一种反射镜面形自适应热调节结构的制作方法

本发明属于光学元件温度适应性安装结构，具体涉及一种反射镜面形自适应热调节结构。

背景技术：

1、光学元件需要极高的面形精度，但光学元件的工作环境往往存在温度变化，这将导致光学元件的面形产生变化，而面形的恶化一部分来自光学元件自身的热胀冷缩，另一部分则由与之连接或接触的结构件的热胀冷缩施加的力引起，总之光学元件在传统的安装结构下不能在温度变化过程中保持或针对性地调节自身的面形。由于金属反射镜具有无色差等优势，其使用愈发广泛，且随着超精加工手段的进步，金属反射镜在复杂曲面制造上的优势也使得其应用日益频繁。但对于反射镜尤其是金属反射镜在温变条件下的面形控制，目前已有的方法是利用压电陶瓷等驱动装置主动改变面形，这种方法虽然可以调节反射镜的形状，但其需要运动输入，并且需要实时监测反射镜面形变化并进行极高的控制，因此存在成本高、可靠性差等问题，同时因体积限制驱动装置一般不能产生大的驱动力，导致该种方法只能调节很薄的反射镜，致使其使用范围受限。而在被动调节方法中，可以使用热膨胀系数很低的金属作为反射镜材料，但即使该方法能够使反射镜自身拥有很小的热变形量，但仍然无法克服例如基板等结构件对反射镜产生的热应力影响，且低热膨胀系数的金属材料往往很难加工，并不适合用于制造金属反射镜。因此目前还缺乏温变条件下简单可靠且适用面广的被动式反射镜面形调节结构。

技术实现思路

1、为了针对性地克服现有反射镜面形调节装置存在的驱动力不足、需要实时监测与复杂控制、成本高昂，以及安装结构存在的材料受限、无法克服结构件影响等不足，本发明提出了一种能够产生足够顶拉力、能够自动调节无需干预、适用面广且可不受结构件热变形影响、设计难度低、可靠性高的被动式反射镜面形自适应热调节结构。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：

3、一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于，包括反射镜、支架以及基板，所述反射镜与所述支架连接，该连接可以是固定连接也可以是活动连接，所述支架安装在所述基板上；所述支架具有不同的热膨胀系数，能够在温度变化过程中结合自身的分布与形状尺寸等参数即通过自身热变形量的不同为所述反射镜提供顶和拉等方向不同的力，以调节反射镜的面形。

4、进一步地，所述支架为刚性支架，所述支架与所述反射镜的连接面为刚性接触，所谓刚性即支架不存在局部明显的削弱而成为挠性支架，而连接面为刚性接触则指连接面之间没有垫片等弹性元件也没有局部削弱结构存在，所述刚性支架和刚性接触可使所述支架对所述反射镜直接施加调节力，而不存在明显的变形行为，使调节更加精准并降低设计难度，使得力是发挥调节作用而非被动适应零件之间热变形的不一致。

5、进一步地，还包括限位件，所述限位件安装在所述支架上，所述限位件用于限制所述反射镜在相应方向的位移，所述限位件可用于限制除所述支架已限制的自由度以外的任何一个或多个自由度，并可以与所述支架配合对所述反射镜施加下压力。

6、进一步地，所述限位件为刚性结构件，其与所述反射镜的连接面为刚性接触，所述刚性结构件与刚性接触同所述支架的刚性类似，所述限位件整体或局部采用与所述反射镜相同或相近热膨胀系数的材料，这样便可使得所述限位件不会因与所述反射镜的热变形量存在较大差别而出现挤压所述反射镜或者与所述反射镜分离而丧失限位作用。

7、进一步地，所述限位件和所述支架同时与所述反射镜接触的面均为平面，且所述平面的方向与所述支架对所述反射镜的调节力的方向垂直，所述支架和所述限位件允许所述反射镜在垂直于所述支架对所述反射镜的调节力的方向自由形变和位移，通过该种结构形式，便可使得所述反射镜只受到所述支架和所述限位件的调节，而不受其他方向因热膨胀量不一致而引起的结构件的约束，从而使面形调节更准确的同时降低设计难度。

