CN112558262A - 一种消除附加内应力的光学窗口 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除附加内应力的光学窗口。本发明在窗口玻璃和压圈间增加刚性调整圈，在全温工作范围内实现了光学窗口各组成零件尺寸变化量差值为零，消除温度变化时，由于光学零件与机械零件材料的线膨胀系数不同而产生的附加内应力。窗口玻璃和壳体间无需涂粘接剂，无需对粘接剂进行选型和反复进行试验，拆解工艺简单，无需用特制溶剂浸泡或清洗去掉粘接剂，同时，窗口玻璃和壳体间无需涂粘接剂，整体刚性连接，避免了在冲击和振动过程中因粘接剂受力变形导致窗口玻璃产生位移，抗冲击和抗振特性好。

Description

一种消除附加内应力的光学窗口
技术领域
本发明涉及光学仪器技术领域，具体涉及一种消除附加内应力的光学窗口。
背景技术
任何光学仪器都是由一些光学零件和机械零件所组成，而光学零件组成的光学系统不能离开机械结构而独立成为一个实用性的光学仪器，必须用机械零件把光学零件连接固紧起来。光学窗口一般由壳体、光学玻璃和连接件所组成，通常是把光学玻璃装入带有螺纹的壳体中，然后用制有螺纹的压圈拧入壳体，将光学玻璃压紧。由于光学窗口各组成零件材料的厚度尺寸和线膨胀系数不同，在高低全温工作范围下光学窗口各组成零件尺寸变化量不相等，会产生附加内应力。为了确保光学系统的成像质量，应尽量减小或消除上述附加内应力，常用方法是去掉压圈，用粘接剂将光学玻璃粘接在壳体上，但由于粘接剂要在全温范围内、冲击和振动等力学环境下满足粘接强度，粘接剂选型困难，需要反复进行试验。光学玻璃粘接在壳体后，拆解工艺复杂，需要用特制溶剂浸泡或清洗去掉粘接剂，甚至需要进行破坏性拆解。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种消除附加内应力的光学窗口，在窗口玻璃和压圈间增加刚性调整圈，在全温工作范围内实现了光学窗口各组成零件尺寸变化量差值为零，消除温度变化时，由于光学零件与机械零件材料的线膨胀系数不同而产生的附加内应力。
本发明的消除附加内应力的光学窗口，包括壳体、窗口玻璃和压圈，窗口玻璃通过压圈安装在壳体上；其特征在于，还包括刚性调整圈；所述调整圈位于压圈和窗口玻璃之间；
壳体、窗口玻璃、调整圈的尺寸和线膨胀系数满足如下关系：
(L1×A1)-(L2×A2)-(L3×A3)＝0
其中，L3为调整圈的厚度，L2为窗口玻璃的厚度，L1为壳体与窗口玻璃的接触面和调整圈与压圈的接触面之间的距离；A1、A2、A3分别为壳体、窗口玻璃和调整圈的线膨胀系数。
较优的，窗口玻璃为圆形结构；壳体内壁设有圆环面，用于安装窗口玻璃；压圈和调整圈为环形结构。
较优的，所述压圈外壁设有螺纹，与壳体内部设置的螺纹相配合。
较优的，窗口玻璃为非金属材料；壳体、螺纹压圈和调整圈为金属材料；壳体和压圈的材料一样，调整圈与壳体的材料不一样。
较优的，壳体和螺纹压圈为铁碳合金，调整圈为有色金属合金。
较优的，窗口玻璃采用氟化镁或石英材料，壳体、压圈采用钢或不锈钢材料，调整圈采用钛合金、铝合金或镁合金材料。
有益效果：
(1)在窗口玻璃和螺纹压圈间增加刚性调整圈，在全温工作范围内实现了光学窗口各组成零件尺寸变化量差值为零，消除温度变化时，由于光学零件与机械零件材料的线膨胀系数不同而产生的附加内应力。
(2)窗口玻璃和壳体间无需涂粘接剂，无需对粘接剂进行选型和反复进行试验，拆解工艺简单，无需用特制溶剂浸泡或清洗去掉粘接剂。
