KR101172456B1 - Lateral Flexure of Mirror Assembly for Telescope - Google Patents
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Abstract
본 발명은 망원경의 거울면의 변형량을 최소화하며 광축 방향으로는 유연하지만, 반사경의 광축 수직방향 자중을 지지할 수 있는 광축 수직방향 플렉서에 관한 것으로 그 구성은 외경(O1)과 소정의 두께(D1) 및 폭(W1)을 가지는 림(110)과; 상기 림(110)의 중심부에 외경(O2)과 소정의 두께(D2)를 가지는 허브(120) 및 상기 림(110)과 상기 허브(120)를 연결하며 소정의 두께(D3)를 가지는 복수 개의 연결대(130)로 이루어지는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 림, 허브 및 연결대를 구비하는 본 발명의 광축 수직방향 플렉서는 Z축에 대한 이동, X축 및 Y축에 대한 틸팅에 충분한 유연성을 가지고, 광축 방향의 비틀림 하중을 견딜 수 있으며, 반사경의 변형을 최소화하면서 반사경의 광축 수직방향 하중을 충분히 지지할 수 있다.The present invention relates to an optical axis vertical flexure that minimizes the amount of deformation of the mirror surface of the telescope and is flexible in the optical axis direction, but capable of supporting the optical axis vertical self-weight of the reflector. The configuration includes an outer diameter O1 and a predetermined thickness ( D1) and rim 110 having a width W1; A hub 120 having an outer diameter O2 and a predetermined thickness D2 at a central portion of the rim 110, and a plurality of hubs connecting the rim 110 and the hub 120 and having a predetermined thickness D3. It consists of the connecting table 130 as its technical features.
According to the present invention, the optical axis vertical flexure of the present invention having a rim, hub and connecting rod has sufficient flexibility for movement about the Z axis, tilting about the X axis and the Y axis, and can withstand torsional load in the optical axis direction. It is possible to fully support the optical axis vertical load of the reflector while minimizing the deformation of the reflector.
Description
본 발명은 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사경의 거울면의 변형량을 최소화하며 반사경의 광축 수직방향 자중만을 지지할 수 있는 광축 수직방향 플렉서에 관한 것이다.
The present invention relates to an optical axis vertical flexure of a reflector for a telescope, and more particularly, to an optical axis vertical flexure capable of minimizing the amount of deformation of the mirror surface of the reflecting mirror and supporting only the optical axis vertical self-weight of the reflecting mirror.
망원경의 성능은 반사경의 거울면(반사경면)의 표면정밀도에 의해 좌우된다. 그 이유는 거울면의 표면정밀도가 좋을수록 빛을 한 초점에 정확하게 모을 수 있기 때문이다. 거울면의 표면정밀도를 높이기 위해 초정밀 가공기술이 적용되는데, 망원경에 사용되는 반사경의 표면 정밀도는 일반적으로 20nm 정도가 요구되고 있다.The performance of a telescope depends on the surface precision of the mirror surface of the reflector. The reason for this is that the better the surface precision of the mirror surface, the more accurately the light can be collected at one focal point. In order to increase the surface precision of the mirror surface, ultra-precision processing technology is applied, and the surface precision of the reflector used in the telescope generally requires about 20 nm.
초정밀 가공된 반사경이 망원경에 설치되기 위해서는 반사경을 지지하는 구조물이 있어야 한다. 반사경을 지지하는 구조물의 지지 방식, 형상 등에 따라 반사경의 성능은 매우 민감하게 반응한다. 즉, 아무리 초정밀하게 거울면을 가공했을 지라도 반사경을 지지하는 구조물의 설계가 잘못되면 거울면이 반사경의 자중에 의해 변형하게 되어 반사경의 성능을 기대할 수 없다. 이처럼 반사경 지지구조물은 초정밀 가공된 반사경의 거울면에는 영향을 미치지 않으면서 반사경의 자중을 지지해야한다.In order for the ultra-precision reflector to be installed in the telescope, there must be a structure supporting the reflector. The performance of the reflector is very sensitive depending on the support method, shape, etc. of the structure supporting the reflector. In other words, no matter how precisely the mirror surface is processed, if the design of the structure supporting the reflector is wrong, the mirror surface is deformed by the weight of the reflector, so the performance of the reflector cannot be expected. As such, the reflector support structure must support the weight of the reflector without affecting the mirror surface of the ultra-precision reflector.