8、进一步地，所述基板与所述反射镜的热膨胀系数相同或相近，这样可使得所述基板与所述反射镜在垂直于所述调节力方向的热变形量不会出现明显的不一致从而通过支架影响反射镜的面形。

9、进一步地，所述支架与所述基板中的其一或两者采用不同热膨胀系数的材料进行拼接，该种方式可使所述支架与所述基板产生新的热膨胀系数，进而增加材料的可选范围。

10、进一步地，所述支架可沿垂直于所述支架对所述反射镜的调节力的方向产生微小变形，所述微小变形垂直所述调节力使得其不会影响所述支架对所述反射镜的调节作用，也不会影响所述支架的刚性，但该微小变形使得支架可以适应所述基板与所述反射镜在垂直于所述调节力方向的变形量的不一致。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果有：

12、一种反射镜面形自适应热调节结构，该结构通过对反射镜布置不同热膨胀系数的支架，借助不同热膨胀系数的支架在温度变化过程中热变形量的差异而对反射镜产生作用力来调节反射镜的面形，以此实现反射镜在温变情况下的面形自适应效果，且支架、限位件、反射镜以及反射镜基板构成刚性系统，同时实现反射镜与基板之间热变形的解耦而从原理上极大降低了本结构的设计难度，并提升了结构的可靠性与实用性。相较于传统反射镜单纯的安装结构与主动调节装置，本结构可以实现反射镜在温变环境下面形的自动调节，而无需任何主动驱动装置，同时不受结构件热变形影响，且通过刚性系统以及热变形解耦等方式极大降低了结构的设计难度并提升了结构的可靠性和适用性，能够克服现有反射镜安装装置或结构存在的驱动力不足、需要实时监测与复杂控制、材料受限以及无法克服结构件影响等问题。

技术特征：

1.一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于，包括反射镜（1）、支架以及基板（2），所述反射镜（1）与所述支架连接，所述支架安装在所述基板（2）上；所述支架具有不同的热膨胀系数，能够在温度变化过程中为所述反射镜（1）提供不同方向的力，以调节反射镜（1）的面形。

2.根据权利要求1所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：所述支架为刚性支架，所述支架与所述反射镜（1）的连接面为刚性接触。

3.根据权利要求2所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：还包括限位件（5），所述限位件（5）安装在所述支架上，所述限位件（5）用于限制所述反射镜（1）的位移。

4.根据权利要求3所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：所述限位件（5）为刚性结构件，其与所述反射镜（1）的连接面为刚性接触，所述限位件（5）整体或局部采用与所述反射镜（1）相同或相近热膨胀系数的材料。

5.根据权利要求4所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：所述限位件（5）和所述支架同时与所述反射镜（1）接触的面均为平面，且所述平面的方向与所述支架对所述反射镜（1）的调节力的方向垂直，所述支架和所述限位件（5）允许所述反射镜（1）在垂直于所述支架对所述反射镜（1）的调节力的方向自由形变和位移。

6.根据权利要求1所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：所述基板（2）与所述反射镜（1）的热膨胀系数相同或相近。

7.根据权利要求1所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：所述支架与所述基板（2）中的其一或两者采用不同热膨胀系数的材料进行拼接。

8.根据权利要求1所述的一种反射镜面形自适应热调节结构，其特征在于：所述支架可沿垂直于所述支架对所述反射镜（1）的调节力的方向产生微小变形。

技术总结一种反射镜面形自适应热调节结构，该结构通过对反射镜布置不同热膨胀系数的支架，借助不同热膨胀系数的支架在温度变化条件下对反射镜的顶、拉作用来调节反射镜的面形，以此实现反射镜在温变情况下的面形自适应效果，且支架、反射镜以及反射镜基板构成刚性系统，同时实现反射镜与基板之间热变形的解耦而从原理上极大降低了结构的设计难度，并提升了结构的可靠性与实用性；相较于传统反射镜单纯的安装结构或主动调节结构，本结构可以实现反射镜在温变环境下面形的自动调节，而无需任何主动驱动装置，且通过刚性系统以及热变形解耦等方式从原理上极大降低了结构的设计难度并提升了结构的可靠性和实用性。技术研发人员：徐思华,袁斌,曾德,邓家权,尹相原,陈振毅,安宗胤,于新辰受保护的技术使用者：徐德富技术研发日：技术公布日：2024/5/12