CN117233920B - 一种光学镜片背部立体支撑装置及光学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学领域，具体提供一种光学镜片背部立体支撑装置及光学设备，光学镜片背部立体支撑装置包括底座、球头座以及第一连接件，球头座具有第一球形支撑面，第一连接件具有第二球形支撑面，第一球形支撑面与第二球形支撑面贴合并抵接，实现了光学镜片的支撑，本技术方案中将光学镜片背部的支撑面改为球形支撑面，利用球形支撑面的结构特性，充分承接来自多个方向的重力，也即，当光学镜片存在角度偏转时，光学镜片的重心偏移出球形支撑面的中心轴线时，球形支撑面也能够承接光学镜片的重心在球面径向上的分量，实现支撑装置在多个角度下对光学镜片的支撑效果。

Description

一种光学镜片背部立体支撑装置及光学设备

技术领域

本发明涉及光学领域，具体涉及一种光学镜片背部立体支撑装置及光学设备。

背景技术

随着现代天文学和军事技术的不断发展，利用望远镜进行天文和军事观察越来越受到重视。望远镜中的主反射镜是整个光学系统的核心部件，他的支撑精度关系到整个望远镜的成像质量和指向精度。主镜的支撑系统主要包括两部分，分别是承受主镜质量的轴向分量和径向分量的底支撑和侧支撑。当望远镜指向天顶位置时，底支撑承担了主镜的全部质量，对主镜面型精度的保持起主要作用；当望远镜指向水平位置时，侧支撑承担了主镜的几乎全部质量，对主镜面型精度的保持起主要作用；而在其余中间位置时，二者共同起作用。一般的主镜底部、侧面支撑均为单独机构，造成主镜支撑结构复杂、装调困难。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种光学镜片背部立体支撑装置及光学设备，解决了现有的望远镜主镜底部支撑、侧面支撑相互独立，造成主镜支撑结构复杂、装调困难的问题。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种光学镜片背部立体支撑装置，包括底座、球头座以及第一连接件，底座的一端与外部光学设备固定连接；球头座套设在底座的另一端，球头座具有第一球形支撑面；第一连接件设置在光学镜片的背部，第一连接件具有第二球形支撑面，第一球形支撑面与第二球形支撑面贴合并抵接。

在一些实施例中，底座具有沿其轴向方向贯通设置的空腔，光学镜片的背部还设有安装凹槽，立体支撑装置还包括配重杆以及配重块，配重杆设置在空腔内，配重杆与底座之间设有第一轴承，配重杆与底座同轴设置，配重杆具有第一端以及第二端，第一端突伸出底座并嵌设在安装凹槽内，第二端突伸出底座并朝向外部延伸；配重块套设在第二端上，配重块的质量与光学镜片的质量相适配。

在一些实施例中，还包括紧固件，紧固件设置在底座上，紧固件贯穿底座并突伸至空腔内，紧固件的端部与配重杆相抵接，以使配重杆相对于底座固定。

在一些实施例中，还包括第二连接件、保持架以及第二轴承，第二连接件设置在安装凹槽内，第二连接件具有外环壁以及内环壁，外环壁与安装凹槽的内侧壁机械配合；保持架与内环壁机械配合；第二轴承套设在第一端，第一轴承的外侧壁与保持架机械配合。

在一些实施例中，第一轴承和/或第二轴承为调心球轴承。

在一些实施例中，保持架内设有至少一个滚珠组，每一滚珠组包括多个滚珠，多个滚珠呈圆周阵列分布在保持架朝向第二轴承的内侧壁上。

在一些实施例中，第二连接件采用预设金属材料制成，预设金属材料的热膨胀系数与光学镜片的热膨胀系数置于同一预设范围内。

在一些实施例中，第一连接件和/或第二连接件与光学镜片采用环氧胶粘合。

在第二方面，本发明提供一种光学设备，包括光学镜片以及至少一组立体支撑装置；立体支撑装置设置在光学镜片的背部，立体支撑装置为第一方面所述的立体支撑装置，立体支撑装置用于对光学镜片的背部进行支撑。