반사경의 자중을 지지하는 구조물은 광축 수직방향 자중을 지지하는 광축 수직방향 지지구조물과 광축 방향 자중을 지지하는 광축 방향 지지구조물로 구분하여 반사경의 자중을 지지하는 방식과, 광축 수직방향 자중과 광축 방향 자중 모두를 동시에 지지하는 방식이 있다.The structure supporting the self-weight of the reflector is divided into the optical axis vertical support structure supporting the optical axis vertical weight and the optical axis support structure supporting the optical axis self weight, and the self-weight of the reflector is supported. There is a way to support all of them at the same time.
반사경을 지지하는 구조물의 구성 부품에는 플렉서(flexure)가 반드시 들어간다. 플렉서는 반사경과 지지구조물을 연결하는 핵심 부품으로 반사경보다 약하게 설계되어 반사경의 거울면이 변형되는 것을 막는 역할을 한다. 즉, 반사경의 자중을 지지하되 반사경보다 강하지 않게 설계되어야 한다는 것이다.Flexure must be included in the components of the structure supporting the reflector. The flexure is a key component that connects the reflector and the supporting structure. It is designed to be weaker than the reflector to prevent the mirror surface of the reflector from being deformed. In other words, it should be designed to support the weight of the reflector but not stronger than the reflector.
반사경을 지지하는 구조물의 개수는 반사경을 지지하는 방식과 목적에 의해 정해진다. 반사경의 자중이 큰 경우 다수의 지지구조물을 사용하여 반사경의 자중을 배분시켜 거울면의 변형을 줄이기도 한다.The number of structures supporting the reflector is determined by the method and purpose of supporting the reflector. If the reflector has a large weight, a plurality of supporting structures may be used to distribute the weight of the reflector to reduce the deformation of the mirror surface.
반사경을 제어할 경우에 지지구조물에 액츄에이터를 설치하여 반사경을 이동시키거나 틸팅(tilting)시키기도 한다.In the case of controlling the reflector, an actuator may be installed in the supporting structure to move or tilt the reflector.
본 발명은 반사경의 자중이 광축 수직방향 지지구조물과 광축 방향 지지구물로 구분되어 지지되는 경우에, 반사경의 중앙에서 반사경을 지지할 수 있는 1개의 광축 수직방향 플렉서에 관한 것으로, 반사경과 광축 수직방향 플렉서의 한 예를 도 1 내지 도 3과 같이 나타내었다.
The present invention relates to one optical axis vertical flexure capable of supporting the reflector at the center of the reflector when the weight of the reflector is supported by being divided into the optical axis vertical support structure and the optical axis support structure. An example of the directional flexor is shown in FIGS. 1 to 3.
첨부된 도면의 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이 반사경(1)의 주요 구성 및 형상에 대해 알아보면, 빛을 반사하는 거울면(10)과; 상기 거울면(10)의 아래에 반사경 경량화 구조물(20) 및 상기 반사경 경량화 구조물(20)의 중심부 내측에서 광축 수직방향 자중을 지지하는 광축 수직방향 플렉서(30)로 이루어진다.As shown in Figures 1 to 3 of the accompanying drawings, the main configuration and shape of the
거울면(10)은 망원경의 전체 성능을 좌우하는 것으로 이 거울면의 표면정밀도가 높을수록 좋은 품질의 반사경이라고 일컬어진다. 반사경을 지지하는 구조물들은 이 거울면의 변형량이 최소가 되도록 정밀하게 설계되어져야 한다.