(3)窗口玻璃和壳体间无需涂粘接剂，整体刚性连接，避免了在冲击和振动过程中因粘接剂受力变形导致窗口玻璃产生位移，抗冲击和抗振特性好。
附图说明
图1为本发明消除附加内应力的光学窗口结构示意图。
其中，1-壳体，2-窗口玻璃，3-螺纹压圈，4-调整圈。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种消除附加内应力的光学窗口，如图1所示，包括壳体1、窗口玻璃2、螺纹压圈3和调整圈4；其中，壳体1内壁有一处圆环面，还有一处圆环面上加工有螺纹，窗口玻璃2通过螺纹压圈3安装在壳体1上，调整圈4位于螺纹压圈3和窗口玻璃2之间，壳体1与窗口玻璃2的接触面到调整圈4与螺纹压圈3的接触面的距离为L1；窗口玻璃2为圆形结构，窗口玻璃2有两个端面，一个端面与壳体1接触，另一个端面与调整圈4接触，窗口玻璃2的两个端面平行且距离为L2；螺纹压圈3和调整圈4均为环形结构，调整圈4有两个端面，一个端面与窗口玻璃2接触，另一个端面与螺纹压圈3接触，调整圈的两个端面平行且距离为L3；
壳体1、窗口玻璃2和调整圈4的尺寸和线膨胀系数满足如下关系：
(L1×A1)-(L2×A2)-(L3×A3)＝0(1)
从上述关系式可得，窗口玻璃2、调整圈4的尺寸与线膨胀系数乘积之和，与壳体1的尺寸与线膨胀系数乘积相等，上述三者的尺寸与线膨胀系数相互匹配，且上述三者的尺寸与线膨胀系数乘积相互抵消为零。单位温度变化下壳体1、窗口玻璃2、调整圈4尺寸变化量相互抵消为零，在高低全温工作范围下光学窗口各组成零件尺寸变化量的差值为零，消除温度变化引起的附加内应力。
其中，窗口玻璃2为可透光波的非金属材料，优选氟化镁或石英材料。
壳体1和螺纹压圈3为金属材料，可为铁碳合金，优选钢或不锈钢材料。壳体和螺纹压圈的材料一样。
调整圈4为金属材料，与壳体和螺纹压圈的材料不一样；可选有色金属合金，优选钛合金、铝合金或镁合金材料。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种消除附加内应力的光学窗口，包括壳体(1)、窗口玻璃(2)和压圈(3)，窗口玻璃(2)通过压圈(3)安装在壳体(1)上；其特征在于，还包括刚性调整圈(4)；所述调整圈(4)位于压圈(3)和窗口玻璃(2)之间；
壳体(1)、窗口玻璃(2)、调整圈(4)的尺寸和线膨胀系数满足如下关系：
(L1×A1)-(L2×A2)-(L3×A3)＝0
其中，L3为调整圈(4)的厚度，L2为窗口玻璃(2)的厚度，L1为壳体与窗口玻璃的接触面和调整圈与压圈的接触面之间的距离；A1、A2、A3分别为壳体(1)、窗口玻璃(2)和调整圈(3)的线膨胀系数。
2.如权利要求1所述的消除附加内应力的光学窗口，其特征在于，窗口玻璃为圆形结构；壳体内壁设有圆环面，用于安装窗口玻璃；压圈和调整圈为环形结构。
3.如权利要求1或2所述的消除附加内应力的光学窗口，其特征在于，所述压圈(3)外壁设有螺纹，与壳体内部设置的螺纹相配合。
4.如权利要求1所述的消除附加内应力的光学窗口，其特征在于，窗口玻璃为非金属材料；壳体、螺纹压圈和调整圈为金属材料；壳体和压圈的材料一样，调整圈与壳体的材料不一样。
5.如权利要求1或4所述的消除附加内应力的光学窗口，其特征在于，壳体和螺纹压圈为铁碳合金，调整圈为有色金属合金。
6.如权利要求5所述的消除附加内应力的光学窗口，其特征在于，窗口玻璃采用氟化镁或石英材料；壳体、压圈采用钢或不锈钢材料；调整圈采用钛合金、铝合金或镁合金材料。
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