[发明专利]一种基于阿基米德螺旋线的冷光学自适应热变形补偿结构

说明书

本发明涉及一种基于阿基米德螺旋线的冷光学自适应热变形补偿结构，以解决不同材料光学组件在降温过程中因收缩量不同而引起组件连接处产生变形应力，导致光学元件剧烈变形及位置偏移，影响成像质量的问题。该结构包括环形本体，环形本体包括刚性支撑法兰和连接于刚性支撑法兰内周上的配合安装环，刚性支撑法兰的盘面沿周向分别均匀设置有N个螺旋线单元和N个第一连接孔，N个螺旋线单元与N个第一连接孔间隔分布，且螺旋线单元中心与第一连接孔中心位于刚性支撑法兰的不同周向位置处；螺旋线单元包括第二连接孔和阿基米德螺旋槽，阿基米德螺旋槽以第二连接孔为中心，并满足阿基米德螺旋线方程，从而在刚性支撑法兰上形成阿基米德螺旋线柔性体。

技术领域

本发明涉及一种基于阿基米德螺旋线的冷光学自适应热变形补偿结构。

背景技术

随着红外遥感技术的发展，冷光学红外系统的工作温度越来越低，同时对光学元件面形的要求越来越高。低温光学结构的加工、装配以及运输通常在常温下进行，而实际工作温度可达100K(-173℃)，更有要求严苛的需要达到5K(-268℃)，其温度跨距高达288K，这对支撑结构的温度适应性提出了较高的要求。

为保证在低温环境中光学元件面形要求，不同光学元件采用与之匹配材料制作支撑结构。因不同支撑结构材料的线胀系数和比热容等性能参数均不同，且这些性能参数随温度变化呈非线性变化，因此不同光学组件在降温过程中收缩量不同，导致组件连接处产生巨大变形应力，甚至造成损坏，进而引起光学元件的变形及位置偏移，直接影响低温红外光学系统的成像质量。如何减小乃至消除异种材料光学组件间的温度变形应力是低温红外光学系统结构设计的关键。

目前，国内外对低温红外光学系统主要采用均一性设计，即整个系统选择相同材料进行加工，避免了不同光学组件间的变形差异，然而光学元件材料性能的差异制约了均一性的实现，因此这种方案只适用于金属镜反射系统。另一种方案是设计光学元件与支撑结构间的相对自由度，支撑结构与光学元件不采用固定连接，通过光学元件与支撑结构间的相对移动释放变形应力。这种方案对于光学元件与支撑结构间的配合加工精度要求十分高，对装配也提出了更高挑战，目前难以实现高面形精度。

以上两种方案均无法有效、便捷地实现低温红外光学系统在巨大温差下的高面形精度和低变形应力的要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的低温红外光学系统在巨大温差下，不同材料光学组件在降温过程中因收缩量不同而引起组件连接处产生变形应力，导致光学元件剧烈变形及位置偏移，影响成像质量的问题，而提供了一种基于阿基米德螺旋线的冷光学自适应热变形补偿结构。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于阿基米德螺旋线的冷光学自适应热变形补偿结构，其特殊之处在于：包括环形本体，所述环形本体用于连接支撑两种不同材料的低温光学组件；

所述环形本体包括刚性支撑法兰和连接于刚性支撑法兰内周上的配合安装环；

所述配合安装环用于与第一种材料的低温光学组件配合卡接；

所述刚性支撑法兰的盘面沿周向分别均匀设置有N个螺旋线单元和N个第一连接孔，N个螺旋线单元与N个第一连接孔间隔分布，且螺旋线单元的中心与第一连接孔中心位于刚性支撑法兰的不同圆周方向位置处；N≥3；

所述第一连接孔用于与第一种材料的低温光学组件配合连接；

所述螺旋线单元包括第二连接孔和阿基米德螺旋槽；

所述第二连接孔用于与第二种材料的低温光学组件配合连接；

所述阿基米德螺旋槽以第二连接孔为中心，并满足阿基米德螺旋线方程，从而在刚性支撑法兰上形成阿基米德螺旋线柔性体；所述阿基米德螺旋线柔性体以第二连接孔为中心，并满足阿基米德螺旋线方程。