The
한편, 반사경 경량화 구조물(20)의 중심의 중공부에는 광축 수직방향 플렉서(Lateral Flexure, 30)가 구비되는데, 이 광축 수직방향 플렉서(30)는 반사경의 광축 수직방향 자중을 직접적으로 지지하는 부품으로서 거울면(10)의 성능에 큰 영향을 미친다. On the other hand, the hollow portion in the center of the
즉, 광축 수직방향 플렉서(30)는 거울면(10)의 변형이 최소화되도록 하면서 반사경의 광축 수직방향 자중만을 지지해야 하는 등의 설계요건을 충족하여야 하며 이들 설계요건을 나열하면 아래와 같다.That is, the optical axis
1. 반사경의 광축 수직방향 자중을 충분히 지지하여야 하며,1. Sufficiently support the weight of the reflector in the vertical direction of the optical axis;
2. 광축 방향(Z축)으로 충분한 유연성이 있어야 하며,2. There must be sufficient flexibility in the optical axis direction (Z axis),
3. 좌굴(Bucking)에 안전하여야 하며,3. Must be safe for buckling and
4. 광축 방향의 비틀림 하중을 지지하여야 하고, 4. Support torsional load in the optical axis direction,
5. 반사경보다 작은 강성(stiffness)을 구비하여야 한다.
5. It should have less stiffness than reflector.
본 발명자들은 상기와 같은 설계요건에 충족하는 광축 수직방향 플렉서를 도출하기 위해 도면의 도 4에 도시된 바와 같은 여러 가지 형태의 광축 수직방향 플렉서에 대해 시뮬레이션을 통해 실험하였으나, 이러한 형상의 광축 수직방향 플레서들은 반사경의 광축 수직방향 자중은 견딜 수 있지만, 반사경의 비틀림 하중에 약하고 광축방향으로 충분한 유연성이 없어 허용응력(강도) 이상이 되는 등의 문제가 있었다.The present inventors experimented with various types of optical axis vertical flexors as shown in FIG. 4 in order to derive optical axis vertical flexors that meet the above design requirements. Vertical flares were able to withstand the optical axis vertical weight of the reflector, but there were problems such as weakness in the torsional load of the reflector and insufficient flexibility in the direction of the optical axis, resulting in more than the allowable stress (strength).
따라서 위에서 열거한 제반 설계요건을 모두 충족시킬 수 있는 광축 수직방향 플렉서의 개발이 요구된다.
Therefore, it is required to develop an optical axis vertical flexure that can meet all the above design requirements.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하여 개발된 것으로, 본 발명은 반사경의 변형량을 최소로 하는 동시에 반사경의 광축 수직방향으로는 충분한 강성을 가지고, 광축 방향으로는 유연성을 지닌 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
The present invention was developed in response to the above needs, and the present invention minimizes the amount of deformation of the reflector and has sufficient rigidity in the optical axis vertical direction of the reflector, and the optical axis vertical of the reflector for telescopes having flexibility in the optical axis direction. The purpose is to provide a directional flexor.
상기와 같은 본 발명의 목적은 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서를 외경(O1)과 소정의 두께(D1) 및 폭(W1)을 가지는 림(110)과; 상기 림(110)의 중심부에 외경(O2)과 소정의 두께(D2)를 가지는 허브(120) 및 상기 림(110)과 상기 허브(120)를 연결하며 소정의 두께(D3)를 가지는 복수 개의 연결대(130)로 구성하는 것에 의해 달성된다.
The object of the present invention as described above is a
본 발명에 따르면, 림, 허브, 연결대를 구비하는 광축 수직방향 플렉서는 Z축에 대한 이동, X축 및 Y축에 대한 틸팅에 충분한 유연성을 가지며, 거울면의 변형을 최소화하며 반사경의 광축 수직방향 자중을 충분히 지지할 수 있다.
According to the present invention, an optical axis vertical flexure having a rim, a hub, and a connecting rod has sufficient flexibility for moving about the Z axis, and tilting about the X axis and the Y axis, minimizing the deformation of the mirror surface and perpendicular to the optical axis of the reflector. It can fully support the directional self-weight.
