CN107991747B - 一种光学系统无热化机械装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学系统无热化机械装置，所述装置包括：主镜光机组合装置、场镜光机组合装置和不锈钢机械支架，所述主镜光机组合装置和场镜光机组合装置相对地分别结合固定在所述不锈钢机械支架的两端，其特征在于，所述装置还包括殷钢顶杆，所述殷钢顶杆的一端固定连接在所述主镜光机组合装置上，另一端通过间隔调节差动螺纹筒固定连接在所述场镜光机组合装置与所述顶杆固定端支撑座相对应的位置上。本发明的光学系统无热化机械装置通过在主镜光机组合装置和场镜光机组合装置之间设置热膨胀系数很小的殷钢顶杆支撑，在温度降至100K时，保证两者之间的距离几乎不变，从而保证了主镜与场镜之间的距离几乎不变，从而保证了整个光学系统的像质。

Description

一种光学系统无热化机械装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种光学系统无热化机械装置。
背景技术
光学系统的无热化设计是通过设计光学零件、镜座和结构来补偿温度的变化，从而保证一套光学系统在温度变化时仍能保证光学性能稳定。通常光学系统中所使用的无热化设计主要分为两种，主动式无热化设计和被动式无热化设计。主动式无热化设计是利用温度传感器自动探测温度，将探测的温度信息传给处理器，由处理器实时计算出温度变化引起的像面位移，而由电机驱动消热元件到达正确的位置。被动式无热化设计又包括光学被动式和机械被动式，光学被动式是利用光学材料热特性之间的差异，通过不同特性材料的组合来消除温度的影响，在较短温度范围内保持像质稳定。机械被动式是通过利用两种不同膨胀系数的机械元件以可靠方式进行自然膨胀和收缩来获得运动。显然，被动式无热化设计由于没有运动元件，不需要供电，能够使系统可靠简化。对于在100K真空低温冷舱里工作的大型光学系统而言，由于低温的限制，光学系统全部由反射镜组成，光线不进入光学元件的内部，从而避免了材料内部的光线特性(折射率)在温度变化范围大时对像质的影响。另外，所有光学系统中的光学元件与结构元件都用同一种材料制造，当温度降低时，整个光学系统都按相同的比例收缩，它的成像质量和焦面位置保持不变。但是，对于光路较长的大型光学系统来讲，采用上述被动式无热化设计只能保证单个光学元件的性能，不能保证光学元件之间的距离不变。
通常在100K低温冷舱中采用热膨胀系数较低的不锈钢材料做支架来支撑大型光学系统，光学元件之间的距离较长(大于3.9米)，当温度从300K变化到100K时，不锈钢支架将发生形变，使得光学元件之间的距离变化从而对整个光学系统像质产生影响。如果采用热膨胀系数更低的殷钢材料替代不锈钢做机械支架，将使系统造价大大增加。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种光学系统无热化机械装置，解决在100K到300K温度下，大型光学系统中尽管光学元件之间距离变化仍能保证整个系统像质的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种光学系统无热化机械装置，所述装置包括：主镜光机组合装置、场镜光机组合装置和不锈钢机械支架，所述主镜光机组合装置和场镜光机组合装置相对地分别结合固定在所述不锈钢机械支架的两端，所述装置还包括殷钢顶杆，所述殷钢顶杆的一端固定连接在所述主镜光机组合装置上，另一端通过间隔调节差动螺纹筒固定连接在所述场镜光机组合装置相对应的位置上。
优选地，所述主镜光机组合装置在靠近所述不锈钢机械支架的一端，且靠近所述场镜光机组合装置的一侧结合固定有顶杆固定端支撑座；所述殷钢顶杆的一端通过所述顶杆固定端支撑座固定连接在所述主镜光机组合装置上。
优选地，所述不锈钢机械支架上还设置有支撑所述殷钢顶杆的顶杆辅助支撑座。
更优选地，所述顶杆辅助支撑座包括支撑座底座和支撑座顶盖；所述支撑座底座结合固定在不锈钢机械支架上；所述所述支撑座底座和支撑座顶盖连接固定以后形成一圆环，以供殷钢顶杆穿过。
更优选地，所述殷钢顶杆穿过所述顶杆辅助支撑座的位置套有聚四氟乙烯隔热套管。
优选地，所述殷钢顶杆包括通过连接套筒固定连接的多段。
优选地，所述顶杆辅助支撑座包括分布在所述不锈钢机械支架上的多个。
本发明的有益效果
本发明的光学系统无热化机械装置通过在主镜光机组合装置和场镜光机组合装置之间设置热膨胀系数很小的殷钢顶杆支撑，在温度降至100K时，保证两者之间的距离几乎不变，从而保证了主镜与场镜之间的距离几乎不变，从而保证了整个光学系统的像质。
附图说明
图1为本发明一种实施方式光学系统无热化机械装置的示意图
图2为顶杆辅助支撑座的示意图
附图标记说明：1-主镜光机组合装置，2-场镜光机组合装置，3-不锈钢机械支架，4-殷钢顶杆，5-连接套筒，6-顶杆辅助支撑座，61-支撑座底座，62-支撑座顶盖，63-，7-顶杆固定端支撑座，8-间隔调节差动螺纹筒，9-聚四氟乙烯隔热套管。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据以上发明的内容做出一些非本质的改进和调整。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，一种光学系统无热化机械装置，所述装置包括：主镜光机组合装置1、场镜光机组合装置2和不锈钢机械支架3，所述主镜光机组合装置1和场镜光机组合装置2相对地分别结合固定在所述不锈钢机械支架3的两端，所述装置还包括殷钢顶杆4，在本优选实施例中，所述主镜光机组合装置1在靠近所述不锈钢机械支架3的一端，且靠近所述场镜光机组合装置2的一侧结合固定有顶杆固定端支撑座7；所述殷钢顶杆4的一端固定连接在所述顶杆固定端支撑座7上，另一端通过间隔调节差动螺纹筒8固定连接在所述场镜光机组合装置2与所述顶杆固定端支撑座7相对应的位置上；所述不锈钢机械支架3上还设置有支撑所述殷钢顶杆4的顶杆辅助支撑座6；所述顶杆辅助支撑座6包括支撑座底座61和支撑座顶盖62；所述支撑座底座61结合固定在不锈钢机械支架3上；所述支撑座底座61和支撑座顶盖62连接固定以后形成一圆环，以供殷钢顶杆4穿过。优选地，所述殷钢顶杆4穿过所述顶杆辅助支撑座6的位置套有聚四氟乙烯隔热套管9；以起到隔热保护的作用。当温度降低至100K过程中，所述不锈钢机械支架3收缩，所述殷钢顶杆4受到压力，顶杆辅助支撑座6对所述殷钢顶杆4的径向具有限制，以保证殷钢顶杆4受到压力时不会向上或向下拱起，同时所述殷钢顶杆4在顶杆辅助支撑座6中可以左右微动，当不锈钢机械支架3和殷钢顶杆4由于热膨胀系数不同收缩程度不一致时，多段连接的殷钢顶杆4可以受力均匀，以更好的支撑不锈钢机械支架3，尽量抵消其收缩变量，使得主镜光机组合装置1和场镜光机组合装置2之间的距离变化减小。
本优选实施例中，所述殷钢顶杆4包括通过连接套筒5固定连接的多段，可以减少降温收缩时的应力。如图1所示，有四段殷钢顶杆4通过三个连接套筒5连接在一起。
本优选实施例中，所述顶杆辅助支撑座6包括分布在所述不锈钢机械支架3上的多个；如图1所示，优选地，不锈钢机械支架3上均匀分布6个顶杆辅助支撑座6。
在本发明的实施例中，各部件之间可通过螺钉等方式进行结合固定。
在常温装调时，通过旋转间隔调节差动螺纹筒8将主镜光机组合装置1与场镜光机组合装置2的间隔调整至合适的尺寸；当降温到100K时，主镜光机组合装置1与场镜光机组合装置2之间的距离会缩小，但由于被热膨胀系数很小的殷钢顶杆支撑，仍然能保证两。

