CN109752818B - 一种渥拉斯顿棱镜的固装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，是根据渥拉斯顿棱镜热膨胀系数的方向性，选取镜座的材料及渥拉斯顿棱镜与镜座之间的粘接点，再进行灌胶固装。本发明解决了在不同方向上具有不同热膨胀系数的光学镜片，因高低温条件下镜片与镜座之间差分膨胀或者收缩带来的应力破坏镜片的问题。
Description
技术领域
本发明属于光学镜片装配技术领域，具体涉及一种渥拉斯顿棱镜的固装方法。
背景技术
使用于空间环境的光学仪器在进行光学镜片固装设计时，需考虑镜片和其安装的金属镜座粘接处的应力问题。目前研究较多主要有三种应力源，即固化过程中粘结剂的收缩、将镜片拉离镜座的加速度外力以及高低温条件下差分膨胀与收缩。对于第一种应力主要是通过选择收缩率小的粘接剂来减小。第二种应力在存在加速度的条件下是普遍存在的，但对于质量小的镜片来说，相比其他两种应力属于小量级，可以忽略不计。减小第三种应力的方法主要是通过镜片和镜座之间的热匹配来实现。通常情况下，光学镜片的材料为各向同性，在各个方向上的热膨胀系数相等，寻找合适热膨胀系数的金属材料制成的镜座，在任意方向使用合适的粘接剂进行固装即可。但对于各向异性的材料的光学镜片，应关注镜座材料和粘接点的选取。渥拉斯顿棱镜是一种由两块晶体光轴相互垂直的天然方解石胶合制成的双折射偏光器件，它的材料在垂直于光轴和平行于光轴方向的热膨胀系数存在接近5倍的差异。因此，对于渥拉斯顿棱镜的固装，若所选镜座材料的热膨胀系数不合适，或所选粘接点的方向不合适，都会存在因高低温条件下镜片与镜座之间差分膨胀或者收缩带来的应力而破坏镜片的问题。
发明内容
为解决类似渥拉斯顿棱镜的两个方向热膨胀系数差异较大的光学镜片在固装时因高低温条件差分膨胀和收缩带来的应力问题，本发明提供了一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，可适用于在不同方向热膨胀系数差异很大的光学镜片的安装固定。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，所述渥拉斯顿棱镜是由两块方解石胶合而成的长方体结构；在两块方解石上，与两块方解石的胶合界面相临的四个面为固装面，其余两个分别位于两块方解石上的、相互平行的面分别为入光面和出光面；每个方解石的四个固装面中，其中两个为矩形固装面、两个为梯形固装面；两块方解石的晶体光轴相互垂直，且皆平行于入光面和出光面；其特点在于：将所述渥拉斯顿棱镜固装在镜座上的方法，包括如下步骤：
(1)确定渥拉斯顿棱镜热膨胀系数的方向：
令光轴方向垂直于梯形固装面、平行于矩形固装面的方解石为第一方解石，令光轴方向垂直于矩形固装面、平行于梯形固装面的方解石为第二方解石；根据两方解石的光轴方向，确定两方解石在平行于光轴方向和垂直于光轴方向的热膨胀系数；
(2)选取镜座材料：
选用钛合金或铝合金材料作为镜座的制作材料；
(3)确定两方解石与镜座的粘接点：
若选用钛合金作为镜座的制作材料，则：在第一方解石上，在与其光轴相垂直的两个梯形固装面上选择合适位置，作为第一方解石与镜座的粘接点；在第二方解石上，在与其光轴相垂直的两个矩形固装面上选择合适位置，作为第二方解石与镜座的粘接点；
若选用铝合金作为镜座的制作材料，则：在第一方解石上，在与其光轴相平行的两个矩形固装面上选择合适位置，作为第一方解石与镜座的粘接点；在第二方解石上，在与其光轴相平行的两个梯形固装面上选择合适位置，作为第二方解石与镜座的粘接点；
(4)制作镜座
用所选择的镜座材料制作所需形状的镜座，并根据所确定的粘接点，在镜座的相应位置开设灌胶孔；
(5)灌胶固装：
将渥拉斯顿棱镜安装在镜座中，然后从灌胶孔处注入硅橡胶作为粘接剂，进行灌胶固定，从而完成渥拉斯顿棱镜在镜座上的固装。