도 1은 반사경의 배면측 사시도(a)와 평면측 사시도(b),
도 2는 반사경의 단면도,
도 3은 반사경의 분해도,
도 4는 종래 광축 수직방향 플렉서의 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광축 수직방향 플렉서의 사시도,
도 6은 본 발명의 보강부를 구비한 광축 수직방향 플렉서의 사시도,
도 7은 도 6의 A-A'의 단면도 및 부분 확대도이다.1 is a rear side perspective view (a) and a planar side perspective view (b) of a reflecting mirror,
2 is a cross-sectional view of the reflector,
3 is an exploded view of a reflector,
4 is a perspective view of a conventional optical axis vertical flexure,
5 is a perspective view of an optical axis vertical flexure according to an embodiment of the present invention;
6 is a perspective view of an optical axis vertical flexure with reinforcement of the present invention;
FIG. 7 is a cross-sectional view and a partially enlarged view of AA ′ in FIG. 6.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서를 상세히 설명한다.Hereinafter, an optical axis vertical flexure of a reflector for a telescope according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
우선 상세한 설명에 앞서, Z축은 광이 입사되는 방향으로 광축 방향 또는 Z축으로 정의하고, 이 Z축과 수직을 이루는 X축 또는 Y축을 횡방향(광축 수직방향)으로 정의한다.First, prior to the detailed description, the Z axis is defined as the optical axis direction or the Z axis in the direction in which light is incident, and the X axis or the Y axis perpendicular to the Z axis is defined as the horizontal direction (optical axis vertical direction).
본 발명은 망원경용 반사경에서 반사경의 광축 수직방향 자중을 지지하며, 거울면의 변형량이 최소화할 수 있도록 일정한 유연성을 가지는 광축 수직방향 플렉서에 관한 것으로, 첨부된 도면의 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 광축 수직방향 플렉서의 사시도를 나타낸 것이다.The present invention relates to a vertical axis of the optical axis of the reflector in a telescope reflector, and has a constant flexibility to minimize the amount of deformation of the mirror surface, the accompanying drawings, Figure 5 of the accompanying drawings A perspective view of an optical axis vertical flexure according to an embodiment is shown.
이 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 광축 수직방향 플렉서(100)는 크게 림(110), 허브(120) 및 연결대(130)로 구성된다.As shown in FIG. 5, the optical axis
림(rim, 110)은 도넛(donut) 형상으로 이루어지는 외경(O1)을 가지며, 소정의 두께(D1) 및 폭(W1)을 가진다. The
림은 반사경과 결합이 되는 부분으로 림의 외경은 반사경의 성능과 광축 수직방향 플렉서의 성능을 종합적으로 고려하여 결정되어 진다. 광축 수직방향 플렉서의 외경(O1)을 늘이면 플렉서의 형상이 커지게 되어 목적에 맞는 플렉서를 설계할 수 있겠지만, 반사경의 경량화구조물에 제약을 주기 때문에 반사경의 성능이 떨어질 수 있다. 반대로, 광축 수직방향 플렉서의 외경을 줄이면 플렉서 설계에 제약을 줄 수 있고, 반사경의 경량화 구조물에 영향을 적게 주어 반사경의 성능은 향상될 것이다. 그러므로, 림의 외경은 반사경의 성능을 최대로 낼 수 있으면서, 광축 수직방향 플렉서가 제 역할을 수행 할 수 있도록 정해진다.The rim is combined with the reflector. The outer diameter of the rim is determined by considering the reflector performance and the optical axis vertical flexure. Increasing the outer diameter O1 of the optical axis vertical flexure increases the shape of the flexure, so that the flexure can be designed according to the purpose. However, since the weight of the reflector is restricted, the reflector performance may be degraded. On the contrary, reducing the outer diameter of the optical axis vertical flexure may limit the flexure design, and lessen the impact on the light weight structure of the reflector, thereby improving the reflector performance. Therefore, the outer diameter of the rim is determined so that the optical axis vertical flexure can perform its role while maximizing the performance of the reflector.
