CN110018547B - 用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置，该机械被动消热差装置包括平台支撑组件、第一光学元件底座、第二光学元件底座和第一消热差组件，第一光学元件底座设置在平台支撑组件上，第二光学元件底座设置在平台支撑组件上，第一消热差组件设置在第一光学元件底座和第二光学元件底座之间，第一消热差组件包括沿同一轴线方向连接的第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒，在宽温范围内，当温度发生变化时，第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒彼此进行热补偿以保证第一光学元件底座和第二光学元件底座之间的距离不变。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中红外平行光管在大温差变化条件下成像质量差的技术问题。

Description

用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置

技术领域

本发明涉及光学测试的技术领域，尤其涉及一种用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置。

背景技术

红外平行光管以黑体作为辐射源，形成一个特定视场角的无穷远的红外目标来模拟目标的红外信息，主要用于红外成像探测器件的红外探测性能和光学参数的测试，可测的红外探测器参数包括MRTD、MDTD、NETD、均匀性、温度准确性等，其是红外成像探测器件性能参数测试必备的地面红外光学仿真测试设备。

目前红外成像探测器件探测的目标逐渐向深冷空间方向发展，深冷空间目标主要包括人造卫星、空间站、空间飞行器等，它们所处的环境温度在80K左右，而在室温条件下用常温平行光管和常规的测试方法由于热背景噪声等的存在无法满足红外成像探测器件的性能测试要求。因此，以美国为代表的很多国家都建立了以超低温红外平行光管为主要光学部件的超低温红外光学测试系统，可以模拟深空冷背景红外目标，为宽温范围条件下红外探测设备性能测试提供实验支撑，在科学研究和军工武器发展等方面均发挥了非常重要的作用。

在超低温或宽温范围工作的红外平行光管面临的最大技术难题就是红外平行光管的消热差问题。由于工作温度的巨大变化，会导致光管的光机结构发生很大的变化，光学镜面、光学支撑结构、光学元件间隔等的变化会大大影响光管的成像质量，这些都非常不利于红外平行光管的正常工作。

目前，常用的宽温范围红外平行光管消热差技术有电子主动式，电子主动式消热差虽然降低了光学系统的设计难度，但是需要使用驱动装置，此种方式增加了系统的尺寸和重量，并且调节精度要求较高，还会带来杂散辐射，因此会对像质产生影响。

发明内容

本发明提供了一种用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置，能够解决现有技术中红外平行光管在大温差变化条件下成像质量差的技术问题。

本发明提供了一种用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置，机械被动消热差装置包括：平台支撑组件；第一光学元件底座，第一光学元件底座设置在平台支撑组件上；第二光学元件底座，第二光学元件底座设置在平台支撑组件上；第一消热差组件，第一消热差组件设置在第一光学元件底座和第二光学元件底座之间，第一消热差组件包括沿同一轴线方向连接的第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒，在宽温范围内，当温度发生变化时，第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒彼此进行热补偿以保证第一光学元件底座和第二光学元件底座之间的距离不变，宽温范围为50K至300K。

进一步地，第一消热差组件还包括第一负膨胀系数棒锁死机构、第一铟钢棒悬挂机构和第一铟钢棒锁死机构，第一负膨胀系数棒锁死机构和第一铟钢棒悬挂机构均设置在第一光学元件底座上，第一铟钢棒锁死机构设置在第二光学元件底座上，第一负膨胀系数材料棒的一端固定设置在第一负膨胀系数棒锁死机构上，第一负膨胀系数材料棒的另一端与第一铟钢棒的一端固定连接，第一铟钢棒的中部穿设在第一铟钢棒悬挂机构上，第一铟钢棒的另一端固定设置在第一铟钢棒锁死机构上。

进一步地，第一光学元件底座包括靶标底座，第二光学元件底座包括次镜底座，平台支撑组件包括基座和靶标底部支撑机构，靶标底部支撑机构固定设置在基座上，靶标底座设置在靶标底部支撑机构上，次镜底座固定设置在第一铟钢棒锁死机构上，第一负膨胀系数棒锁死机构和第一铟钢棒悬挂机构均固定设置在靶标底座上。

