CN113280025B - 一种图像传感器用线胀补偿垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种图像传感器用线胀补偿垫片，涉及精密光学图像传感器领域，解决现有技术中的图像传感器安装中温度应力对连接精度的影响的问题。包括图像传感器基座、安装基板以及线胀补偿连接机构，通过线胀补偿连接机构使图像传感器基座与安装基板之间连接；线胀补偿连接机构至少包括线胀补偿垫片以及连接结构，通过连接结构使图像传感器基座与安装基板之间连接、通过连接结构使线胀补偿垫片顶紧在安装基板上反向于图像传感器基座所在侧；其中通过线胀补偿垫片补偿图像传感器基座、安装基板以及连接结构的温度应变差值。结构简单、安装可靠，能够降低图像传感器安装时由温度引起的应力，确保连接作用力始终保持一致，最终保证图像传感器面形精度。

Description

一种图像传感器用线胀补偿垫片
技术领域
本发明涉及精密光学图像传感器技术领域，特别涉及一种图像传感器用线胀补偿垫片。
背景技术
图像传感器安装在光学系统的焦面位置，为实现清晰成像，要求图像传感器感光面与光学系统的焦平面精确重合。特别对于成像清晰度要求高的大型天文望远镜，由于其焦面面积大、精度要求高，通常对感光面的面形有极严苛的要求。然而图像传感器的安装往往涉及到多种材料，当温度变化时，各部分材料线胀系数不一致导致温度应力，进而影响图像传感器感光面精度。
目前减少温度应力的主要方法有两种，一是在选择材料时采用线胀系数接近的材料，减少相同温度变化下两种材料之间的变形；二是将图像传感器控制在恒温的环境下，部分光学系统采用温控措施保证温度在很小的范围内波动。但是随着航空航天等行业的发展，需要适应的温度范围越来越大，单纯使用材料线胀接近或控温的手段已经逐渐无法大型空间望远镜使用要求。
发明内容
本发明要解决现有技术中的图像传感器安装中温度应力对连接精度的影响的技术问题，提供一种图像传感器用线胀补偿垫片。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种图像传感器用线胀补偿垫片，包括图像传感器基座、安装基板以及线胀补偿连接机构，通过所述线胀补偿连接机构使所述图像传感器基座与所述安装基板之间连接；
所述线胀补偿连接机构至少包括线胀补偿垫片以及连接结构，通过所述连接结构使所述图像传感器基座与所述安装基板之间连接、通过所述连接结构使所述线胀补偿垫片顶紧在所述安装基板上反向于所述图像传感器基座所在侧；
其中通过所述线胀补偿垫片补偿所述图像传感器基座、安装基板以及连接结构的温度应变差值。
优选的，所述连接结构包括安装螺柱以及螺母；
所述安装螺柱一端与所述图像传感器基座之间螺纹连接、另一端与所述螺母之间螺纹配合。
优选的，所述图像传感器基座上设有与所述安装螺柱对应的螺纹孔，所述螺纹孔的数量为多个，所述连接结构的数量与所述螺纹孔的数量一一对应。
优选的，所述安装基板上设有能使所述安装螺柱穿过的安装孔，所述安装孔的数量与所述螺纹孔的数量一一对应。
优选的，所述线胀补偿垫片被夹紧在所述螺母与所述安装基板之间。
优选的，所述线胀补偿垫片为圆环形结构，所述线胀补偿垫片中心处设有使所述安装螺柱穿过的中心孔；
所述线胀补偿垫片上周向开设有多层开槽并形成与所述开槽相邻的轴向梁，多层所述开槽中的每层所述开槽内均连接有至少两个竖直梁；
其中，相邻两层所述开槽上的所述竖直梁之间相互错开分布。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的一种图像传感器用线胀补偿垫片，