림의 두께(D1)는 반사경의 무게중심과 광축 수직방향 플렉서의 강성을 고려하여 결정된다.The thickness D1 of the rim is determined in consideration of the center of gravity of the reflector and the rigidity of the optical axis vertical flexure.
허브(hub, 120)는 상기 림(110)의 중심부에 외경(O2)을 가지며, 소정의 두께(D2)를 가지되 그 형상은 원통형상으로 이루어진다. The
허브는 광축 수직방향 지지구조물과 볼트로 체결되는 부분으로 반사경의 하중과 볼트의 크기를 고려하여 허브의 외경과 두께가 정해진다. The hub is a part that is fastened to the optical axis vertical support structure by the bolt, and the outer diameter and thickness of the hub are determined in consideration of the load of the reflector and the size of the bolt.
림(110)과 허브(120)의 외경의 크기는 플렉서의 광축 방향으로의 유연성과 X축과 Y축을 기준으로 하는 틸팅에 직접적인 관계가 있다. 림의 폭(W1)이 일정하다고 가정했을 때, 이 림의 외경(O1)이 커지고 허브의 외경(O2)이 작아지면, 플렉서의 광축 방향으로의 이동에 대한 유연성과 X축, Y축을 기준으로 하는 틸팅에 대한 유연성은 증가하고, 림의 외경(O1)이 작아지고 허브의 외경(O2)이 커지면, 플렉서의 광축 방향으로의 이동에 대한 유연성과 X축, Y축을 기준으로 하는 틸팅에 대한 유연성은 줄어든다. The size of the outer diameter of the
연결대(spoke, 130)는 상기 림(110)과 상기 허브(120)를 연결하며 복수 개가 구비되는 것으로, 일측은 림(110)의 내주연에 결합되며, 그 타측은 허브(120)의 외주연에 결합되도록 한다.Connection (spoke, 130) is connected to the
이 연결대(130)는 소정의 두께(D3)를 가지며, 연결대(130)가 서로 접하는 허브(120)의 주변부는 이 연결대(130)가 가지는 폭(W2)에 의해서 소정의 면이 형성되도록 한다. The connecting
연결대를 얇은 판으로 구성하는 이유는 판의 처짐량 특성과 상관이 있다. 판의 처짐량은 단면적의 면적관성모멘트에 반비례하기 때문에 연결대를 허브면과 나란히 배치함으로써 광축방향으로의 이동과 X축과 Y축의 틸팅에 대해서는 유연한 성질을 가질 수 있게 되는 것이다. 이에 반해, 광축 수직방향으로의 자중과 광축 방향의 비틀림에 대해서는 강성을 높이는 효과가 있다. 연결대의 두께(D3)는 광축 방향으로의 유연성과 광축 수직방향의 강성을 고려하여 결정된다. 또한, 연결대의 개수와 폭(W2)을 조절함으로 광축 수직방향 플렉서의 강성과 광축 방향으로의 유연성을 결정할 수 있다.
The reason why the connecting strip is composed of thin plates is related to the deflection characteristics of the plates. Since the amount of deflection of the plate is inversely proportional to the area moment of inertia of the cross-sectional area, it is possible to have a flexible property for the movement in the optical axis direction and the tilting of the X-axis and the Y-axis by arranging the connection side by side with the hub surface. On the contrary, there is an effect of increasing rigidity with respect to the self-weight in the optical axis vertical direction and the twist in the optical axis direction. The thickness D3 of the connecting rod is determined in consideration of the flexibility in the optical axis direction and the rigidity in the vertical direction of the optical axis. In addition, by adjusting the number and width (W2) of the connecting rod can determine the rigidity of the optical axis vertical flexure and flexibility in the optical axis direction.
