CN113655590B - 一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，解决了由于加工装配和实际工作环境温差大引起的光学反射镜剧烈变形，进而直接影响成像质量的问题。本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，包括反射镜基座、反射镜端盖和橡胶块，反射镜基座呈L型，反射镜端盖一侧与所述基座侧支撑的另一端固连，反射镜端盖另一侧向外延伸并与所述基座底座保持平行，该延伸部分安装橡胶块；橡胶块、柔性节以及基座侧支撑之间构成反射棱镜的安装区；反射棱镜的一端与所述柔性节连接，另一端与橡胶块连接，反射棱镜的侧部与所述竖直侧梁连接。

Description

一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构

技术领域

本发明涉及红外冷光学反射棱镜支撑结构，具体涉及一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构。

背景技术

随着红外探测需求的日益增高，红外冷光学技术随之快速发展，而红外光学元件的低温变形是制约红外冷光学技术发展的关键因素之一。为减小红外光学元件仪器体积和重量，因此在光学系统中反射镜的应用必不可少。为满足光学系统折射需求，长条形反射镜被广泛应用。而在冷光学环境中长条形反射镜相对于其他形状的反射镜收缩变形更为剧烈。反射镜的收缩变形一方面表现在自身收缩，一方面为反射镜与自身连接的结构件间的相对变形。

对于空间探测遥感器来说始终无法实现光学元件与支撑结构材料热膨胀系数的统一，导致光学元件与支撑结构材料的热膨胀系数总会有偏差，而且随温度变化，热胀系数呈非线性变化。在降温过程中光学元件和支撑结构件收缩变形量具有差异，使得光学元件承受巨大变形应力。

同时，光学反射镜和反射镜支撑结构的加工与装配在常温下进行，而红外系统实际工作环境在100K(-173℃)甚至更低的温度环境中，加工装配温度与实际工作环境温度变化超过180K。反射镜及支撑结构自身随温度变化变形剧烈。更重要的是反射镜与支撑结构材料不同，其膨胀系数、比热容等性能参数不同，且随温度变化，这些性能参数呈非线性变化。因材料的线胀系数不同，反射镜与支撑结构在降温过程中收缩量不同，在巨大的温度差异情况下易引起光学元件的位置偏移，元件自身发生变形甚至遭到破坏。

目前，国内外对低温红外冷光学系统主要采用均一性设计，从而实现低温红外冷光学系统无热化，所谓的均一性设计即低温红外冷光学系统一般采用同种材料设计加工而成，这样的设计由于整个低温红外冷光学系统选择相同材料进行结构加工，避免了结构件间的因材料性能不同而导致的变形差异。

然而对于复杂光学系统，不同材料的光学元件与支撑结构是必须的，光学元件与支撑材料性能的差异制约了均一性的实现。

目前低温红外冷光学系统的常规装配方式主要采用弹簧压片式结构组合支撑，这种方案保证了光学要求对光学元件及支撑结构零件的加工精度要求高，但是为装配带来不便且无法有效便捷的解决冷光学红外系统在巨大温差下光学反射镜剧烈变形的问题。

发明内容

本发明为解决冷光学中低温红外光学系统，由于加工装配和实际工作环境温差大引起的光学反射镜剧烈变形，进而直接影响成像质量的问题，提出一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构。

一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，其特殊之处在于：包括反射镜基座、柔性节、反射镜端盖以及橡胶块；

