[发明专利]一种透镜固定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定装置，尤其涉及一种用于低温条件下透镜光学系统的固定装置。

背景技术

目前，在许多成像光学系统中，都采用了透射光学系统。这些光学系统的特点是所用的波段在可见光波段，使用环境在常温常压下。常用的透镜装配方式如图1所示，轴向预紧采用常规压圈20，通过隔圈21将透镜端面稳稳压在镜筒23的内端面上，透镜22和镜筒23之间的间隙靠设计加工保证。如果使用的环境温度变化比较大(从-30℃到+50℃)，一般采用无热化设计，选用的透镜和镜筒材料的热膨胀系数比较接近。

但随着科学探测技术的发展，要求将工作在红外波段的透射光学系统应用到低温环境中，因为在低温下可有效地减小光学系统本身的热辐射，有益于光学系统的红外探测。将透射光学系统应用到低温下就要解决由于降温使透镜和镜筒变形不一致而产生的装配应力问题，同时还需保证低温下光学系统的光轴方向不发生变化，光学性能没有明显变差等。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种用于低温下(零下200℃左右)固定透镜的装置，该装置主要克服了常规透射光学镜筒结构不能适用于低温环境的缺点。

该透镜固定装置主要可以解决透射光学系统常温下装配、低温下使用的难题，保证常温下装配的固定透镜结构在低温下不会发生破坏，使透镜产生变形甚至破碎，保证光轴方向不发生变化，从而保证低温下光学系统的性能。

该装置在轴向和径向的固定方式都采用了弹性结构。轴向固定采用弹性压圈和垫圈，弹性压圈通过垫圈将透镜压在镜座的内端面上。径向固定结构采用了在透镜外圆下端用两个小凸台面支撑，上端用圆柱螺旋压缩弹簧压紧的方式，同时要保证透镜外圆与镜座内筒之间要预留足够的间隙。

所述的径向固定机构包括弹簧、导向杆、螺帽、螺杆以及螺钉，螺杆和镜座上的中心孔对齐，通过螺钉将螺杆固定在镜座上；导向杆插入螺杆和镜座对齐的中心孔中，底端与透镜的外圆接触；弹簧套在导向杆上，通过拧紧螺帽压缩弹簧产生推力推动导向杆压紧透镜。

所用弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧，弹簧两端需打磨平整。

所述导向杆与透镜接触的顶端为半球形，半球上端与半球衔接的一小段圆柱形的端面为支撑圆柱螺旋压缩弹簧下端，半球直径比镜座上端的中心孔直径略小，为间隙配合；导向杆后端为套圆柱螺旋压缩弹簧所用的圆柱形，其直径小于圆柱螺旋压缩弹簧的内径；导向杆的整体长度应小于螺杆上端面到透镜外圆上端之间的距离。

用于将螺杆固定在镜座上的螺钉由4颗圆柱头螺钉组成。

所述的弹性压圈由前端的多圈弹性结构和后端的外螺纹结构组成，每两圈之间由三条筋相连，三条筋在圆周上间隔120度均匀分布，每相邻两圈相连的三条筋又错开60度分布。

透镜外圆与镜座内筒在下端只有两个小凸台面接触，两小凸台面均为圆弧面，与透镜外径相等，在与光轴垂直的截面内，以透镜中心为原点，对称分布与Y轴成45度夹角的方向上，与位于Y轴上端的导向杆一起形成向心稳定结构。

除了透镜和弹簧外，其他结构件全部由同一种金属材料加工而成。

透镜外圆与镜座内筒之间的间隙大小由透镜和镜座两种材料的线膨胀系数和光学系统的工作温度决定。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)由于本发明在轴向设计使用弹性压圈，可以吸收由于温度变化而使透镜与镜座之间产生的装配应力，避免该应力直接作用在透镜上，因此保证透镜在低温下的镜面不会变形；

2)由于本发明在径向设计中，透镜与镜座内筒之间预留足够间隙，防止在低温环境下镜座内筒将透镜挤压变形，甚至压碎；

3)由于本发明在径向方向上透镜外圆面下端与镜座内筒采用两个小凸台弧面接触，并且两个小凸台弧面相对于透镜光轴对称分布，透镜外圆面顶端采用圆柱螺旋压缩弹簧压紧，因此保证透镜在热变形过程中始终结构稳定，并且光轴方向保持不变。

4)由于本发明所用元件数量少，因此该固定装置结构简单，安装方便。

附图说明

图1所示为常温下常规透镜光学系统轴向固定剖面图；

图2所示为本发明的低温用透镜光学系统轴向固定剖面图；

图3所示为本发明的低温用透镜光学系统径向固定剖面图；

图4所示为本发明的弹性压圈轴向及径向剖面图；

图5所示为本发明的弹性压圈三维模型图；

图6所示为本发明低温实验实施光路图；

图7所示为本发明一种实施实验的红外图像；

图8所示为本发明一种实施实验能量集中度三维效果图。