[发明专利]一种红外冷光学透镜柔性支撑结构及其装配方法

说明书

本发明涉及一种红外冷光学透镜柔性支撑结构及其装配方法。本发明的目的是解决现有低温红外透镜系统存在在巨大温差下，光学元件与支撑结构在降温过程中因收缩量不同而引起光学元件位置偏移，导致光学元件剧烈变形的技术问题，提供一种红外冷光学透镜柔性支撑结构及其装配方法。该柔性支撑结构可将红外冷光学透镜通过第一柔性支撑臂粘接设置于柔性支撑结构上，直接释放透镜变形与热应力，每处法兰连接孔处布置第二柔性支撑结构，二次释放透镜变形与热应力，通过第一柔性支撑臂、第二柔性支撑结构和粘接处共三次柔性结构的应力释放，使光学元件在温度大幅度变化过程中受到的支撑结构拉应力大幅减小。

技术领域

本发明涉及一种光学透镜支撑结构，具体涉及一种红外冷光学透镜柔性支撑结构及其装配方法。

背景技术

高分辨高光谱载荷技术是面向高分载荷对地遥感测绘应用需求而开发的，重点用于获取宽谱段目标的光谱特性及其变化。为了满足对地遥感测绘的红外探测需求，达到高灵敏度、低噪音的应用要求，冷光学红外透射技术是必要手段。

对于冷光学技术红外透射系统而言，光学元件和支撑结构的加工与装配均是在常温下进行，而红外系统实际工作环境为100K，温度变化达173K，因光学元件与支撑结构材料不同，线胀系数和比热容等性能参数均不同，且这些性能参数随温度变化呈非线性变化。其中，因不同材料的线胀系数不同，光学元件与支撑结构在降温过程中的收缩量不同，进而引起光学元件的位置偏移，导致光学元件受温度变化产生变形甚至破坏，直接影响光谱仪的成像质量，如何克服因形变而影响成像质量的问题是研发设计中的关键性挑战。

为解决红外冷光学透镜因加工装配过程和实际工作环境温差大引起的光学元件剧烈变形问题，通常采用以下两种方案：

方案一：寻找与光学元件性能(即线胀系数)相似的材料制做支撑结构，减小相对变形，进而减小光学元件的受力。该方案中低温红外光学系统中光机结构遵循均一性原则，实现了无热化设计。但是，对于透射低温红外光学系统而言，光学元件为玻璃制品，支撑材料基本为金属，与光学元件性能相匹配的材料不易实现，还可能引发刚度过低、重量过大及成本过高等一系列问题，因此，光机结构很难实现该方案中的均一性。

方案二：在光学元件与支撑结构材料不同时，光学元件与支撑结构不固连，设计相对移动自由度，使透镜在轴向和径向均具有自由度，释放温度变化引起光学元件与支撑结构不同变形带来的巨大应力。这种方案为了保证光学要求对光学元件及支撑结构零件的加工精度要求高，同时也给装配过程带来了不便。

总之，以上两种方案均无法有效、便捷地解决低温红外透镜系统在巨大温差下，光学元件与支撑结构在降温过程中因收缩量不同而引起光学元件位置偏移，导致光学元件剧烈变形的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有低温红外透镜系统存在在巨大温差下，光学元件与支撑结构在降温过程中因收缩量不同而引起光学元件位置偏移，导致光学元件剧烈变形的技术问题，提供一种红外冷光学透镜柔性支撑结构及其装配方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种红外冷光学透镜柔性支撑结构，其特殊之处在于：包括一体式柔性支撑单元和N个导向定位销；

柔性支撑单元包括刚性支撑环，连接于刚性支撑环外周上的法兰，N个均匀设置于刚性支撑环内周上的导向定位销孔结构，N个连接相邻导向定位销孔结构的第一柔性支撑臂；

每个导向定位销孔结构的定位销孔朝向待支撑红外冷光学透镜侧为开口状，N个导向定位销均插入定位销孔内且与待支撑红外冷光学透镜相切；

第一柔性支撑臂留有与待支撑红外冷光学透镜的注胶间隙；

法兰上沿圆周均布多个法兰连接孔，每个法兰连接孔周围设置有第二柔性支撑结构；

所述N≥3。