在一些实施例中，立体支撑装置的数量为多个，多个立体支撑装置设置在光学镜片背部的周向上。

与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

光学镜片背部立体支撑装置包括底座、球头座以及第一连接件，球头座具有第一球形支撑面，第一连接件具有第二球形支撑面，第一球形支撑面与第二球形支撑面贴合并抵接，实现了光学镜片的支撑，本技术方案中将光学镜片背部的支撑面改为球形支撑面，利用球形支撑面的结构特性，充分承接来自多个方向的重力，也即，当光学镜片存在角度偏转时，光学镜片的重心偏移出球形支撑面的中心轴线时，球形支撑面也能够承接光学镜片的重心在球面径向上的分量，实现支撑装置在多个角度下对光学镜片的支撑效果。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的光学镜片背部立体支撑装置示意图。

其中的附图标记包括：1、底座；2、球头座；3、第一连接件；4、配重杆；5、配重块；6、第一轴承；7、紧固件；8、第二连接件；9、保持架；10、光学镜片；11、第二轴承。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本申请所示的支撑装置设置在光学镜片10所在的支撑部件与光学镜片10之间。具体的，现有的光学设备的光学镜片10具有一个可调节的支撑部件，为便于表述，将其记为支撑框架，光学镜片10可在支撑框架的带动下转动，现有的光学镜片10的支撑装置需要在支撑框架上设置两个相互独立的支撑装置，其中一个支撑装置用于对光学镜片10的底部提供支撑力，另一个支撑装置用于对光学镜片10的侧边提供支撑力，从而给光学镜片10提供全面支撑，然而，现有的设计方式会导致支撑框架与光学镜片10之间存在复杂的结构，从而增大了装调难度。

需要说明的是，本实施例所示的光学镜片10可以理解为望远镜中的主镜，也即主反射镜，光学镜片10也可以理解为其他大型光学设备中的光学镜片10，本实施例所示的光学镜片10具有多角度调节功能，也即光学镜片10会相对于环境中的参照物旋转。

为解决这一问题，本申请提供了一种光学镜片背部立体支撑装置以及光学设备，简化了光学镜片10与支撑框架之间的支撑装置的结构，易于装调的同时能够给光学镜片10提供多个角度的支撑点。

请参阅图1，在第一方面，本实施例提供了一种光学镜片背部立体支撑装置，包括底座1、球头座2以及第一连接件3，底座1的一端与外部光学设备固定连接；球头座2套设在底座1的另一端，球头座2具有第一球形支撑面；第一连接件3设置在光学镜片10的背部，第一连接件3具有第二球形支撑面，第一球形支撑面与第二球形支撑面贴合并抵接。

底座1的一端与外部光学设备固定连接，此处外部光学设备可以理解为支撑框架，底座1可以通过螺栓锁固等形式与支撑框架固定连接，则支撑框架在带动光学镜片10旋转时会一并带动底座1旋转，使得底座1与光学镜片10之间保持相对固定的位置关系。

本实施例中，底座1上套设有球头座2，可选地，底座1与球头座2可以通过螺栓连接，也可以直接在底座1的外部加工外螺纹，球头座2的内部加工内螺纹，将球头座2与底座1直接用螺纹连接。球头座2为具有球形支撑面的一个块状结构，为便于区分，将球头座2上的球形支撑面记为第一球形支撑面。第一连接件3为将光学镜片10固定在球头座2上的连接件，本实施例中，第一连接件3通过黏贴的形式贴附在光学镜片10的背部，将第一连接件3与光学镜片10贴附的端面记为贴附面，则贴附面与光学镜片10的背部的形状相适配，也即当光学镜片10的背部为凸面时，贴附面为凹面，光学镜片10的背部为平面时，贴附面也为平面。