本申请公开了一种图像传感器用线胀补偿垫片及其连接方式，重点解决在大面阵图像传感器连接过程中，因温度变化引起的作用力导致图像传感器面形变化的问题。通过调整线胀补偿垫片厚度和线胀系数抵消安装零件之间线胀不一致引起的温度变形，同时降低线胀补偿垫片轴向刚度，最终达到减少连接温度应力的目的，使图像传感器在较大温度范围保持良好的面形精度。综上所述，本装置结构简单、安装可靠，能够降低图像传感器安装时由温度引起的应力，确保连接作用力始终保持一致，最终保证图像传感器面形精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的一种图像传感器用线胀补偿垫片的结构示意图；
图2为本发明的一种图像传感器用线胀补偿垫片的剖视图；
图3为本发明的一种图像传感器用线胀补偿垫片的线胀补偿垫片的结构示意图。
图中的附图标记表示为：
1、图像传感器基座；2、安装基板；3、线胀补偿垫片；4、安装螺柱；5、螺母；6、螺纹孔；7、安装孔；301、中心孔；302、开槽；303、轴向梁；304、竖直梁。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种图像传感器用线胀补偿垫片，包括图像传感器基座1、安装基板2以及线胀补偿连接机构，通过线胀补偿连接机构使图像传感器基座1与安装基板2之间连接；
线胀补偿连接机构至少包括线胀补偿垫片3以及连接结构，通过连接结构使图像传感器基座1与安装基板2之间连接、通过连接结构使线胀补偿垫片3顶紧在安装基板2上反向于图像传感器基座1所在侧；
其中通过线胀补偿垫片3补偿图像传感器基座1、安装基板2以及连接结构的温度应变差值。
具体的，通过线胀补偿连接机构使图像传感器基座1与安装基板2之间连接，继而通过将图像传感器安装在图像传感器基座1上，并通过图像传感器基座1安装在安装基板2上。其中线胀补偿连接机构中连接结构主要使图像传感器基座1与安装基板2以及线胀补偿垫片3之间连接固定，并通过线胀补偿垫片3补偿图像传感器基座1、安装基板2以及连接结构的温度应变差值。
进一步的，本实施例中，带有线胀补偿垫片3的图像传感器连接中，图像传感器基座1、安装基板2以及连接结构的结构尺寸和材料均已确定，相应的线胀系数和尺寸无法改变，通过选择线胀补偿垫片3材料和设计厚度，使温度引起的图像传感器基座1、安装基板2以及连接结构等连接件之间的应变差值尽量小。
重点解决在大面阵图像传感器连接过程中，因温度变化引起的作用力导致图像传感器面形变化的问题。通过调整线胀补偿垫片3厚度和线胀系数抵消安装零件之间线胀不一致引起的温度变形，同时降低线胀补偿垫片3轴向刚度，最终达到减少连接温度应力的目的，使图像传感器在较大温度范围保持良好的面形精度。
综上所述，本装置结构简单、安装可靠，能够降低图像传感器安装时由温度引起的应力，确保连接作用力始终保持一致，最终保证图像传感器面形精度。
进一步的，连接结构包括安装螺柱4以及螺母5；
安装螺柱4一端与图像传感器基座1之间螺纹连接、另一端与螺母5之间螺纹配合。
进一步的，图像传感器基座1上设有与安装螺柱4对应的螺纹孔6，螺纹孔6的数量为多个，连接结构的数量与螺纹孔6的数量一一对应。具体的，多个连接结构均匀分布使图像传感器基座1和安装基板2之间进行连接使连接受力均匀，连接更稳定。
进一步的，安装基板2上设有能使安装螺柱4穿过的安装孔7，安装孔7的数量与螺纹孔6的数量一一对应。
进一步的，线胀补偿垫片3被夹紧在螺母5与安装基板2之间。
进一步的，线胀补偿垫片3为圆环形结构，线胀补偿垫片3中心处设有使安装螺柱4穿过的中心孔301；
