具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型及系统的制作方法

本发明涉及光学，特别是涉及一种具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型及系统。

背景技术：

1、在精密光学测量与成像系统中，镜片支撑结构的机械稳定性与热稳定性直接关系到光学系统的成像质量。现有技术中常采用周向分布的多弹片支撑结构，弹片根部与镜框固定，支撑端通过胶粘方式与镜片贴合。然而这种结构在实际应用中暴露出一些问题：一方面，弹片在承受机械载荷或温度变化带来的热失配应力时，其根部与镜框的连接处以及弹性臂部位容易形成应力集中，长期工作可能导致微裂纹或塑性变形，影响支撑的长期稳定性和镜片的面形保持能力；另一方面，这类弹片通常采用单一不锈钢材料制造，导热系数较低，镜片工作时产生的热量难以有效传导至镜框，容易造成镜片局部温升，进而引发热变形和波前畸变。此外，现有的支撑设计中，机械支撑与热管理往往作为独立的子系统进行考虑，缺乏一种能够将应力分散结构与导热结构进行一体化集成的方案。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

2、根据本申请的第一方面，提供了一种具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，包括：

3、环状镜框，以及沿周向间隔设置于环状镜框内侧的若干弹片；每个弹片包括一体连接的根部固定段、弹性变形段和支撑段；所述根部固定段与所述环状镜框固定连接，所述支撑段用于与镜片支撑面粘接，所述弹性变形段连接于根部固定段与支撑段之间；

4、所述根部固定段与所述弹性变形段之间设置有渐变过渡区，所述渐变过渡区的截面宽度沿弹片长度方向从根部固定段向弹性变形段递减；

5、所述弹性变形段的中部区域开设有应力释放孔，所述应力释放孔为椭圆形，应力释放孔的长轴方向沿弹片长度方向设置；所述弹性变形段的厚度沿长度方向呈梯度变化，且根部厚度大于端部厚度；

6、所述弹片包括一层弹性金属基层以及分别复合于弹性金属基层上下两侧表面的第一导热层和第二导热层，弹性金属基层的材料为不锈钢，第一导热层和第二导热层的材料为铜或铜合金；

7、所述支撑段与所述镜片支撑面之间设置有导热胶粘层，用于减小接触热阻并引导热量进入弹片；

8、所述环状镜框的内侧固定设置有一环形导热收集环，所述环形导热收集环与各弹片的根部固定段导热连接，用于汇集各弹片传导出的热量并向外传递至环状镜框。

9、根据本申请的另一方面，还提供了一种光学系统，包括光学镜片以及如第一方面所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，所述光学镜片的侧面支撑面通过所述导热胶粘层与所述弹片的支撑段粘接固定，且所述导热胶粘层完全覆盖所述支撑段与镜片支撑面之间的配合间隙。

10、本发明至少具有以下有益效果：

11、本发明的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，在单个弹片上设置了截面宽度递减的渐变过渡区、中部椭圆形的应力释放孔以及厚度梯度变化的弹性变形段，这三者配合能够有效降低根部应力集中系数并抑制热失配应力的局部聚集，使弹片在长期使用中保持良好的抗疲劳性能，减少对镜面施加的不均匀约束；同时在材料层级上，弹片采用了不锈钢基层复合两侧铜或铜合金层的多层结构，配合支撑面处的导热胶粘层以及镜框内侧设置的环形导热收集环，构建了从镜片经弹片复合层再经收集环至镜框的低热阻定向导热路径，有效降低了镜片在稳态工作下的温升。这种结构将应力分散与导热功能集成为一个整体，在不需要额外增加散热模块的前提下满足了精密光学系统对结构紧凑性和热管理效能的要求，有助于提升镜片光学面形的长期稳定性。

1.一种具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述渐变过渡区的截面宽度从所述根部固定段向所述弹性变形段呈线性递减，形成递减区域，且该递减区域的长度小于所述弹性变形段的长度。

3.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述椭圆形应力释放孔的长轴与短轴的长度均小于所述弹性变形段在对应位置处的宽度，且所述长轴的长度大于所述短轴的长度。

4.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述弹性变形段的厚度从靠近根部固定段的一端向靠近支撑段的一端呈线性或曲线递减，使弹片靠近镜片支撑面的端部具有最低的径向约束刚度。

5.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述导热胶粘层为环氧树脂基胶粘剂中分散有高导热填料的复合胶体，所述高导热填料选自氮化硼、氧化铝、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种的组合。

6.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述渐变过渡区的截面宽度递减长度与所述弹性变形段的厚度梯度通过以下步骤确定：

7.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述第一导热层和所述第二导热层的厚度通过以下步骤确定：

8.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述环形导热收集环的材质为紫铜或铜合金，所述环形导热收集环与各弹片根部固定段之间通过钎焊或激光焊接方式形成导热连接，且在环形导热收集环与弹片根部固定段的接触面之间填充有导热钎料。

9.根据权利要求1所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，其特征在于，所述弹性金属基层的厚度为0.4mm~0.8mm，所述第一导热层和所述第二导热层的厚度均为0.1mm~0.3mm；且所述弹性金属基层的单层厚度大于任意一侧导热层的单层厚度。

10.一种光学系统，其特征在于，包括光学镜片以及如权利要求1至9任一项所述的具有应力分散与定向导热功能的多弹片支撑构型，所述光学镜片的侧面支撑面通过所述导热胶粘层与所述弹片的支撑段粘接固定，且所述导热胶粘层完全覆盖所述支撑段与镜片支撑面之间的配合间隙。