反射镜基座呈L型，包括基座侧支撑以及垂直固连于基座侧支撑一端的基座底座；

柔性节包括柔性座以及在柔性座上呈阵列分布的多个柔性件；柔性座安装与基座底座上；

反射镜端盖一侧与所述基座侧支撑的另一端固连，反射镜端盖另一侧向外延伸并与所述基座底座保持平行，该延伸部分安装橡胶块；

橡胶块、柔性节以及基座侧支撑之间构成反射棱镜的安装区；

反射棱镜的一端与所述柔性节连接，另一端与橡胶块接触，反射棱镜的侧部与所述基座侧支撑之间具有空隙。

进一步地，所述反射棱镜柔性节之间采用低温胶粘接的方式固定连接。

进一步地，低温胶采用DW-3胶或DW-4胶或2216低温环氧胶或8217低温环氧胶。

进一步地，所述基座底座背部设有中心支轴孔，中心支轴孔是盲孔。

进一步地，所述基座底座上有设置有外部螺纹孔和定位销钉孔；

所述若干个外部螺纹孔和若干个定位销钉孔平均分布于柔性节两侧，外部螺纹孔和定位销钉孔位于同一圆周上，外部螺纹孔和定位销钉孔所在圆周的圆心与中心支轴孔同轴。

进一步地，所述基座侧支撑的另一端设置有多个端盖螺纹孔，反射镜端盖一侧与所述基座侧支撑的另一端通过多个螺钉与多个端盖螺纹孔配合连接。

进一步地，所述柔性件整体呈镂空的结构，且采用钛合金材料制成。

进一步地，所述柔性件整体为镂空的T字形结构。

进一步地，所述基座底座、柔性节以及基座侧支撑一体成型制作。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用的反射棱镜柔性支撑结构设置有橡胶块和柔性件，橡胶块和柔性件具有强大的形变能力与热传输能力，因此橡胶块和柔性件能够多次直接释放反射镜的变形和热应力。还设置有粘接胶层，粘接胶层也具有强大的形变能力与热传输能力，能够实现热应力释放与抵抗反射棱镜的变形。

(2)本发明所述的超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中的反射棱镜基座底部与螺钉对应的孔洞圆心处设置有中心支轴孔，中心支轴孔用以反射棱镜组件中心定位。

(3)本发明所述的超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中对于不同尺寸的反射棱镜，可以通过调整柔性件的面积和大小来调整反射棱镜的粘接柔性；对不同材料的反射棱镜，可以通过调整柔性壁厚度来调整反射棱镜的粘接柔性，实现不同透镜的变形要求。

(4)本发明所述的柔性节结构采用钛合金材料制作，具有良好的刚度和韧性，可以很好实现柔性结构的加工。

(5)本发明所述的超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构直接与低温红外光学棱镜粘接，减小了柔性支撑结构的加工难度和调试装配难度。

(6)本发明所述的超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构与反射棱镜为不同材料制备，能够适应多种环境，具有较强的适应性。

附图说明

图1为本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构组件示意图；

图2为本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中反射棱镜基座结构图；

图3为本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中反射棱镜基座结构侧视图；

图4为本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中柔性节结构图；

图5为本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中柔性件结构图；

图6为本发明的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中反射镜端盖结构图。

附图标记具体如下：

1.低温红外反射棱镜，2.反射镜基座，3.橡胶块，4.反射镜端盖，5.螺钉，2-1.基座底座，2-2.柔性节，2-3.基座侧支撑，2-4.端盖螺纹孔，2-5.外部螺纹孔，2-6.定位销钉孔，2-7.中心支轴孔，2-2-1.柔性件，2-2-2.柔性座，2-2-1-1.T形孔，2-2-1-2.柔性壁，4-1.反射棱镜压盖，4-2.反射棱镜端盖螺孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，如图1所示，包括低温红外反射棱镜1、反射镜基座2和反射镜端盖4。所述低温红外反射棱镜1由低温玻璃制作，呈长条梯形；所述低温红外反射棱镜1一端与反射镜基座2的一端通过低温胶形成的粘接胶层连接，该粘接胶层能够实现超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构中热应力的释放，低温胶采用DW-3胶、DW-4胶、2216低温环氧胶、8217低温环氧胶；所述反射镜基座2的另一端与反射镜端盖4通过多个螺钉5连接，反射镜端盖4通过橡胶块3与低温红外反射棱镜1另一端隔开，反射镜端盖4通过橡胶块3将低温红外反射棱镜1压紧，橡胶块3还用于释放反射镜的变形与应力；

如图2和图3所示，所述反射镜基座2包括基座底座2-1、柔性节2-2和基座侧支撑2-3；所述基座底座2-1上有设置有外部螺纹孔2-5和定位销钉孔2-6，背部设有中心支轴孔2-7，中心支轴孔2-7是盲孔；所述基座底座2-1与柔性节2-2一体成型，柔性节2-2与低温红外反射棱镜1一端通过低温胶粘接固定；所述基座底座2-1与基座侧支撑2-3一体成型，基座侧支撑2-3顶端上设置有多个端盖螺纹孔2-4，基座侧支撑2-3通过端盖螺纹孔2-4与反射镜端盖4连接。

柔性节2-2两侧均匀分布有若干个外部螺纹孔2-5和若干个定位销钉孔2-6，外部螺纹孔2-5和定位销钉孔2-6位于同一圆周上，外部螺纹孔2-5和定位销钉孔2-6所在圆周的圆心与中心支轴孔2-7同轴。所述超低温红外光学反射棱镜柔性支撑组件通过基座上外部螺纹孔2-5和定位销钉孔2-6与外部结构连接定位。