进一步地，靶标底部支撑机构包括四个间隔设置的靶标支撑柱，四个靶标支撑柱结构相同且在平台支撑组件上围成四边形结构，四个靶标支撑柱的一端均与基座固定连接，四个靶标支撑柱的另一端的结构均为球头结构，靶标底座设置在四个靶标支撑柱的另一端上，第一消热差组件同时位于靶标底座和次镜底座的下部。

进一步地，第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒的长度可根据热补偿方程

和L₁+L₂＝L来确定，其中，L₁为第一铟钢棒的长度，L₂为第一负膨胀系数材料棒的长度，CTE为已知第一铟钢棒的线膨胀系数，NTE为已知第一负膨胀系数材料棒的线膨胀系数，L为已知的第一光学元件底座和第二光学元件底座之间的距离。

进一步地，机械被动消热差装置还包括第三光学元件底座和第二消热差组件，第三光学元件底座设置在平台支撑组件上，第二消热差组件设置在第二光学元件底座和第三光学元件底座之间，第二消热差组件和第一消热差组件呈夹角设置，第二消热差组件包括沿同一轴线方向连接的第二铟钢棒和第二负膨胀系数材料棒，在宽温范围内，当温度发生变化时，第二铟钢棒和第二负膨胀系数材料棒彼此进行热补偿以保证第二光学元件底座和第三光学元件底座之间的距离不变。

进一步地，第二消热差组件还包括第二负膨胀系数棒锁死机构、第二铟钢棒悬挂机构和第二铟钢棒锁死机构，第二负膨胀系数棒锁死机构和第二铟钢棒悬挂机构设置在第三光学元件底座上，第二铟钢棒锁死机构设置在平台支撑组件上，第二负膨胀系数材料棒的一端固定设置在第二负膨胀系数棒锁死机构上，第二负膨胀系数材料棒的另一端与第二铟钢棒的一端固定连接，第二铟钢棒的中部穿设在第二铟钢棒悬挂机构上，第二铟钢棒的另一端固定设置在第二铟钢棒锁死机构上。

进一步地，第三光学元件底座包括主镜底座，平台支撑组件还包括主镜底部支撑机构，主镜底部支撑机构固定设置在基座上，主镜底座固定设置在主镜底部支撑机构上，第二负膨胀系数棒锁死机构和第二铟钢棒悬挂机构均固定设置在主镜底座上，第一铟钢棒锁死机构固定设置在第二铟钢棒锁死机构上，且第一铟钢棒锁死机构和第二铟钢棒锁死机构呈夹角设置。

进一步地，主镜底部支撑机构包括四个间隔设置的主镜支撑柱，四个主镜支撑柱结构相同且在平台支撑组件上围成四边形结构，四个主镜支撑柱的一端均与基座固定连接，四个主镜支撑柱的另一端的结构均为球头结构，主镜底座设置在四个主镜支撑柱的另一端上，第二消热差组件同时位于主镜底座和次镜底座的下部。

进一步地，第二铟钢棒和第二负膨胀系数材料棒的长度可根据热补偿方程

和L₁'+L₂'＝L'来确定，其中，L₁'为第二铟钢棒的长度，L₂'为第二负膨胀系数材料棒的长度，CTE'为已知第二铟钢棒的线膨胀系数，NTE'为已知第二负膨胀系数材料棒的线膨胀系数，L'为已知的第二光学元件底座和第三光学元件底座之间的距离。

