CN103278904A - 一种真空高精度窗口的实现方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种真空高精度窗口的实现方法及其装置属于光机电工程技术领域，目的在于解决现有技术中真空窗口存在的面形精度低的问题。本发明构建一种阶梯压差式的真空窗口的实现方法，安装座通过螺钉固定到安装接口上，窗口玻璃A通过压圈及密封圈Ａ、密封圈B和密封圈C安装到镜座Ａ上，多个柔性调整旋钮A圆周均布在所述镜座A和所述安装座之间；窗口玻璃B通过压圈及密封圈安装到镜座Ｂ上，金属波纹管Ｂ与镜座Ｂ及镜座A之间采用密封圈进行密封安装，多个柔性调整旋钮B圆周均布在所述镜座A和所述安装座B之间；采用n块窗口玻璃Ａ或窗口玻璃Ｂ连续安装。本发明的高精度真空窗口的实现方法及其装置操作简单、面形精度高、结构简单、方便拆卸和维护。

Description

一种真空高精度窗口的实现方法及其装置

技术领域

本发明属于光机电工程技术领域，尤其涉及一种真空高精度窗口的实现方法及其装置。

背景技术

真空高精度窗口的主要特点是其一面处于真空环境，一面处于大气环境，因此窗口在保证其良好可靠的密封性的基础上，还应保证光学窗口在承受大气压力情况下的面形精度满足系统应用要求；真空窗口在光学设备及其检测设备中应用比较广泛，尤其是在红外镜头、真空镀膜机、真空检测罐、真空状态平行光管等设备中，在高精度的光学检测、光学成像系统中，真空窗口将作为光学系统的一个单元组件，参与到光学系统的误差分配及系统搭建中，因此对其精度要去将会十分严格和苛刻。

现有的真空窗口在实际应用中，一面是真空，另一面是常规大气环境，对于真空窗口组件的压差通常为一个大气压压强。这个压强载荷对于需要高精度面形精度保证的光学元件，将会是一个苛刻的要求。根据平板原理变形公式：

$\mathrm{\δ}=\frac{3}{16}\frac{q}{E}\frac{D^4}{h^3}(1-{\mathrm{\υ}}^2)\frac{5+\mathrm{\υ}}{1+\mathrm{\υ}}$

式中d平板受载下的变形，q为平板所受面载荷，E为杨氏模量，D为镜子直径，h为镜子厚度，υ为泊松比。

可知，平板玻璃在承受面载荷的情况下，其表面变形与口径的四次方成正比，与厚度的三次方成反比。想要达到RMS≤λ/100（λ=632.8nm）的面形精度，对于通光口径为Φ50mm的窗口，须使其厚度达到将近100mm，其径厚比已经远远超出常规设计，并且玻璃材料的折射率和透过率必然会对光学系统成像质量带来影响；同时，现有的真空窗口由于窗口两侧的真空环境的温度和大气环境的温度的差异，影响真空窗口的面形精度，影响光学系统的成像质量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种真空高精度窗口的实现方法及其装置，解决现有技术中真空窗口存在的面形精度低的问题。

为实现上述目的，本发明的一种真空高精度窗口的实现方法包括以下步骤：

步骤一：采用n块窗口玻璃构成光学窗口，所述n块窗口玻璃水平依次设置，使每相邻的两块玻璃之间形成封闭腔；

步骤二：对步骤一中形成的多个封闭腔进行抽真空处理；

步骤三：在经步骤二抽真空处理的多个封闭腔内充入惰性气体，使多个封闭腔内的压力顺次递增。

步骤三中所述的使多个封闭腔内的压力顺次递增具体满足以下要求：与真空相接触的第一块窗口玻璃一面是真空，一面是1/n个大气压；第二块窗口玻璃一面是1/n个大气压，一面是2/n个大气压……第n块窗口玻璃一面是（n-1）/n个大气压，一面是大气环境，即一个大气压强。

所述n的取值范围为n≧2。

基于一种真空高精度窗口的实现方法的实现装置包括窗口玻璃A窗口玻璃B、密封圈Ａ、密封圈Ｂ、密封圈Ｃ、镜座B、金属波纹管B、柔性调整旋钮B、镜座A、金属波纹管Ａ、柔性调节旋钮Ａ、安装座，安装接口；

所述安装座通过螺钉固定到安装接口上，窗口玻璃A通过压圈及密封圈Ａ、密封圈B和密封圈C安装到镜座Ａ上，其中连接用螺钉与压圈之间采用弹簧预紧，金属波纹管Ａ与镜座Ａ及安装座之间采用密封圈进行密封安装，所述m个柔性调整旋钮A圆周均布在所述镜座A和所述安装座之间，所述柔性调整旋钮A可以改变所述镜座A和所述安装座之间的两维倾斜角度与距离；