第一连接件3与球头座2相贴合的一端面记为第二球形支撑面，第二球形支撑面与第一球形支撑面的半径相同，则第一球形支撑面与第二球形支撑面贴合并抵接。

在光学镜片10旋转过程中，光学镜片10的重心始终指向竖直方向，则球头座2在底座1的带动下跟随光学镜片10旋转，使得球形支撑面的中心轴线与竖直方向存在一定的夹角，这一过程中，不论光学镜片10的旋转角度如何，第一球形支撑面与第二球形支撑面始终存在至少一个抵接点，在这一抵接点上进行受力分析，即可获知光学镜片10的重力在球形支撑面的径向方向上的分力以及在球形支撑面的切向方向上的分力，通过合理设置光学镜片10的旋转角度，即可使得光学镜片10在旋转过程中将重力主要分散在球形支撑面的径向方向，也即，本实施例所示支撑装置能够用于承接光学镜片10的重力在抵接点所在的径向方向上的分量，在一定的旋转角度范围内实现光学镜片10的主要支撑。

请参阅图1，在一些实施例中，底座1具有沿其轴向方向贯通设置的空腔，光学镜片10的背部还设有安装凹槽，立体支撑装置还包括配重杆4以及配重块5，配重杆4设置在空腔内，配重杆4与底座1之间设有第一轴承6，配重杆4与底座1同轴设置，配重杆4具有第一端以及第二端，第一端突伸出底座1并嵌设在安装凹槽内，第二端突伸出底座1并朝向外部延伸；配重块5套设在第二端上，配重块5的质量与光学镜片10的质量相适配。

本实施例中，底座1还具有空腔，具体的，光学镜片10的背部设有安装凹槽，安装凹槽可以加工成圆柱形槽口，配重杆4贯穿底座1的空腔，且配重杆4的两端均突伸出底座1的空腔，配重杆4的其中一端置于安装凹槽内，配重杆4的另一端悬空以用于装设配重块5，为便于表述，将配重杆4置于安装凹槽内的端部记为第一端，将配重杆4悬空的端部记为第二端。

当光学镜片10的镜面自水平面旋转至竖直面时，第一球形支撑面与第二球形支撑面的抵接点所分担的光学镜片10在球形支撑面在径向方向上的重力分量较少，而光学镜片10在球形支撑面切向方向上的重力分量较大，本实施例增加配重块5与配重杆4，利用杠杆原理，实现光学镜片10在球形支撑面切向方向上的重力分量的承接。

具体可结合图1进行理解，本实施例在底座1上增加配重杆4，以配重杆4为杠杆，配重杆4与底座1的连接处为支点，在配重杆4的第二端套设配重块5，即可对光学镜片10增加一支撑点，这一支撑点也即安装凹槽内第一端与光学镜片10的接触点。通过配重杆4、配重块5与第一球形支撑面、第二球形支撑面之间的配合，实现了光学镜片10的支撑。

为优化本实施例所示配重杆4与底座1之间的连接，增加第一轴承6，第一轴承6设置在配重杆4与底座1的连接处，使配重杆4与底座1保持同轴设置。基于上述原理，配重块5与光学镜片10的质量相适配可以这样理解：配重块5的具体质量可以用如下方式获得：根据光学镜片10上的支撑装置的数量、光学镜片10的质量换算得出在当前支撑装置的配重杆4的第一端上的重力分量，根据这一重力分量并利用杠杆原理换算得出配重块5的具体质量。

本实施例所示结构采用变位浮动支撑，可有效对光学镜片10的重力载荷进行卸载，同时，当受温度变化而使得光学镜片10与支撑装置的连接点处产生应力时，浮动支撑可有效避免光学镜片10和支撑装置因温度变形而产生的应力，能够保持光学镜片10的面型精度。

请参阅图1，在一些实施例中，还包括紧固件7，紧固件7设置在底座1上，紧固件7贯穿底座1并突伸至空腔内，紧固件7的端部与配重杆4相抵接，以使配重杆4相对于底座1固定。

本实施例中，紧固件7可以是螺栓、销钉等，具体的，紧固件7设置在底座1上，并贯穿底座1突伸至空腔内，紧固件7的端部与配重杆4的杆体相抵接。需要说明的是，紧固件7与配重杆4的抵接存在两种抵接方式：第一种，紧固件7直接抵接在配重杆4的杆体外表面，这一方式主要利用紧固件7端部与杆体外表面之间的摩擦力实现配重杆4与底座1的相对固定；第二种，配重杆4的杆体上加工有槽孔，则紧固件7的端部伸入到该槽孔中，这一方式利用紧固件7实现对杆体的限位，从而保持配重杆4与底座1的相对固定关系；本实施例优选采用第二种。

