为了验证RTV566硅橡胶用于航天红外低温镜头的可行性，测试了它的低温力学性能，并开展了基于该胶的试验透镜低温面形测试研究。首先，设计和制作了RTV566硅橡胶拉伸试验件，并通过静力拉伸试验获得了该胶与锗、钛合金的粘接强度及其弹性模量。然后设计并投产了低温透镜试验件。利用RTV566硅橡胶将透镜粘接到镜框内，并在镜框粘接面周围设计柔性结构，且通过ZYGO干涉仪测试透镜的低温面形。拉伸试验结果表明，从常温到180 K时该胶的弹性模量基本没有变化，其平均值约为6 MPa；剪切强度和拉伸强度在从常温到200 K时基本没有变化，到180 K时有一定的增加。透镜组件的低温面形测试结果表明，从常温到200 K时平面面形基本没有变化，其精度优于1/30λ (λ=0.6328m)。这说明卸载结构和RTV566硅橡胶的共同作用很好地卸载了热应力，保证了透镜面形。本文的研究工作表明，RTV566硅橡胶可用于200 K及以上的空间红外低温镜头支撑结构。
航天 低温镜头 红外 RTV566 RTV566 space cryogenic lens infrared
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 同济大学 物理科学与工程学院，上海 200092
在低温环境下镜头结构会产生热变形，对镜头光学传递函数（MTF）及离焦量均会产生影响，从而影响光学成像质量。在此基于某红外遥感器，针对210 K低温工作环境，设计了一套具备热卸载功能的透射式低温镜头。对其建立有限元模型，并加载模拟在轨工作环境温度场，得到热变形数据，最终计算出镜头MTF及离焦量变化，并通过该仿真分析手段对低温镜头结构进行优化设计。低温镜头装调完成后，将低温镜头及其他配合测试设备置于真空罐内，在常温与低温环境条件下，对光学系统MTF及最佳焦面位置进行测试标定。测试结果表明，各项偏差在可接受范围之内，MTF仅变化0.2%，说明使用的低温镜头多场耦合仿真方法是可靠的，能够对红外遥感器低温镜头设计进行指导。
光学设计 低温镜头 仿真 MTF 离焦 测试 optical design cryogenic lens simulation MTF defocusing test 红外与激光工程
2021, 50(5): 20200397
北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室, 北京 100094
低温镜头多用于深空低温环境下对暗弱点目标的探测, 能量集中度是评价该类镜头性能的重要指标。以采用热卸载设计的某红外低温镜头为实验目标, 设计了低温镜头能量集中度测试方案, 并对测试误差进行了分析。该方案采用星点靶标成像, 利用低温精密调焦技术实现对像点的精确采集, 通过高斯曲面拟合计算质心和两次反卷积数据处理, 实现了200 K低温下红外镜头的能量集中度测试。分析了测试系统的误差源并标定了各项误差值, 通过误差和不确定度分析得到了精确的测试结果。实验结果表明, 所述的低温镜头能量集中度测试精度优于7.5%, 具有工程应用价值。
低温镜头 星点成像 能量集中度 误差分析 cryogenic lens point source imaging encircled energy error analysis 红外与激光工程
2019, 48(7): 0717007