应用本发明的技术方案，通过在光学元件底座之间设置由第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒组成的第一消热差组件，从而在温度发生很大变化时，第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒能够彼此进行热补偿，即第一铟钢棒产生较小的收缩(膨胀)，第一膨胀系数材料棒产生较小的膨胀(收缩)，以保证两根棒的总长度保持不变，从而使得光学元件间隔几乎保持不变，满足宽温范围(50K至300K)条件下使用的要求。该种方式相对于现有技术而言，通过在光学元件底座间加铟钢棒和负膨胀系数材料棒进行热补偿的方式来保证红外平行光管在宽温度范围内光学元件间隔、空间相对位置保持不变，能够保证光轴的一致性，进而提高红外平行光管的成像质量。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置的第一方向的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置的第二方向的结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置的第三方向的结构示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置的第四方向的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、平台支撑组件；11、基座；12、靶标底部支撑机构；13、主镜底部支撑机构；20、第一光学元件底座；30、第二光学元件底座；40、第一消热差组件；41、第一铟钢棒；42、第一负膨胀系数材料棒；43、第一负膨胀系数棒锁死机构；44、第一铟钢棒悬挂机构；45、第一铟钢棒锁死机构；50、第三光学元件底座；60、第二消热差组件；61、第二铟钢棒；62、第二负膨胀系数材料棒；63、第二负膨胀系数棒锁死机构；64、第二铟钢棒悬挂机构；65、第二铟钢棒锁死机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图4所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置，该机械被动消热差装置包括平台支撑组件10、第一光学元件底座20、第二光学元件底座30和第一消热差组件40，第一光学元件底座20设置在平台支撑组件10上，第二光学元件底座30设置在平台支撑组件10上，第一消热差组件40设置在第一光学元件底座20和第二光学元件底座30之间，第一消热差组件40包括沿同一轴线方向连接的第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42，在宽温范围内，当温度发生变化时，第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42彼此进行热补偿以保证第一光学元件底座20和第二光学元件底座30之间的距离不变，宽温范围为50K至300K。

应用此种配置方式，通过在光学元件底座之间设置由第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒组成的第一消热差组件，从而在温度发生很大变化时，第一铟钢棒和第一负膨胀系数材料棒能够彼此进行热补偿，即第一铟钢棒产生较小的收缩(膨胀)，第一膨胀系数材料棒产生较小的膨胀(收缩)，以保证两根棒的总长度保持不变，从而使得光学元件间隔几乎保持不变，满足宽温范围(50K至300K)条件下使用的要求。该种方式相对于现有技术而言，通过在光学元件底座间加铟钢棒和负膨胀系数材料棒进行热补偿的方式来保证红外平行光管在宽温度范围内光学元件间隔、空间相对位置保持不变，能够保证光轴的一致性，进而提高红外平行光管的成像质量。

进一步地，在本发明中，为了实现第一消热差组件40与第一光学元件底座20和第二光学元件底座30的固定连接，可将第一消热差组件40配置为还包括第一负膨胀系数棒锁死机构43、第一铟钢棒悬挂机构44和第一铟钢棒锁死机构45，第一负膨胀系数棒锁死机构43和第一铟钢棒悬挂机构44均设置在第一光学元件底座20上，第一铟钢棒锁死机构45设置在第二光学元件底座30上，第一负膨胀系数材料棒42的一端固定设置在第一负膨胀系数棒锁死机构43上，第一负膨胀系数材料棒42的另一端与第一铟钢棒41的一端固定连接，第一铟钢棒41的中部穿设在第一铟钢棒悬挂机构44上，第一铟钢棒41的另一端固定设置在第一铟钢棒锁死机构45上。此处所说的中部是指第一铟钢棒41的除去两个端部以外的任一位置，第一铟钢棒悬挂机构44可将第一铟钢棒41悬挂设置在第一光学元件底座20和第二光学元件底座30的下部。

具体地，在本发明中，第一负膨胀系数材料棒42的一端通过第一负膨胀系数棒锁死机构43固定设置在第一光学元件底座20的底部下方，第一负膨胀系数材料棒42的另一端与第一铟钢棒41的一端紧贴且用低温胶粘接并保持轴向一致，第一铟钢棒41的另一端通过第一铟钢棒锁死机构45固定设置在第二光学元件底座30底部下方。

进一步地，在本发明中，第一光学元件底座20包括靶标底座，第二光学元件底座30包括次镜底座，平台支撑组件10包括基座11和靶标底部支撑机构12，靶标底部支撑机构12固定设置在基座11上，靶标底座设置在靶标底部支撑机构12上，次镜底座固定设置在第一铟钢棒锁死机构45上，第一负膨胀系数棒锁死机构43和第一铟钢棒悬挂机构44均固定设置在靶标底座上。

