【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及深低溫透鏡安裝，具體指一種光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構及實現方法，它適用于要求快速降溫和冷光學低溫光機結構組裝。
技術介紹
1、為了更好地滿足深空星體、和空間低能量目標的紅外探測需求，高靈敏度、低噪音是必然的發展趨勢。冷光學技術是實現這一目標探測的有效手段之一。冷光學技術是把紅外光學系統光學元件和探測器放置在后光路組件(冷箱/杜瓦)中，通過深低溫冷源將光學元件和探測器的溫度降低到使用溫度，從而有效抑制了光學元件及其支撐結構的熱輻射和雜散光對探測性能的影響，極大限度地減小了背景噪音。與此同時，隨著動目標、弱目標探測的發展，光機系統的快速降溫需求也逐漸呈現出來，在某些紅外探測載荷的觀測中，系統要求在短的時間內將低溫光機系統冷卻到要求的溫度，以達到在短時間內降低儀器背景，同時實現弱目標探測。
2、公告號為cn103389554b的中國專利技術專利公開了一種支撐高度可調式光學元件多點支撐結構，其方案是多個柔性支撐組件均布固定在鏡框內部圓周面上，光學元件設置在多個柔性支撐組件上，柔性支撐組件由柔性支撐塊、微分頭和恢復力彈簧組成，微分頭固定在柔性支撐塊上部,恢復力彈簧固定在柔性支撐塊上部,且位于正對微分頭的方向。
3、公告號為cn108227111b的中國專利技術專利公開了一種用于降低非球面大口徑中空反射鏡粘接應力的方法，裝配時，主反射鏡與主鏡框通過支撐臺支撐，通過主鏡壓板及壓板橡膠墊進行主鏡輔助定位，通過注膠孔灌膠對主反射鏡進行固定。
4、目前國內透鏡組的專利著重于透鏡組的低
5、光學元件及支撐結構的加工、裝調需要在常溫下進行，而光學元件及支撐結構的實際工作環境卻是在77k-200k范圍，溫度變化達到了200k。通常而言，材料的性能參數如cte(熱線脹系數)、比熱容、折射率等因材料的不同而不同，而且這些性能參數在冷卻過程中呈非線性變化。幾何形狀變化的差異主要歸因于材料的cte不同。它可以引起光學元件的位置誤差以及變形，甚至使光學元件發生破壞。而光學變化差異則不僅受光學元件光學表面幾何形狀變化差異以及光學元件位置變化的影響，還受光學材料折射率變化的影響。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構及實現方法，解決了現有技術著重于透鏡組的低應力安裝結構的創新而對快速降溫如何實現沒有闡述，同時忽略了快速溫度變化，特別是低溫對透鏡組結構影響的缺陷。
2、為實現上述目的，本專利技術的技術方案是：
3、一種光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，包括壓圈、透鏡和透鏡座，透鏡座設置有安裝槽，透鏡設置在安裝槽內；
4、安裝槽內還設置有固定支撐，透鏡設置在固定支撐之上；
5、壓圈呈具有折邊的圓筒狀，其折邊為壓圈透鏡座環面，筒壁為壓圈透鏡環；壓圈插設在安裝槽中，壓圈透鏡座環面架設在安裝柄側壁上表面，壓圈透鏡環壓靠透鏡上表面；
6、壓圈透鏡座環面與安裝槽側壁上表面之間設置環狀的透鏡座環面導熱層，壓圈透鏡環與透鏡之間設置環狀的透鏡環面導熱層。
7、固定支撐呈圓環狀，包括柔性支撐和非柔性支撐，柔性支撐在非柔性支撐上表面間隔設置。
8、壓圈、固定支撐和透鏡座由高熱導材料制成，該材料的熱導率大于150w/(m﹒k)，膨脹系數小于8.6×10-6/k；
9、壓圈透鏡座環面設置通孔，透鏡座壁對應設置有螺孔，壓圏螺釘通過通孔和螺孔將壓圈固定在透鏡座上。
10、透鏡座環面導熱層和透鏡環面導熱層由熱導率大于70w/(m﹒k)的材料制成。
11、透鏡呈凸面型，包括透鏡支撐面和透鏡導熱面，透鏡環面導熱層設置在透鏡導熱面上，透鏡支撐面設置在固定支撐之上。
12、透鏡導熱面的直徑d2的確認方法如下：
13、
14、式中，cv為透鏡的比熱容、m為透鏡的質量、k為透鏡的熱導率、h2為透鏡的厚度、t為透鏡的降溫時間、d1為壓圈的內徑、d3為透鏡的直徑。
15、透鏡座的安裝槽的深度h5等于壓圈的壓圈透鏡環深度h1、透鏡的邊緣厚度h2和固定支撐的厚度h3之和，即h5＝h1+h2+h3。
16、光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構的實現方法，
17、實現方法如下：
18、步驟一，在對中儀下分別將透鏡座環面導熱層和壓圈透鏡座環面、透鏡環面導熱層和壓圈透鏡環膠接對中，固化后待用；
19、步驟二，在對中儀下將固定支撐和透鏡座膠接對中，并固化；
20、步驟三，利用三坐標測出步驟二固化后的固定支撐和透鏡座的形位公差，并用機床精修至光學要求的形位公差，并確保透鏡座的安裝槽的深度h5等于壓圈的壓圈透鏡環深度h1、透鏡的邊緣厚度h2和固定支撐的厚度h3之和；
21、步驟四，將步驟三精修后的固定支撐和透鏡座用丙酮、酒精超聲清洗干凈后，放入烘箱烘干；
22、步驟五，在對中儀下將透鏡放入步驟四處理后的透鏡座的安裝槽中，并對中膠接固化；
23、步驟六，將安裝步驟一固化后的壓圈插入安裝槽中固定在透鏡座上，壓圈將透鏡固定在透鏡座上。
24、壓圈透鏡座環面設置通孔，透鏡座對應設置有螺孔；步驟六，將壓圈插入安裝槽中，壓圈透鏡座環面的通孔和透鏡座上的螺孔對齊，用壓圈螺釘固定；先用4cn力矩固定，再松開用2cn力矩擰緊后退回1/8圈，并將壓圈螺釘及壓圈進行補膠固化。