Claims (5)

1.一种光学系统无热化机械装置，所述装置包括：主镜光机组合装置、场镜光机组合装置和不锈钢机械支架，所述主镜光机组合装置和场镜光机组合装置相对地分别结合固定在所述不锈钢机械支架的两端，其特征在于，所述装置还包括殷钢顶杆，所述殷钢顶杆的一端固定连接在所述主镜光机组合装置上，另一端通过间隔调节差动螺纹筒固定连接在所述场镜光机组合装置相对应的位置上；
所述主镜光机组合装置在靠近所述不锈钢机械支架的一端，且靠近所述场镜光机组合装置的一侧结合固定有顶杆固定端支撑座；所述殷钢顶杆的一端通过所述顶杆固定端支撑座固定连接在所述主镜光机组合装置上；
所述不锈钢机械支架上还设置有支撑所述殷钢顶杆的顶杆辅助支撑座。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顶杆辅助支撑座包括支撑座底座和支撑座顶盖；所述支撑座底座结合固定在不锈钢机械支架上；所述支撑座底座和支撑座顶盖连接固定以后形成一圆环，以供殷钢顶杆穿过。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述殷钢顶杆穿过所述顶杆辅助支撑座的位置套有聚四氟乙烯隔热套管。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述殷钢顶杆包括通过连接套筒固定连接的多段。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顶杆辅助支撑座包括分布在所述不锈钢机械支架上的多个。
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