作为本发明的一个具体实施例，靶标底部支撑机构包括四个间隔设置的靶标支撑柱，四个靶标支撑柱结构相同且在平台支撑组件10上围成四边形结构，四个靶标支撑柱的一端均与基座11固定连接，四个靶标支撑柱的另一端的结构均为球头结构，靶标底座设置在四个靶标支撑柱的另一端上，第一消热差组件40同时位于靶标底座和次镜底座的下部。

应用此种配置方式，靶标底座设置在四个靶标支撑柱的另一端的球头结构上，当温度降低(升高)时，平台支撑组件10产生收缩(膨胀)，同时第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42分别产生收缩(膨胀)和膨胀(收缩)，收缩和膨胀的量可以通过热补偿公式计算加以控制，保证两根棒子总的长度变化量为零，由于靶标底座是直接放置在支撑机构上，靶标底座和次镜底座之间的空间相对位置由于第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42的热补偿保持不变，从而达到机械被动消热差的效果。

在本发明中，第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42的长度可根据热补偿方程

和L₁+L₂＝L来确定，其中，L₁为第一铟钢棒41的长度，L₂为第一负膨胀系数材料棒42的长度，CTE为已知第一铟钢棒41的线膨胀系数，NTE为已知第一负膨胀系数棒的线膨胀系数，L为已知的第一光学元件底座20和第二光学元件底座30之间的距离。

进一步地，在本发明中，机械被动消热差装置还包括第三光学元件底座50和第二消热差组件60，第三光学元件底座50设置在平台支撑组件10上，第二消热差组件60设置在第二光学元件底座30和第三光学元件底座50之间，第二消热差组件60和第一消热差组件40呈夹角设置，第二消热差组件60包括沿同一轴线方向连接的第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62，在宽温范围内，当温度发生变化时，第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62彼此进行热补偿以保证第二光学元件底座30和第三光学元件底座50之间的距离不变。

应用此种配置方式，通过在光学元件底座之间设置由第二铟钢棒和第二负膨胀系数材料棒组成的第二消热差组件，从而在温度发生很大变化时，第二铟钢棒和第二负膨胀系数材料棒能够彼此进行热补偿，即第二铟钢棒产生较小的收缩(膨胀)，第二膨胀系数材料棒产生较小的膨胀(收缩)，以保证两根棒的总长度保持不变，从而使得光学元件间隔几乎保持不变，满足宽温范围(50K至300K)条件下使用的要求。

进一步地，在本发明中，为了实现第二消热差组件60分别与第三光学元件底座50和第二光学元件底座30的固定连接，可将第二消热差组件60配置为还包括第二负膨胀系数棒锁死机构63、第二铟钢棒悬挂机构64和第二铟钢棒锁死机构65，第二负膨胀系数棒锁死机构63和第二铟钢棒悬挂机构64设置在第三光学元件底座50上，第二铟钢棒锁死机构65设置在平台支撑组件10上，第二负膨胀系数材料棒62的一端固定设置在第二负膨胀系数棒锁死机构63上，第二负膨胀系数材料棒62的另一端与第二铟钢棒61的一端固定连接，第二铟钢棒61的中部穿设在第二铟钢棒悬挂机构64上，第二铟钢棒61的另一端固定设置在第二铟钢棒锁死机构65上。此处所说的中部是指第二铟钢棒61的除去两个端部以外的任一位置，第二铟钢棒悬挂机构64可将第二铟钢棒61悬挂设置在第三光学元件底座50和第二光学元件底座30的下部。

具体地，在本发明中，第二负膨胀系数材料棒62的一端通过第二负膨胀系数棒锁死机构63固定设置在第三光学元件底座50的底部下方，第二负膨胀系数材料棒62的另一端与第二铟钢棒61的一端紧贴且用低温胶粘接并保持轴向一致，第二铟钢棒61的另一端通过第二铟钢棒锁死机构65固定设置在第二光学元件底座30底部下方。

进一步地，在本发明中，第三光学元件底座50包括主镜底座，平台支撑组件10还包括主镜底部支撑机构13，主镜底部支撑机构13固定设置在基座11上，主镜底座固定设置在主镜底部支撑机构13上，第二负膨胀系数棒锁死机构63和第二铟钢棒悬挂机构64均固定设置在主镜底座上，第一铟钢棒锁死机构45固定设置在第二铟钢棒锁死机构65，且第一铟钢棒锁死机构45和第二铟钢棒锁死机构65呈夹角设置。