优选的，所述镜座包括镜座本体，在所述镜座本体的中心开设有上下贯通的方形腔，用于容纳渥拉斯顿棱镜；平行于所述方形腔的四个面各设置有一个弹片；所述弹片与所述镜座本体一体化设置，各弹片和与其平行的镜座本体的内壁之间形成夹缝；在各弹片上开设有灌胶孔，在所述镜座本体的相应位置也开设有灌胶孔；
固装时，将所述渥拉斯顿棱镜放入所述镜座本体的方形腔内，并位于四个弹片之间，然后从灌胶孔处注入硅橡胶，从而使渥拉斯顿棱的所选固装面固定在相应弹片上。
进一步优选的，所述弹片为简支梁结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明解决了在不同方向上具有不同热膨胀系数的光学镜片，因高低温条件下镜片与镜座之间差分膨胀或者收缩带来的应力破坏镜片的问题。
2、本发明的镜座在粘接方向上的弹性设计，能有效减小因粘接剂固化收缩和加速度条件下带来的应力破坏镜片的问题。
附图说明
图1为本发明渥拉斯顿棱镜的示意图；
图2(a)和(b)为本发明渥拉斯顿棱镜不同方向的光轴示意图；
图3为本发明镜座的示意图；
图4(a)和(b)为本发明中渥拉斯顿棱镜与镜座配合后，在不同方向上的示意图；
图中标号：1为镜座本体；2为方形腔；3为渥拉斯顿棱镜；31为第一方解石；32为第二方解石；4为弹片；5为灌胶孔；6胶层。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例公开了一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，如图1所示，渥拉斯顿棱镜是由两块方解石胶合而成的长方体结构；在两块方解石上，与两块方解石的胶合界面相临的四个面为固装面，其余两个分别位于两块方解石上的、相互平行的面分别为入光面和出光面；每个方解石的四个固装面中，其中两个为矩形固装面、两个为梯形固装面；两块方解石的晶体光轴相互垂直，且皆平行于入光面和出光面；
将所述渥拉斯顿棱镜固装在镜座上的方法，包括如下步骤：
(1)确定渥拉斯顿棱镜热膨胀系数的方向：
如图2所示，令光轴方向垂直于梯形固装面、平行于矩形固装面的方解石为第一方解石31，令光轴方向垂直于矩形固装面、平行于梯形固装面的方解石为第二方解石32；根据两方解石的光轴方向，确定两方解石在平行于光轴方向和垂直于光轴方向的热膨胀系数；
渥拉斯顿棱镜选用的方解石在平行于晶体光轴方向的热膨胀系数约为25.0*10-6/℃、垂直于晶体光轴方向的热膨胀系数约为5.8*10-6/℃。因此首先需根据两方解石的光轴方向，确定两种热膨胀系数的方向。
(2)选取镜座材料：
选用钛合金或铝合金材料作为镜座的制作材料。
(3)确定两方解石与镜座的粘接点：
若选用钛合金作为镜座的制作材料，则：在第一方解石上，在与其光轴相垂直的两个梯形固装面上选择合适位置，作为第一方解石与镜座的粘接点；在第二方解石上，在与其光轴相垂直的两个矩形固装面上选择合适位置，作为第二方解石与镜座的粘接点；
若选用铝合金作为镜座的制作材料，则：在第一方解石上，在与其光轴相平行的两个矩形固装面上选择合适位置，作为第一方解石与镜座的粘接点；在第二方解石上，在与其光轴相平行的两个梯形固装面上选择合适位置，作为第二方解石与镜座的粘接点；
钛合金材料的热膨胀系数约为7.9*10-6/℃、铝合金材料的热膨胀系数约为23.6*10-6/℃，分别与渥拉斯顿棱镜的两种热膨胀系数相匹配。因此按照上述方法来确认粘接点，可以保证在温度变化时，镜座和镜片等量收缩和膨胀，避免镜座拉裂镜片的风险。
(4)制作镜座
用所选择的镜座材料制作所需形状的镜座，并根据所确定的粘接点，在镜座的相应位置开设灌胶孔。
(5)灌胶固装：
将渥拉斯顿棱镜安装在镜座中，然后从灌胶孔处注入硅橡胶作为粘接剂，进行灌胶固定，从而完成渥拉斯顿棱镜在镜座上的固装。