본 발명의 광축 수직방향 플렉서는 응력에 가장 취약한 부분이 상기 허브(120)와 연결대(130)가 접하는 부분인데, 이 부분에 반사경의 광축 수직방향 자중에 의해 응력집중이 발생하여 항복이 발생할 수 있다. 이에 첨부된 도면의 도 6과 같이 보강부(140)를 더 구비하여 응력을 분포시켜 응력이 집중되는 현상을 막을 수 있다.The optical axis vertical flexure of the present invention is a portion where the most susceptible to stress is in contact with the
도 6은 본 발명의 보강부(140)를 구비한 광축 수직방향 플렉서의 사시도를 나타낸 것이며, 도 7은 도 6의 A-A'의 단면도 및 부분 확대도를 도시한 것으로, 허브(120)의 외주연에는 원주방향으로 보강부가 더 구비되되, 이 보강부의 두께와 폭은 Z축 방향으로의 유연성에는 영향을 주지 않으면서, 광축 수직방향으로의 이동에 대한 강성과 광축 방향으로의 비틀림에 대한 강성을 높이면서 응력을 효율적으로 분포시킬 수 있도록 조정되었다.
FIG. 6 is a perspective view of an optical axis vertical flexure having the reinforcing
상기와 같은 본 발명의 광축 수직방향 플렉서(100)는 림(110), 허브(120), 연결대(130) 및 보강부(140)는 각각 단일형으로 제작되어 서로 결합된 형태로 이루어지질 수도 있으며, 1개의 일체형으로도 제작될 수 있다.
The optical axis
100 : 광축 수직방향 플렉서 110 : 림
120 : 허브 130 : 연결대
140 : 보강부 O1 : 림의 외경
O2 : 허브의 외경 D1 : 림의 두께
D2 : 허브의 두께 D3 : 연결대의 두께
W1 : 림의 폭 W2 : 연결대의 폭100: optical axis vertical flexure 110: rim
120: hub 130: connecting rod
140: reinforcement portion O1: outer diameter of the rim
O2: outer diameter of hub D1: thickness of rim
D2: thickness of hub D3: thickness of connecting rod
W1: width of rim W2: width of connecting rod
Claims (3)
외경(O1)과 소정의 두께(D1) 및 폭(W1)을 가지는 림(110)과;
상기 림(110)의 중심부에 외경(O2)과 소정의 두께(D2)를 가지는 허브(120) 및
상기 림(110)과 상기 허브(120)를 연결하며 소정의 두께(D3)를 가지는 복수 개의 연결대(130)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서.
In the optical axis vertical flexure 100 of the telescope reflector,
A rim 110 having an outer diameter O1, a predetermined thickness D1, and a width W1;
Hub 120 having an outer diameter (O2) and a predetermined thickness (D2) in the center of the rim 110 and
Optical axis vertical flexure of the reflector for telescopes, characterized in that for connecting the rim (110) and the hub (120) comprises a plurality of connecting rods 130 having a predetermined thickness (D3).
상기 허브(120)의 외주연에는 원주방향으로 보강부(140)가 더 구비됨을 특징으로 하는 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서.
The method according to claim 1,
The optical axis vertical flexure of the reflector for a telescope, characterized in that the outer circumferential edge of the hub 120 is further provided in the circumferential direction.
상기 림(110), 허브(120), 연결대(130) 및 보강부(140)는 일체형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 망원경용 반사경의 광축 수직방향 플렉서.
The method according to claim 1,
The rim 110, the hub 120, the connecting table 130 and the reinforcing portion 140 is an optical axis vertical flexure of the telescope reflector, characterized in that formed in one piece.
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KR1020100136472A KR101172456B1 (en) | 2010-12-28 | 2010-12-28 | Lateral Flexure of Mirror Assembly for Telescope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101172456B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5110195A (en) | 1990-03-14 | 1992-05-05 | Massachusetts Institute Of Technology | High bandwidth steering mirror |
-
2010
- 2010-12-28 KR KR1020100136472A patent/KR101172456B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5110195A (en) | 1990-03-14 | 1992-05-05 | Massachusetts Institute Of Technology | High bandwidth steering mirror |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20120074590A (en) | 2012-07-06 |
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