25、本專利技術針對快速降溫的透鏡安裝結構進行力學和熱學設計，在確保光學基準確保光學精度的前提下，選用高熱導材料作為透鏡座和壓圈的材料選擇，在透鏡的安裝面采用柔性結構并在透鏡的前表面預留熱傳輸壓接面以此實現光學基準與熱傳輸分離，從而實現低應力、快速降溫的透鏡安裝結構。
26、本專利技術的優點在于：1、本專利技術的結構簡單，操作方便，成本低廉；2、本專利技術中透鏡膠接面直徑可以根據降溫時間推算，用以指導透鏡設計；3、本專利技術中壓圈、固定支撐、透鏡座均采用高熱導的材料，同時傳熱界面采用高熱導材料，實現透鏡安裝結構的快速降溫；4、在確保光學基準確保光學精度的前提下，本專利技術的在固定支撐中設置柔性支撐，解決透鏡安裝徑向的抗低溫收縮，可以抵消透鏡在徑向方向上的變形，從而實現透鏡的低應力安裝，避免安裝結構對透鏡光學性能的影響；5、為實現快速降溫，在透鏡的前表面預留熱傳輸壓接面。根據熱流密度、降溫時間和比熱容計算透鏡壓接面的截面積，解決快速降溫的定量可控；6、本專利技術組裝的透鏡組可以適用于80k溫區，也適用于80k以下更低的溫區。
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1.一種光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，包括壓圈(1)、透鏡(4)和透鏡座(6)，透鏡座(6)設置有安裝槽(601)，透鏡(4)設置在安裝槽(601)內；
2.根據權利要求1所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：固定支撐(5)呈圓環狀，包括柔性支撐(501)和非柔性支撐(502)，柔性支撐(501)在非柔性支撐(502)上表面間隔設置。
3.根據權利要求2所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：壓圈(1)、固定支撐(5)和透鏡座(6)由高熱導材料制成，該材料的熱導率大于150W/(m﹒K)，膨脹系數小于8.6×10-6/K；
4.根據權利要求3所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：透鏡座環面導熱層(2)和透鏡環面導熱層(3)由熱導率大于70W/(m﹒K)的材料制成。
5.根據權利要求4所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：透鏡(4)呈凸面型，包括透鏡支撐面(401)和透鏡導熱面(402)，透鏡環面導熱層(3)設置在透鏡導熱面(4
6.根據權利要求5所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：透鏡導熱面(402)的直徑D2的確認方法如下：
7.根據權利要求5所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：透鏡座(6)的安裝槽(601)的深度H5等于壓圈(1)的壓圈透鏡環(102)深度H1、透鏡(4)的邊緣厚度H2和固定支撐(5)的厚度H3之和，即H5＝H1+H2+H3。
8.如權利要求1-7任意一項所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構的實現方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構的實現方法，其特征在于：壓圈透鏡座環面(101)設置通孔(103)，透鏡座(6)對應設置有螺孔(602)；步驟六，壓圈(1)插入安裝槽(601)中，壓圈透鏡座環面(101)的通孔(103)和透鏡座(6)上的螺孔(602)對齊，用壓圈螺釘(7)固定；先用4cn力矩固定，再松開用2cn力矩擰緊后退回1/8圈，并將壓圈螺釘(7)及壓圈(1)進行補膠固化。
...【技術特征摘要】
1.一種光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，包括壓圈(1)、透鏡(4)和透鏡座(6)，透鏡座(6)設置有安裝槽(601)，透鏡(4)設置在安裝槽(601)內；
2.根據權利要求1所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：固定支撐(5)呈圓環狀，包括柔性支撐(501)和非柔性支撐(502)，柔性支撐(501)在非柔性支撐(502)上表面間隔設置。
3.根據權利要求2所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：壓圈(1)、固定支撐(5)和透鏡座(6)由高熱導材料制成，該材料的熱導率大于150w/(m﹒k)，膨脹系數小于8.6×10-6/k；
4.根據權利要求3所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：透鏡座環面導熱層(2)和透鏡環面導熱層(3)由熱導率大于70w/(m﹒k)的材料制成。
5.根據權利要求4所述的光學基準與熱傳輸分離的快速降溫透鏡安裝結構，其特征在于：透鏡(4)呈凸面型，包括透鏡支撐面(401)和透鏡導熱面(402)，透鏡環面導熱層(3)設置在透鏡導熱面(402...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王小坤，陳俊林，曾智江，魏紅軍，于超，趙云，萬順，李雪，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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