请参阅图1，在一些实施例中，还包括第二连接件8、保持架9以及第二轴承11，第二连接件8设置在安装凹槽内，第二连接件8具有外环壁以及内环壁，外环壁与安装凹槽的内侧壁机械配合；保持架9与内环壁机械配合；第二轴承11套设在第一端，第一轴承6的外侧壁与保持架9机械配合。

本实施例中，第二连接件8为环状结构，其具体的形状与安装凹槽相适配，如，安装凹槽为圆柱状时，第二连接件8为圆环状，安装凹槽呈长槽状时，第二连接件8为与长槽相对应的环状结构，以此类推。第二连接件8的外环壁与安装凹槽的内侧壁机械配合，此处可以这样理解：机械配合包括过盈配合、过度配合以及间隙配合三种类别，本实施例所示第二连接件8可以根据实际情况选用外环壁与安装凹槽的内侧壁的配合方式。优选的，第二连接件8的外环壁与安装凹槽的内侧壁为间隙配合，这一方式能够增加第二连接件8与安装凹槽之间的活动余量，便于光学镜片10的微小偏转。

第二连接件8内环壁与保持架9机械配合，优选为间隙配合，这一配合方式便于装配，同时，也能够给光学镜片10、第二连接件8以及保持架9预留出形变空间，当受到温度变化时，减少光学镜片10、第二连接件8以及保持架9三者之间的应力作用。

优选的，在配重杆4的第一端设有轴肩，第二轴承11抵靠在轴肩上，保持架9设置在第二轴承11外，安装时需要注意将第一端推入安装凹槽的底部，以使得保持架9置于安装凹槽内并接近安装凹槽的底面，以优化对光学镜片10的支撑效果。

保持架9能够便于安装，具体的原因在于：第二轴承为调心球轴承时，调心球轴承的外环为圆柱面，且能转动，安装时有卡滞风险。

第二轴承11用于保持配重杆4与安装凹槽之间的同轴位置关系，以使得安装凹槽的内侧壁受力均匀。

在一些实施例中，第一轴承6和/或第二轴承11为调心球轴承。第一轴承6为调心球轴承时，其能够增加配重杆4与底座1之间的转动量，提升配重杆4与底座1之间的连接柔性度；第二轴承11为调心球轴承时，其能够增加配重杆4与保持架9之间的转动量，提升配重杆4与保持架9之间的连接柔性度。

请参阅图1，在一些实施例中，保持架9内设有至少一个滚珠组，每一滚珠组包括多个滚珠，多个滚珠呈圆周阵列分布在保持架9朝向第二轴承11的内侧壁上。本实施例中，保持架9与第二轴承11之间设有多个滚珠，为便于区分，将配重杆4上同一径向基准面上的多个滚珠记为一个滚珠组，存在多个滚珠组时，多个滚珠组沿配重杆4的轴向方向阵列分布。图1所示滚珠组的数量为两个。

每一滚珠组内包括多个滚珠，这一方式能够使得保持架9相对于第二轴承11小幅转动，在光学镜片10的运动过程中，能够提升配重杆4与光学镜片10之间的连接柔性，同时，也能便于第二轴承的安装，减小第二轴承在安装过程中的卡滞风险。

在一些实施例中，第二连接件8采用预设金属材料制成，预设金属材料的热膨胀系数与光学镜片10的热膨胀系数置于同一预设范围内。本实施例所示预设金属材料可以是因瓦合金，也称为殷钢，因瓦合金是一种镍铁合金，其成分为镍36%，铁63.8%，碳0.2%，它的热膨胀系数极低，能在很宽的温度范围内保持固定长度。

在一些实施例中，第一连接件3和/或第二连接件8与光学镜片10采用环氧胶粘合。

在第二方面，本实施例提供一种光学设备，包括光学镜片10以及至少一组立体支撑装置；立体支撑装置设置在光学镜片10的背部，立体支撑装置为第一方面所述的立体支撑装置，立体支撑装置用于对光学镜片10的背部进行支撑。