作为本发明的一个具体实施例，主镜底部支撑机构13包括四个间隔设置的主镜支撑柱，四个主镜支撑柱结构相同且在平台支撑组件10上围成四边形结构，四个主镜支撑柱的一端均与基座11固定连接，四个主镜支撑柱的另一端的结构均为球头结构，主镜底座设置在四个主镜支撑柱的另一端上，第二消热差组件60同时位于主镜底座和次镜底座的下部。

应用此种配置方式，主镜底座设置在四个主镜支撑柱的另一端的球头结构上，当温度降低(升高)时，平台支撑组件10产生收缩(膨胀)，同时第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62分别产生收缩(膨胀)和膨胀(收缩)，收缩和膨胀的量可以通过热补偿公式计算加以控制，保证两根棒子总的长度变化量为零，由于主镜底座是直接放置在主镜底部支撑机构13上，主镜底座和次镜底座之间的空间相对位置由于第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62的热补偿保持不变，从而达到机械被动消热差的效果。

在本发明中，第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62的长度可根据热补偿方程

和L₁'+L₂'＝L'来确定，其中，L₁'为第二铟钢棒61的长度，L₂'为第二负膨胀系数材料棒62的长度，CTE'为已知第二铟钢棒61的线膨胀系数，NTE'为已知第二负膨胀系数材料棒62的线膨胀系数，L'为已知的第二光学元件底座30和第三光学元件底座50之间的距离。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图4对本发明的机械被动消热差装置进行详细说明。

如图1至图4所示，作为本发明的一个具体实施例，机械被动消热差装置以次镜部分作为基准点，主镜底座直接放置在主镜底部支撑机构13上，靶标底座直接放置在靶标底部支撑机构12上，其中，次镜基准点由设计时光路决定，第一铟钢棒锁死机构45和第二铟钢棒锁死机构65固定在平台上次镜基准点处，第一铟钢棒锁死机构45和第二铟钢棒锁死机构65之间呈角度设计，第一铟钢棒41和第二铟钢棒61分别由第一铟钢棒锁死机构45和第二铟钢棒锁死机构65角度上下交错固定在次镜基准点，次镜底座固定在第一铟钢棒锁死机构45上。

靶标底座和次镜底座之间固定连接有第一消热差组件40，主镜底座和次镜底座之间固定连接有第二消热差组件60，两根铟钢棒以次镜基准点为基准以设计角度上下交错固定，第一负膨胀系数材料棒42的一端通过第一负膨胀系数棒锁死机构43固定设置在靶标底座的底部下方，第一负膨胀系数材料棒42的另一端与第一铟钢棒41的一端紧贴且用低温胶粘接并保持轴向一致，第一铟钢棒41的另一端通过第一铟钢棒锁死机构45固定设置在次镜底座的底部下方；第二负膨胀系数材料棒62的一端通过第二负膨胀系数棒锁死机构63固定设置在主镜底座的底部下方，第二负膨胀系数材料棒62的另一端与第二铟钢棒61的一端紧贴且用低温胶粘接并保持轴向一致，第二铟钢棒61的另一端通过第二铟钢棒锁死机构65固定设置在次镜底座的底部下方。其中，第一铟钢棒41、第二铟钢棒61、第一负膨胀系数材料棒42和第二负膨胀系数材料棒62的直径均为30mm，长度由热补偿公式计算得出。

平台支撑组件10的材料均为不锈钢，靶标底部支撑机构12和主镜底部支撑机构13均为四个分离的支撑柱，支撑柱顶部由球头结构分别支撑靶标底座和主镜底部，次镜基准点为整个光管基准点，两根铟钢棒以特定角度固定在次镜基准点上，整个平台支撑机构空间大小为1000mm×600mm×50mm。

