[發明專利]一種紅外冷光學透鏡柔性支撐結構及其裝配方法

在審

• 申請號: 202011180324.X
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112269236A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 柯善良;張兆會;武登山;賈昕胤
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B7/02
• 分類號: G02B7/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王楊洋

本發明涉及一種紅外冷光學透鏡柔性支撐結構及其裝配方法。本發明的目的是解決現有低溫紅外透鏡系統存在在巨大溫差下，光學元件與支撐結構在降溫過程中因收縮量不同而引起光學元件位置偏移，導致光學元件劇烈變形的技術問題，提供一種紅外冷光學透鏡柔性支撐結構及其裝配方法。該柔性支撐結構可將紅外冷光學透鏡通過第一柔性支撐臂粘接設置于柔性支撐結構上，直接釋放透鏡變形與熱應力，每處法蘭連接孔處布置第二柔性支撐結構，二次釋放透鏡變形與熱應力，通過第一柔性支撐臂、第二柔性支撐結構和粘接處共三次柔性結構的應力釋放，使光學元件在溫度大幅度變化過程中受到的支撐結構拉應力大幅減小。

技術領域

本發明涉及一種光學透鏡支撐結構，具體涉及一種紅外冷光學透鏡柔性支撐結構及其裝配方法。

背景技術

高分辨高光譜載荷技術是面向高分載荷對地遙感測繪應用需求而開發的，重點用于獲取寬譜段目標的光譜特性及其變化。為了滿足對地遙感測繪的紅外探測需求，達到高靈敏度、低噪音的應用要求，冷光學紅外透射技術是必要手段。

對于冷光學技術紅外透射系統而言，光學元件和支撐結構的加工與裝配均是在常溫下進行，而紅外系統實際工作環境為100K，溫度變化達173K，因光學元件與支撐結構材料不同，線脹系數和比熱容等性能參數均不同，且這些性能參數隨溫度變化呈非線性變化。其中，因不同材料的線脹系數不同，光學元件與支撐結構在降溫過程中的收縮量不同，進而引起光學元件的位置偏移，導致光學元件受溫度變化產生變形甚至破壞，直接影響光譜儀的成像質量，如何克服因形變而影響成像質量的問題是研發設計中的關鍵性挑戰。

為解決紅外冷光學透鏡因加工裝配過程和實際工作環境溫差大引起的光學元件劇烈變形問題，通常采用以下兩種方案：

方案一：尋找與光學元件性能(即線脹系數)相似的材料制做支撐結構，減小相對變形，進而減小光學元件的受力。該方案中低溫紅外光學系統中光機結構遵循均一性原則，實現了無熱化設計。但是，對于透射低溫紅外光學系統而言，光學元件為玻璃制品，支撐材料基本為金屬，與光學元件性能相匹配的材料不易實現，還可能引發剛度過低、重量過大及成本過高等一系列問題，因此，光機結構很難實現該方案中的均一性。

方案二：在光學元件與支撐結構材料不同時，光學元件與支撐結構不固連，設計相對移動自由度，使透鏡在軸向和徑向均具有自由度，釋放溫度變化引起光學元件與支撐結構不同變形帶來的巨大應力。這種方案為了保證光學要求對光學元件及支撐結構零件的加工精度要求高，同時也給裝配過程帶來了不便。

總之，以上兩種方案均無法有效、便捷地解決低溫紅外透鏡系統在巨大溫差下，光學元件與支撐結構在降溫過程中因收縮量不同而引起光學元件位置偏移，導致光學元件劇烈變形的問題。

發明內容

本發明的目的是解決現有低溫紅外透鏡系統存在在巨大溫差下，光學元件與支撐結構在降溫過程中因收縮量不同而引起光學元件位置偏移，導致光學元件劇烈變形的技術問題，提供一種紅外冷光學透鏡柔性支撐結構及其裝配方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術解決方案如下：

一種紅外冷光學透鏡柔性支撐結構，其特殊之處在于：包括一體式柔性支撐單元和N個導向定位銷；

柔性支撐單元包括剛性支撐環，連接于剛性支撐環外周上的法蘭，N個均勻設置于剛性支撐環內周上的導向定位銷孔結構，N個連接相鄰導向定位銷孔結構的第一柔性支撐臂；

每個導向定位銷孔結構的定位銷孔朝向待支撐紅外冷光學透鏡側為開口狀，N個導向定位銷均插入定位銷孔內且與待支撐紅外冷光學透鏡相切；

第一柔性支撐臂留有與待支撐紅外冷光學透鏡的注膠間隙；

法蘭上沿圓周均布多個法蘭連接孔，每個法蘭連接孔周圍設置有第二柔性支撐結構；

所述N≥3。