具体实施时，步骤(3)中，所选粘接点位于相应固装面的中心面积较大区域位置，从而保证合适的粘接面积，以保证粘接牢固性。另外，在粘接过程中应避免胶溢到另一块棱镜上。
具体实施时，镜座结构可以为目前市场上的任意结构，优选采用下述结构；如图3所示，镜座包括镜座本体1，在镜座本体的中心开设有上下贯通的方形腔2，用于容纳渥拉斯顿棱镜3；平行于方形腔的四个面各设置有一个弹片4；弹片4与镜座本体1一体化设置，各弹片和与其平行的镜座本体的内壁之间形成夹缝；在各弹片4上开设有灌胶孔5，在镜座本体1的相应位置也开设有灌胶孔5。其中，弹片4为简支梁结构。
如图4所示，固装时，将渥拉斯顿棱3放入镜座本体的方形腔2内，并位于四个弹片之间，然后从灌胶孔处注入硅橡胶，从而使渥拉斯顿棱的所选固装面固定在相应弹片上。
任何胶在固化过程都会产生应力，并且在使用的过程中一直存在。将镜座上设计柔性弹片的结构，可避免该应力对镜片产生破坏。其中弹片的设计厚度及弹性模量可以根据选用的胶的参数，通过分析计算得出，具体方法可以参照简支梁的弹性模量计算流程。
以上所示仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，所述渥拉斯顿棱镜是由两块方解石胶合而成的长方体结构；在两块方解石上，与两块方解石的胶合界面相临的四个面为固装面，其余两个分别位于两块方解石上的、相互平行的面分别为入光面和出光面；每个方解石的四个固装面中，其中两个为矩形固装面、两个为梯形固装面；两块方解石的晶体光轴相互垂直，且皆平行于入光面和出光面；其特征在于：将所述渥拉斯顿棱镜固装在镜座上的方法，包括如下步骤：
(1)确定渥拉斯顿棱镜热膨胀系数的方向：
令光轴方向垂直于梯形固装面、平行于矩形固装面的方解石为第一方解石，令光轴方向垂直于矩形固装面、平行于梯形固装面的方解石为第二方解石；根据两方解石的光轴方向，确定两方解石在平行于光轴方向和垂直于光轴方向的热膨胀系数；
(2)选取镜座材料：
选用钛合金或铝合金材料作为镜座的制作材料；
(3)确定两方解石与镜座的粘接点：
若选用钛合金作为镜座的制作材料，则：在第一方解石上，在与其光轴相垂直的两个梯形固装面上选择合适位置，作为第一方解石与镜座的粘接点；在第二方解石上，在与其光轴相垂直的两个矩形固装面上选择合适位置，作为第二方解石与镜座的粘接点；
若选用铝合金作为镜座的制作材料，则：在第一方解石上，在与其光轴相平行的两个矩形固装面上选择合适位置，作为第一方解石与镜座的粘接点；在第二方解石上，在与其光轴相平行的两个梯形固装面上选择合适位置，作为第二方解石与镜座的粘接点；
(4)制作镜座
用所选择的镜座材料制作所需形状的镜座，并根据所确定的粘接点，在镜座的相应位置开设灌胶孔；
(5)灌胶固装：
将渥拉斯顿棱镜安装在镜座中，然后从灌胶孔处注入硅橡胶作为粘接剂，进行灌胶固定，从而完成渥拉斯顿棱镜在镜座上的固装。
2.根据权利要求1所述的一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，其特征在于：所述镜座包括镜座本体(1)，在所述镜座本体的中心开设有上下贯通的方形腔(2)，用于容纳渥拉斯顿棱镜(3)；平行于所述方形腔的四个面各设置有一个弹片(4)；所述弹片(4)与所述镜座本体(1)一体化设置，各弹片和与其平行的镜座本体的内壁之间形成夹缝；在各弹片(4)上开设有灌胶孔(5)，在所述镜座本体(1)的相应位置也开设有灌胶孔(5)；
固装时，将所述渥拉斯顿棱镜放入所述镜座本体的方形腔(2)内，并位于四个弹片之间，然后从灌胶孔处注入硅橡胶，从而使渥拉斯顿棱的所选固装面固定在相应弹片上。
3.根据权利要求2所述的一种渥拉斯顿棱镜的固装方法，其特征在于：所述弹片(4)为简支梁结构。
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