使得轴向支撑结构10固定更牢靠。

进一步地，所述的轴向支撑结构10、径向支撑结构4的数量均为6个，且均沿圆周平均分布，使得透镜1与轴向支撑结构10的接触面更大，压力分布更均匀。

进一步地，所述的径向柔性支撑结构4与轴向柔性支撑结构10的材料选用钛合金材料。

本发明的工作原理是：安装时，先将透镜1的圆周边与6个径向支撑结构4相切，随后将透镜1和径向支撑结构4安装后的结构与刚性定位装置环2进行装配，通过刚性定位装置环2上的第一定位槽5与径向支撑结构4进行径向定位，在通过多个径向定位销3安装至定位通孔19与第一定位孔8固定径向支撑结构4的轴向移动，随后通过第一注胶孔9和注胶通道6对径向支撑结构4进行粘接。随后将轴向支撑结构10安装至镜筒100上，通过镜筒100上的第二定位槽14与轴向支撑结构10上的延展定位块13进行定位安装，延展定位块13与定位槽14设计形状相同，嵌入后固定其径向移动，并设计6个呈圆周分布的轴向支撑结构10 ，随后将轴向支撑结构10利用轴向定位销11安装在第二定位孔16内，固定轴向支撑结构10的轴向移动，随后通过第二注胶孔17注胶进一步固定。最后将粘接后的刚性定位装置环2安装到部分镜筒100上，在镜筒100内侧设计定位槽12与刚性定位装置环2外侧上的定位块7适配安装，并对定位槽12中注入胶水，随后扭动透镜1，使透镜1的凹侧的圆周边与轴向支撑结构10接触，最后再利用垫圈和压圈进行进一步固定。

当镜头在某种特定温度环境下工作的时候，镜筒100与透镜1产生的径向热变形和应力，能够有效的被径向支撑结构4所卸载，使其透镜1本身不会产生因为镜筒1的变形挤压产生更大的破坏。

当镜头在某种特定温度环境下工作的时候，镜筒100与透镜1产生的轴向热变形和应力，能够有效的被轴向支撑结构10所卸载，使其透镜1本身不会因为其轴向的变形和应力产生光轴的偏转。

透镜1与径向柔性支撑结构4与轴向柔性支撑结构10直接接触，径向支撑结构4上的定位通孔19与刚性定位支撑环2通过第一定位槽5与径向定位销3进行联接，固定径向支撑结构4特定方向的移动，并且通过第一注胶孔9注入胶水进一步固定，限制透镜1在径向方向的移动和限制径向支撑结构4在所有自由度的移动；轴向支撑结构10上的定位延展块13与镜筒上的第二定位槽14安装，随后在通过轴向定位销11进行固定，再通过第二注胶孔17注入胶水进一步固定，限制轴向支撑结构10在所有自由度上的运动。随后将安装好的定位支撑环2和镜筒100通过定位槽12进行安装，进一步用压圈固定，同时限制镜片的移动，也限制刚性定位支撑环2的运动。

对径向柔性支撑结构4与轴向柔性支撑结构10的材料选用钛合金材料，当环境温度处于一个较为极端的温度情况下，会导致透镜1收缩和镜筒100的收缩，由于两者材料不相同，会导致镜筒100收缩远远大于镜片1的收缩量，通过径向支撑结构处4的径向卸载部分20，该结构设计具有一定的弹性作用，在镜筒100收缩的时候，镜筒100产生一部的热应力力被其径向卸载部分所20吸收，使其作用在镜片1上的径向热应力减少。同理，轴向支撑结构10的轴向卸载部分18，是对其镜筒100上产生的轴向变形时候，为了确保透镜1在光轴方向的变化量减少，通过轴向卸载部分18吸收来自于镜筒100的热应力，使其作用在镜片1上的轴向热应力减少。

为解决镜头在极端温度环境下的使用，本发明利用镜筒100与透镜1之间的不直接接触方法，设计了轴向和径向的柔性支撑结构，利用该柔性支撑结构的缓冲功能，能够卸载镜筒100与透镜1之间产生的巨大热应力。

本发明整体结构设计较为新颖，并且能够满足在高、低温环境下对透镜的产生的变形和应力有明显的辅助功能，对于大口径镜头、航天镜头和反射镜都能适用；同时该结构安装简单，在安装过程中，可以实现安装简单化。

上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：包括镜筒（100）、刚性定位支撑环（2）、轴向支撑结构（10）、径向支撑结构（4）和透镜（1），透镜（1）的圆周边与多个径向支撑结构（4）相切，刚性定位支撑环（2）内侧壁上设有多个第一定位槽（5），径向支撑结构（4）安装在第一定位槽（5）内，刚性定位支撑环（2）外侧壁上设有多个凸起的定位块（7），镜筒（100）中部内侧台阶上设有多个第二定位槽（14），轴向支撑结构（10）安装在第二定位槽（14）上，透镜（1）的凹侧的圆周边与轴向支撑结构（10）上表面接触，镜筒（100）的内侧壁上设有与定位块（7）对应的第二定位槽（12）。

2.根据权利要求1所述的一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：所述的径向支撑结构（4）上设有径向卸载部分（20），径向卸载部分（20）的侧面类似于由5条线段构成的数字2，其顶部按照透镜（1）的圆周半径设计，底部于顶部平行设计，径向支撑结构（4）外侧设有定位通孔（19），第一定位槽（5）的底部设有第一定位孔（8），径向定位销（3）穿过定位通孔（19）后固定在第一定位孔（8）内。

3.根据权利要求1或2所述的一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：所述的第一定位槽（5）的内侧壁上设有注胶通道（6），底部设有第一注胶孔（9）。

4.根据权利要求1或2所述的一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：所述的轴向支撑结构（10）包括顶板、轴向卸载部分（18）、底部的延展定位块（13），顶板为弧形且其两侧分别通过轴向卸载部分（18）与延展定位块（13）连接，轴向卸载部分（18）的侧面类似于由5条线段构成的数字2，透镜（1）的凹侧的圆周边与顶板上表面接触，两侧的延展定位块（13）相对设置，延展定位块（13）上设有第二定位孔（16），第二定位槽（14）的底部设有第三定位孔（15），轴向定位销穿过第二定位孔（16）后固定在第三定位孔（15）内。

5.根据权利要求4所述的一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：所述的延展定位块（13）的上设有第二注胶孔（17）。

6.根据权利要求1所述的一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：所述的轴向支撑结构（10）、径向支撑结构（4）的数量均为6个，且均沿圆周平均分布。

7.根据权利要求1所述的一种透镜柔性支撑结构，其特征在于：所述的径向柔性支撑结构（4）与轴向柔性支撑结构（10）的材料选用钛合金材料。

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