所述窗口玻璃B通过压圈及密封圈安装到镜座Ｂ上，其中连接用螺钉与压圈之间采用弹簧预紧，金属波纹管Ｂ与镜座Ｂ及镜座A之间采用密封圈进行密封安装，所述p个柔性调整旋钮B圆周均布在所述镜座A和所述安装座B之间，所述柔性调整旋钮B可以改变所述镜座A和所述安装座B之间的两维倾斜角度与距离；

采用n块窗口玻璃Ａ或窗口玻璃Ｂ连续安装。

所述n块窗口玻璃Ａ或窗口玻璃Ｂ之间构成多个封闭腔，所述封闭腔经抽真空处理后填充化学性质稳定的干氮气。

所述n的取值范围为n≧2。

所述每个封闭腔内填充化学性质稳定的干氮气的量具体满足以下条件：与真空相接触的窗口玻璃A一面是真空，一面是1/n个大气压；窗口玻璃B一面是1/n个大气压，一面是2/n个大气压……第n块窗口玻璃一面是（n-1）/n个大气压，一面是大气环境，即一个大气压强。

所述窗口玻璃Ａ和所述窗口玻璃Ｂ均可以在垂直于光轴的平面内进行两维倾斜角度的微调。

所述m的取值范围为：m≧3，所述p的取值范围为：p≧3。

本发明的有益效果为：本发明的高精度真空窗口的实现方法通过引入n块传统径厚比（6～8）的窗口玻璃，采用阶梯压差式的结构形式，提高窗口玻璃的面形精度；通过构造相邻两块窗口玻璃之间的封闭腔，并注入化学性质稳定的干燥氮气，构成良好的隔热层，降低温度差异对窗口玻璃的面形精度的影响；通过对每块窗口玻璃在垂直于光轴方向的平面上的两维倾斜调整，满足光学系统光程差的要求；本发明具有结构简单，不降低系统透过率，并具有单元集成的功能，方便拆卸及维护，适用于需要高精度窗口的真空光学设备。

附图说明

图1为本发明一种真空高精度窗口的实现方法的结构示意图；

其中：1、窗口玻璃A，2、窗口玻璃B，3、密封圈Ａ，4、密封圈Ｂ，5、密封圈Ｃ，6、镜座B，7、金属波纹管B，8、柔性调整旋钮B，9、镜座A，10、金属波纹管Ａ，11、柔性调节旋钮Ａ，12、安装座，13、安装接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例一：一种真空高精度窗口的实现方法包括以下步骤：

步骤一：采用n块窗口玻璃构成光学窗口，所述n块窗口玻璃水平依次设置，使每相邻的两块玻璃之间形成封闭腔；

步骤二：对步骤一中形成的多个封闭腔进行抽真空处理；

步骤三：在经步骤二抽真空处理的多个封闭腔内充入干氮气，使多个封闭腔内的压力顺次递增。

步骤三中所述的使多个封闭腔内的压力顺次递增具体满足以下要求：与真空相接触的第一块窗口玻璃一面是真空，一面是1/n个大气压；第二块窗口玻璃一面是1/n个大气压，一面是2/n个大气压……第n块窗口玻璃一面是（n-1）/n个大气压，一面是大气环境，即一个大气压强。

所述n的取值范围为n≧2。

参见附图1，基于一种真空高精度窗口的实现方法的装置包括窗口玻璃A1、窗口玻璃B2、密封圈Ａ3、密封圈Ｂ4、密封圈Ｃ5、镜座B6、金属波纹管B7、柔性调整旋钮B8、镜座A9，金属波纹管Ａ10、柔性调节旋钮Ａ11、安装座12、安装接口13；

所述安装座12通过螺钉固定到安装接口13上，窗口玻璃A1通过压圈及密封圈Ａ3、密封圈B4和密封圈C5安装到镜座Ａ9上，其中连接用螺钉与压圈之间采用弹簧预紧，金属波纹管Ａ10与镜座Ａ9及安装座12之间采用密封圈进行密封安装，所述3个柔性调整旋钮A11圆周均布在所述镜座A9和所述安装座12之间，所述柔性调整旋钮A11可以改变所述镜座A9和所述安装座12之间的两维倾斜角度与距离；所述窗口玻璃Ａ可以在垂直与光轴的平面内进行两维倾斜角度的微调；

所述窗口玻璃B2通过压圈及密封圈安装到镜座Ｂ6上，其中连接用螺钉与压圈之间采用弹簧预紧，金属波纹管Ｂ7与镜座Ｂ6及镜座A9之间采用密封圈进行密封安装，所述3个柔性调整旋钮B8圆周均布在所述镜座A9和所述安装座B6之间，所述柔性调整旋钮B8可以改变所述镜座A9和所述安装座B6之间的两维倾斜角度与距离；所述窗口玻璃Ｂ均可以在垂直与光轴的平面内进行两维倾斜角度的微调；