当温度降低(升高)时，平台支撑组件10产生收缩(膨胀)，第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42分别产生收缩(膨胀)和膨胀(收缩)，收缩和膨胀的量可以通过热补偿公式计算加以控制，保证两根棒子总的长度变化量为零，由于靶标底座是直接放置在支撑机构上，靶标底座和次镜底座之间的空间相对位置由于第一铟钢棒41和第一负膨胀系数材料棒42的热补偿保持不变。与此同时，第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62也分别产生收缩(膨胀)和膨胀(收缩)，收缩和膨胀的量可以通过热补偿公式计算加以控制，保证两根棒子总的长度变化量为零，由于主镜底座是直接放置在主镜底部支撑机构13上，主镜底座和次镜底座之间的空间相对位置由于第二铟钢棒61和第二负膨胀系数材料棒62的热补偿保持不变，从而达到机械被动消热差的效果。

综上所述，本发明的机械被动消热差装置相对于现有技术而言，采用铟钢棒和负膨胀系数材料棒组合的方式，使得温度发生很大变化时两种材料棒能够彼此进行热补偿，即铟钢棒产生较小的收缩(膨胀)，负膨胀系数材料棒产生较小的膨胀(收缩)，保证两根棒的总长度保持不变，从而能够实现宽温范围(50K至300K)红外平行光管光学元件间的机械结构稳定，保证红外平行光管在宽温度范围内光学元件间隔、空间相对位置保持不变。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于宽温范围红外平行光管的机械被动消热差装置，其特征在于，所述机械被动消热差装置包括：

平台支撑组件(10)；

第一光学元件底座(20)，所述第一光学元件底座(20)设置在所述平台支撑组件(10)上；

第二光学元件底座(30)，所述第二光学元件底座(30)设置在所述平台支撑组件(10)上；

第一消热差组件(40)，所述第一消热差组件(40)设置在所述第一光学元件底座(20)和所述第二光学元件底座(30)之间，所述第一消热差组件(40)包括沿同一轴线方向连接的第一铟钢棒(41)和第一负膨胀系数材料棒(42)，在宽温范围内，当温度发生变化时，所述第一铟钢棒(41)和所述第一负膨胀系数材料棒(42)彼此进行热补偿以保证所述第一光学元件底座(20)和所述第二光学元件底座(30)之间的距离不变，所述宽温范围为50K至300K；

所述第一消热差组件(40)还包括第一负膨胀系数棒锁死机构(43)、第一铟钢棒悬挂机构(44)和第一铟钢棒锁死机构(45)，所述第一负膨胀系数棒锁死机构(43)和所述第一铟钢棒悬挂机构(44)均设置在所述第一光学元件底座(20)上，所述第一铟钢棒锁死机构(45)设置在所述第二光学元件底座(30)上，所述第一负膨胀系数材料棒(42)的一端固定设置在所述第一负膨胀系数棒锁死机构(43)上，所述第一负膨胀系数材料棒(42)的另一端与所述第一铟钢棒(41)的一端固定连接，所述第一铟钢棒(41)的中部穿设在所述第一铟钢棒悬挂机构(44)上，所述第一铟钢棒(41)的另一端固定设置在所述第一铟钢棒锁死机构(45)上；

所述第一光学元件底座(20)包括靶标底座，所述第二光学元件底座(30)包括次镜底座，所述平台支撑组件(10)包括基座(11)和靶标底部支撑机构(12)，所述靶标底部支撑机构(12)固定设置在所述基座(11)上，所述靶标底座设置在所述靶标底部支撑机构(12)上，所述次镜底座固定设置在所述第一铟钢棒锁死机构(45)上，所述第一负膨胀系数棒锁死机构(43)和所述第一铟钢棒悬挂机构(44)均固定设置在所述靶标底座上；

所述靶标底部支撑机构包括四个间隔设置的靶标支撑柱，四个所述靶标支撑柱结构相同且在所述平台支撑组件(10)上围成四边形结构，四个所述靶标支撑柱的一端均与所述基座(11)固定连接，四个所述靶标支撑柱的另一端的结构均为球头结构，所述靶标底座设置在四个所述靶标支撑柱的另一端上，所述第一消热差组件(40)同时位于所述靶标底座和所述次镜底座的下部。