需要说明的是，本实施例所示立体支撑装置可以根据光学镜片10的尺寸大小而增减立体支撑装置的数量。

在一些实施例中，立体支撑装置的数量为多个，多个立体支撑装置设置在光学镜片10背部的周向上。例如，当立体支撑装置为三个时，三个立体支撑装置分别设置在光学镜片10背部的周向上，呈三角分布。这一方式能够实现多个立体支撑装置的协同作用，同时也能够使得光学镜片10的重力平均分布在多个立体支撑装置上，提高光学镜片10的支撑稳定性。

上述技术方案中，光学镜片背部立体支撑装置包括底座1、球头座2以及第一连接件3，球头座2具有第一球形支撑面，第一连接件3具有第二球形支撑面，第一球形支撑面与第二球形支撑面贴合并抵接，实现了光学镜片10的支撑，本技术方案中将光学镜片10背部的支撑面改为球形支撑面，利用球形支撑面的结构特性，充分承接来自多个方向的重力，也即，当光学镜片10存在角度偏转时，光学镜片10的重心偏移出球形支撑面的中心轴线时，球形支撑面也能够承接光学镜片10的重心，实现主镜多个角度下对光学镜片10的支撑效果。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光学镜片背部立体支撑装置，其特征在于，包括：

底座，所述底座的一端与外部光学设备固定连接；

球头座，套设在所述底座的另一端，所述球头座具有第一球形支撑面；

第一连接件，设置在所述光学镜片的背部，所述第一连接件具有第二球形支撑面，所述第一球形支撑面与所述第二球形支撑面贴合并抵接；

所述底座具有沿其轴向方向贯通设置的空腔，所述光学镜片的背部还设有安装凹槽，所述立体支撑装置还包括：

配重杆，设置在所述空腔内，所述配重杆与所述底座之间设有第一轴承，所述配重杆与所述底座同轴设置，所述配重杆具有第一端以及第二端，所述第一端突伸出所述底座并嵌设在所述安装凹槽内，所述第二端突伸出所述底座并朝向外部延伸；

配重块，套设在所述第二端上，所述配重块的质量与所述光学镜片的质量相适配；

第二连接件，设置在所述安装凹槽内，所述第二连接件具有外环壁以及内环壁，所述外环壁与所述安装凹槽的内侧壁间隙配合；

保持架，与所述内环壁间隙配合；

第二轴承，套设在所述第一端，所述第一轴承的外侧壁与所述保持架机械配合。

2.根据权利要求1所述的光学镜片背部立体支撑装置，其特征在于，还包括：

紧固件，设置在所述底座上，所述紧固件贯穿所述底座并突伸至所述空腔内，所述紧固件的端部与所述配重杆相抵接，以使所述配重杆相对于所述底座固定。

3.根据权利要求1所述的光学镜片背部立体支撑装置，其特征在于，所述第一轴承和/或所述第二轴承为调心球轴承。

4.根据权利要求1所述的光学镜片背部立体支撑装置，其特征在于，所述保持架内设有至少一个滚珠组，每一滚珠组包括多个滚珠，多个所述滚珠呈圆周阵列分布在所述保持架朝向所述第二轴承的内侧壁上。

5.根据权利要求1所述的光学镜片背部立体支撑装置，其特征在于，所述第二连接件采用预设金属材料制成，所述预设金属材料的热膨胀系数与所述光学镜片的热膨胀系数置于同一预设范围内。

6.根据权利要求1所述的光学镜片背部立体支撑装置，其特征在于，所述第一连接件和/或所述第二连接件与所述光学镜片采用环氧胶粘合。

7.一种光学设备，其特征在于，包括：

光学镜片；

至少一组立体支撑装置，设置在所述光学镜片的背部，所述立体支撑装置为权利要求1-6任一项所述的立体支撑装置，所述立体支撑装置用于对所述光学镜片的背部进行支撑。

8.根据权利要求7所述的光学设备，其特征在于，所述立体支撑装置的数量为多个，多个所述立体支撑装置设置在所述光学镜片背部的周向上。