如图4所示，所述柔性节2-2采用钛合金材料制成，包括柔性件2-2-1和柔性座2-2-2；柔性座2-2-2底面与基座底座2-1连接，柔性座2-2-2上表面呈阵列分布有多个柔性件2-2-1。柔性件2-2-1能够释放反射棱镜的热应力。

如图5所示，柔性件2-2-1整体呈镂空的结构，所述柔性件2-2-1包括T形孔2-2-1-1和柔性壁2-2-1-2；柔性件2-2-1内部设置有T形孔2-2-1-1，柔性壁2-2-1-2完全包裹着T形孔2-2-1-1，柔性壁2-2-1-2释放反射镜的变形和热应力，柔性壁2-2-1-2厚度的不同影响到反射棱镜的粘接柔性，不同的柔性壁2-2-1-2厚度能够实现不同透镜的变形要求。

如图6所示，反射镜端盖4包括反射棱镜压盖4-1和反射棱镜端盖螺孔4-2，反射棱镜压盖4-1上设置有多个与端盖螺纹孔2-4对应的反射棱镜端盖螺孔4-2。

本发明中通过粘接胶层、T形柔性环和橡胶块进行了三次反射棱镜的热应力释放。通过柔性节、粘接胶层和橡胶块组成的柔性结构，解决了冷光学中低温红外光学系统中由于加工装配和实际工作环境温差大引起的反射棱镜剧烈变形问题。对于不同尺寸的反射棱镜，可以通过调整粘接块面积和大小来调整反射棱镜的粘接柔性；对不同材料的反射棱镜，可以通过调整柔性壁厚度来调整反射棱镜的粘接柔性，实现不同透镜的变形要求。

Claims (5)

1.一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，其特征在于：包括反射镜基座（2）、柔性节（2-2）、反射镜端盖（4）以及橡胶块（3）；

反射镜基座（2）呈L型，包括基座侧支撑（2-3）以及垂直固连于基座侧支撑（2-3）一端的基座底座（2-1）；

柔性节（2-2）包括柔性座（2-2-2）以及在柔性座（2-2-2）上呈阵列分布的多个柔性件（2-2-1），所述柔性件（2-2-1）整体为镂空的T字形结构，且采用钛合金材料制成；柔性座（2-2-2）安装于基座底座（2-1）上；

反射镜端盖（4）一侧与所述基座侧支撑（2-3）的另一端固连，反射镜端盖（4）另一侧向外延伸并与所述基座底座（2-1）保持平行，反射镜端盖（4）的延伸部分安装橡胶块（3）；

橡胶块（3）、柔性节（2-2）以及基座侧支撑（2-3）之间构成反射棱镜（1）的安装区；

所述基座底座（2-1）上有设置有外部螺纹孔（2-5）和定位销钉孔（2-6）；

若干个所述外部螺纹孔（2-5）和若干个所述定位销钉孔（2-6）平均分布于柔性节（2-2）两侧，外部螺纹孔（2-5）和定位销钉孔（2-6）位于同一圆周上，外部螺纹孔（2-5）和定位销钉孔（2-6）所在圆周的圆心与中心支轴孔（2-7）同轴；反射棱镜（1）的一端与所述柔性节（2-2）连接，另一端与橡胶块（3）接触，所述反射棱镜（1）与柔性节（2-2）之间采用低温胶粘接的方式固定连接，反射棱镜（1）的侧部与所述基座侧支撑之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，其特征在于：低温胶采用DW-3胶或DW-4胶或2216低温环氧胶或8217低温环氧胶。

3.根据权利要求1所述的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，其特征在于：所述基座底座（2-1）背部设有中心支轴孔（2-7），中心支轴孔（2-7）是盲孔。

4.根据权利要求1所述的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，其特征在于：所述基座侧支撑（2-3）的另一端设置有多个端盖螺纹孔（2-4），反射镜端盖（4）一侧与所述基座侧支撑（2-3）的另一端通过多个螺钉（5）与多个端盖螺纹孔（2-4）配合连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种超低温红外光学反射棱镜柔性支撑结构，其特征在于：所述基座底座（2-1）、柔性节（2-2）以及基座侧支撑（2-3）一体成型制作。

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