2.根据权利要求1所述的机械被动消热差装置，其特征在于，所述第一铟钢棒(41)和所述第一负膨胀系数材料棒(42)的长度可根据热补偿方程

和L₁+L₂＝L来确定，其中，L₁为第一铟钢棒(41)的长度，L₂为第一负膨胀系数材料棒(42)的长度，CTE为已知第一铟钢棒(41)的线膨胀系数，NTE为已知第一负膨胀系数材料棒(42)的线膨胀系数，L为已知的第一光学元件底座(20)和所述第二光学元件底座(30)之间的距离。

3.根据权利要求1所述的机械被动消热差装置，其特征在于，所述机械被动消热差装置还包括第三光学元件底座(50)和第二消热差组件(60)，所述第三光学元件底座(50)设置在所述平台支撑组件(10)上，所述第二消热差组件(60)设置在所述第二光学元件底座(30)和所述第三光学元件底座(50)之间，所述第二消热差组件(60)和所述第一消热差组件(40)呈夹角设置，所述第二消热差组件(60)包括沿同一轴线方向连接的第二铟钢棒(61)和第二负膨胀系数材料棒(62)，在所述宽温范围内，当温度发生变化时，所述第二铟钢棒(61)和所述第二负膨胀系数材料棒(62)彼此进行热补偿以保证所述第二光学元件底座(30)和所述第三光学元件底座(50)之间的距离不变。

4.根据权利要求3所述的机械被动消热差装置，其特征在于，所述第二消热差组件(60)还包括第二负膨胀系数棒锁死机构(63)、第二铟钢棒悬挂机构(64)和第二铟钢棒锁死机构(65)，所述第二负膨胀系数棒锁死机构(63)和所述第二铟钢棒悬挂机构(64)设置在所述第三光学元件底座(50)上，所述第二铟钢棒锁死机构(65)设置在所述平台支撑组件(10)上，所述第二负膨胀系数材料棒(62)的一端固定设置在所述第二负膨胀系数棒锁死机构(63)上，所述第二负膨胀系数材料棒(62)的另一端与所述第二铟钢棒(61)的一端固定连接，所述第二铟钢棒(61)的中部穿设在所述第二铟钢棒悬挂机构(64)上，所述第二铟钢棒(61)的另一端固定设置在所述第二铟钢棒锁死机构(65)上。

5.根据权利要求4所述的机械被动消热差装置，其特征在于，所述第三光学元件底座(50)包括主镜底座，所述平台支撑组件(10)还包括主镜底部支撑机构(13)，所述主镜底部支撑机构(13)固定设置在所述基座(11)上，所述主镜底座固定设置在所述主镜底部支撑机构(13)上，所述第二负膨胀系数棒锁死机构(63)和所述第二铟钢棒悬挂机构(64)均固定设置在所述主镜底座上，所述第一铟钢棒锁死机构(45)固定设置在所述第二铟钢棒锁死机构(65)上，且所述第一铟钢棒锁死机构(45)和所述第二铟钢棒锁死机构(65)呈夹角设置。

6.根据权利要求5所述的机械被动消热差装置，其特征在于，所述主镜底部支撑机构(13)包括四个间隔设置的主镜支撑柱，四个所述主镜支撑柱结构相同且在所述平台支撑组件(10)上围成四边形结构，四个所述主镜支撑柱的一端均与所述基座(11)固定连接，四个所述主镜支撑柱的另一端的结构均为球头结构，所述主镜底座设置在四个所述主镜支撑柱的另一端上，所述第二消热差组件(60)同时位于所述主镜底座和所述次镜底座的下部。

7.根据权利要求6所述的机械被动消热差装置，其特征在于，所述第二铟钢棒(61)和所述第二负膨胀系数材料棒(62)的长度可根据热补偿方程

和L₁'+L₂'＝L'来确定，其中，L₁'为第二铟钢棒(61)的长度，L₂'为第二负膨胀系数材料棒(62)的长度，CTE'为已知第二铟钢棒(61)的线膨胀系数，NTE'为已知第二负膨胀系数材料棒(62)的线膨胀系数，L'为已知的第二光学元件底座(30)和所述第三光学元件底座(50)之间的距离。

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