线胀补偿垫片3上周向开设有多层开槽302并形成与开槽302相邻的轴向梁303，多层开槽302中的每层开槽302内均连接有至少两个竖直梁304；
其中，相邻两层开槽302上的竖直梁304之间相互错开分布。
具体的，通过设计开槽302的层数和连接竖直梁304的轴向梁303厚度，可以设计线胀补偿垫片3的轴向刚度k，使线胀补偿垫片3具有弹性垫的性质。根据作用力计算公式F＝kΔl，当温度引起的安装螺柱4和图像传感器基座1、安装基板2之间的应变差值Δl确定时，降低刚度k同样可以达到减少温度变化应力的目的。
具体的，本实施例中，带有线胀补偿垫片3的图像传感器连接中，图像传感器基座1上安装螺柱4拧入深度为x1，图像传感器基座1线胀系数为α1；安装基板2厚度为x2，线胀系数为α2；安装后线胀补偿垫片3厚度为x3，线胀系数为α3；安装螺柱4线胀系数为α4，长度为x1+x2+x3。当温度变化Δt时，对应的温度应变差值为：
Δl＝(x1+x2+x3)α4Δt-x1α1Δt-x2α2Δt-x3α3Δt
设计中图像传感器基座1、安装基板2结构尺寸和材料均已确定，相应的x1、x2、α1、α2无法改变，安装螺柱4一般选择殷钢材料，线胀系数α4也为定值，通过选择线胀补偿垫片3材料和设计厚度x3，使温度引起的安装螺柱4和图像传感器基座1、安装基板2之间的应变差值尽量小。
另一方面通过在线胀补偿垫片3圆周方向上开槽的方式，降低线胀补偿垫片3轴向刚度k，根据作用力计算公式F＝kΔl，当温度引起的安装螺柱4和图像传感器基座1、安装基板2之间的应变差值Δl确定时，降低刚度k同样可以达到减少温度变化应力的目的。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种图像传感器用线胀补偿垫片，其特征在于，包括图像传感器基座(1)、安装基板(2)以及线胀补偿连接机构，通过所述线胀补偿连接机构使所述图像传感器基座(1)与所述安装基板(2)之间连接；
所述线胀补偿连接机构至少包括线胀补偿垫片(3)以及连接结构，通过所述连接结构使所述图像传感器基座(1)与所述安装基板(2)之间连接、通过所述连接结构使所述线胀补偿垫片(3)顶紧在所述安装基板(2)上反向于所述图像传感器基座(1)所在侧；
其中通过所述线胀补偿垫片(3)补偿所述图像传感器基座(1)、安装基板(2)以及连接结构的温度应变差值；
所述连接结构包括安装螺柱(4)以及螺母(5)；
所述安装螺柱(4)一端与所述图像传感器基座(1)之间螺纹连接、另一端与所述螺母(5)之间螺纹配合；
所述线胀补偿垫片(3)被夹紧在所述螺母(5)与所述安装基板(2)之间；
所述线胀补偿垫片(3)为圆环形结构，所述线胀补偿垫片(3)中心处设有使所述安装螺柱(4)穿过的中心孔(301)；
所述线胀补偿垫片(3)上周向开设有多层开槽(302)并形成与所述开槽(302)相邻的轴向梁(303)，多层所述开槽(302)中的每层所述开槽(302)内均连接有至少两个竖直梁(304)；
其中，相邻两层所述开槽(302)上的所述竖直梁(304)之间相互错开分布。
2.根据权利要求1所述的一种图像传感器用线胀补偿垫片，其特征在于，所述图像传感器基座(1)上设有与所述安装螺柱(4)对应的螺纹孔(6)，所述螺纹孔(6)的数量为多个，所述连接结构的数量与所述螺纹孔(6)的数量一一对应。
3.根据权利要求2所述的一种图像传感器用线胀补偿垫片，其特征在于，所述安装基板(2)上设有能使所述安装螺柱(4)穿过的安装孔(7)，所述安装孔(7)的数量与所述螺纹孔(6)的数量一一对应。
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