采用2块窗口玻璃Ａ1或窗口玻璃Ｂ2连续安装。

所述3块窗口玻璃Ａ1或窗口玻璃Ｂ2之间构成两个封闭腔B和封闭腔C，所述封闭腔B和封闭腔C内抽真空处理后填充化学性质稳定的干氮气。

所述每个封闭腔内填充化学性质稳定的干氮气的量具体满足以下条件：与真空相接触的窗口玻璃A一面是真空腔A，一面是1/2个大气压；窗口玻璃B一面是1/2个大气压，一面是大气环境，即一个大气压强。

所述窗口玻璃Ａ1和所述窗口玻璃Ｂ2均可以在垂直于光轴的平面内进行两维倾斜角度的微调，具体为：通过调节三个柔性调整旋钮A11的不同伸缩长度实现所述窗口玻璃A1在垂直于光轴的平面内进行调节；通过调节三个柔性调整旋钮B8的不同伸缩长度实现所述窗口玻璃B2在垂直于光轴的平面内进行调节。

实施例二：本实施与实施例一的区别在于在抽真空处理的多个封闭腔内充入氖气。

以上为本发明的具体实施方式，但绝非对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种真空高精度窗口的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采用n块窗口玻璃构成光学窗口，所述n块窗口玻璃水平依次设置，使每相邻的两块玻璃之间形成封闭腔；

步骤二：对步骤一中形成的多个封闭腔进行抽真空处理；

步骤三：在经步骤二抽真空处理的多个封闭腔内充入惰性气体，使多个封闭腔内的压力顺次递增。

2.根据权利要求1所述的一种真空高精度窗口的实现方法，其特征在于，步骤三中所述的使多个封闭腔内的压力顺次递增具体满足以下要求：与真空相接触的第一块窗口玻璃一面是真空，一面是1/n个大气压；第二块窗口玻璃一面是1/n个大气压，一面是2/n个大气压……第n块窗口玻璃一面是（n-1）/n个大气压，一面是大气环境，即一个大气压强。

3.根据权利要求1或2所述的一种真空高精度窗口的实现方法，其特征在于，所述n的取值范围为n≧2。

4.根据权利要求1所述的一种真空高精度窗口的实现方法的装置，其特征在于，包括窗口玻璃A（1）窗口玻璃B（2）、密封圈A（3）、密封圈B（4）、密封圈C（5）、镜座B（6）、金属波纹管B（7）、柔性调整旋钮B（8）、镜座A（9）、金属波纹管A（10）、柔性调节旋钮A、安装座（12），安装接口（13）；

所述安装座（12）通过螺钉固定到安装接口（13）上，窗口玻璃A（1）通过压圈及密封圈A（3）、密封圈B（4）和密封圈C（5）安装到镜座A（9）上，其中连接用螺钉与压圈之间采用弹簧预紧，金属波纹管A（10）与镜座A（9）及安装座（12）之间采用密封圈进行密封安装，所述m个柔性调整旋钮A（11）圆周均布在所述镜座A（9）和所述安装座（12）之间，所述柔性调整旋钮A（11）可以改变所述镜座A（9）和所述安装座（12）之间的两维倾斜角度与距离；

所述窗口玻璃B（2）通过压圈及密封圈安装到镜座B（6）上，其中连接用螺钉与压圈之间采用弹簧预紧，金属波纹管B（7）与镜座B（6）及镜座A（9）之间采用密封圈进行密封安装，所述p个柔性调整旋钮B（8）圆周均布在所述镜座A（9）和所述安装座（12）B之间，所述柔性调整旋钮B（8）可以改变所述镜座A（9）和所述安装座（12）B之间的两维倾斜角度与距离；

采用n块窗口玻璃A（1）或窗口玻璃B（2）连续安装。

5.根据权利要求4所述的一种真空高精度窗口的实现方法的装置，其特征在于，所述n块窗口玻璃A（1）或窗口玻璃B（2）之间构成多个封闭腔，所述封闭腔内抽真空处理后填充化学性质稳定的干氮气。

6.根据权利要求4所述的一种真空高精度窗口的实现方法的装置，其特征在于，所述n的取值范围为n≧2。

7.根据权利要求4所述的一种真空高精度窗口的实现方法的装置，其特征在于，所述每个封闭腔内抽真空处理后填充化学性质稳定的干氮气的量具体满足一以下条件：与真空相接触的窗口玻璃A（1）一面是真空，一面是1/n个大气压；窗口玻璃B（2）一面是1/n个大气压，一面是2/n个大气压……第n块窗口玻璃一面是（n-1）/n个大气压，一面是大气环境，即一个大气压强。

8.根据权利要求4所述的一种真空高精度窗口的实现方法的装置，其特征在于，所述窗口玻璃A（1）和所述窗口玻璃B（2）均可以在垂直于光轴的平面内进行两维倾斜角度的微调。

9.根据权利要求4所述的一种真空高精度窗口的实现方法的装置，其特征在于，所述m的取值范围为：m≧3，所述p的取值范围为：p≧3。

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