CN112400100A - 分光器、天体望远镜以及分光器的制造方法 - Google Patents

分光器、天体望远镜以及分光器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本公开的分光器具备：第1基材，具有形成有衍射光栅的第1面和作为所述第1面的背面的第2面；第2基材，具有形成有衍射光栅的第3面和作为所述第3面的背面的第4面；保持架，具有盖，所述盖具有与所述第4面对置的第1孔和第2孔，所述保持架将所述第1基材与所述第2基材排列固定；以及固定部件，被配置于所述第2孔，将所述第4面与所述盖连接从而将所述第2基材与所述保持架非接触地固定。

Description

分光器、天体望远镜以及分光器的制造方法
技术领域
本公开涉及分光器、具备分光器的天体望远镜、以及分光器的制造方法。
背景技术
以往，具备具有衍射光栅的基材的分光器被用于天体望远镜。一般地，为了得到高灵敏度且高精度的分光器，需要增大在长方体状的基材形成的衍射光栅的面积。但是，由于在一体的基材的大小中存在制造上的极限，因此通过将多个基材并排配置，来谋求基材实质上的大型化(参照专利文献1、非专利文献1)。
在多个基材被并排配置的分光器中，需要精密地进行控制，以使得各基材彼此的姿势、即形成衍射光栅的面彼此所成的角度处于规定的范围。在非专利文献1中，基材能调整位置以及角度地被保持于保持架。在这种结构中，在分光器的使用时需要进行两体的基材的位置调整。另一方面，为了设为在保持架固定并安装基材以使得一次确定的基材与保持架的位置关系不变的结构，需要精度良好地固定各基材。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开平6-94527号公报
非专利文献1：First high-efficiency and high-resolution(R＝80，000)NIRspectroscopy with high-blazed echelle grating：WINERED HIRES modes(ShogoOtsubo等)
发明内容
本公开的分光器具备第1基材、第2基材、保持架以及固定部件。第1基材具备具有衍射光栅的第1面和作为所述第1面的背面的第2面。第2基材具备具有衍射光栅的第3面和作为所述第3面的背面的第4面。保持架具有盖，该盖具有与所述第4面对置的第1孔和第2孔，该保持架将所述第1基材与所述第2基材排列固定。固定部件被配置于所述第2孔，将所述第4面与所述盖连接从而将所述第2基材与所述保持架非接触地固定。
此外，本公开的分光器的制造方法是所述分光器的制造方法，具备以下的工序。所述工序之一是将所述第1基材固定于所述保持架的工序。所述工序之一是将所述第2基材配置于所述保持架的工序。所述工序之一是将作为姿势调整机构的一部分的姿势调整部件穿过所述第1孔而连接于所述第4面的工序。所述工序之一是使用所述姿势调整部件将所述第2基材的位置与所述第1基材的位置相匹配地进行调整的工序。所述工序之一是在所述第2孔配置固定部件的工序。所述工序之一是经由所述固定部件将所述第4面与所述盖进行固定的工序。所述工序之一是除去所述姿势调整部件的至少一部分的工序。
附图说明
图1是表示具备本实施方式的分光器的天体望远镜的一例的示意图。
图2是构成图1所示的分光器的基材和保持架的立体图。
图3是表示具备姿势调整部件的姿势调整机构和图2所示的分光器的立体图。
图4是表示本实施方式的分光器的制造方法的概略图。
具体实施方式
对于本公开的分光器，以天体望远镜用的分光器为例，参照附图来进行说明。图1是表示具备本实施方式的分光器的天体望远镜的一例的示意图。
天体望远镜10具备：缝隙20，使来自外部的电磁波W限制地通过；透镜30，使通过了缝隙20的电磁波W变为平行；反射镜40，在表面覆盖用于对平行的电磁波W进行反射的金；基材(1、2)，以在宽度方向错开的状态在保持架3串联地并排配置，具备按波长对被反射的电磁波W进行分光的衍射光栅(图1中未图示)；保持架3，固定基材(1、2)；透镜组70，沿着分光的光路被依次配置；以及检测器(红外线阵列)80。这些部件被收容于具备窗部的低温保持机构90，温度变动被抑制。图1中的分光器具备基材(1、2)以及保持架3。
从低温保持机构90的外部向分光器入射的电磁波W沿着光路行进，在第1面1a以及第3面2a进行反射，成为按波长被分光的反射波，该反射波在检测器80成像，能够对观测对象物的信息进行解析。
图2是构成图1所示的分光器的基材和保持架的立体图。如图2所示，基材(1、2)包含形状均为长方体状的第1基材1和第2基材2。第1基材1以及第2基材2例如分别是长度为190mm～210mm、高度为50mm～70mm、宽度为50mm～70mm的长方体。
第1基材1具有形成有衍射光栅的第1面1a和作为其背面的第2面1b，第2基材2具有形成有衍射光栅的第3面2a和作为其背面的第4面2b。并且，基材(1、2)被收容于保持架3，以使得第1面1a以及第3面2a露出，以在宽度方向错开的状态被串联地并排固定。表示第1基材1与第2基材2的相对位置的第1面1a与第3面2a所成的角度在三维上(三个不同的方向、三个不同的平面)，例如需要2秒以下的调整。
保持架3具有与第2面1b以及第4面2b对置的盖3a、以及支承盖3a的四片侧板3b，第1面1a以及第3面2a侧开口，从而具备收容第1基材1以及第2基材2的内部空间。
另外，图2中为了说明，并未显示侧板3b的一部分。
此外，盖3a也可以包含多个板。保持架3可以将盖3a与四片侧板3b单独地制作组合，也可以一体地制作。此外，也可以在保持架3安装将第1基材1以及第2基材2固定的紧固件(未图示)，以使得覆盖第1面1a和第3面2a各自的外缘的一部分。
图2中，表示了长方体状的第1基材1和长方体状的第2基材2，但是基材(1、2)的形状并不限定于此。
盖3a和侧板3b例如在盖3a或者侧板3b形成线圈插入件(Coil insert，未图示)，通过在线圈插入件中将螺栓(未图示)插入、紧固从而被固定。螺栓的材质例如是铁-36wt％镍合金(商标名Invar)、铁-32wt％镍-4wt％钴合金(商标名Super Invar)等的低热膨胀金属。
盖3a具有与第4面2b对置的第1孔3d和第2孔3e，用于使第2基材2的位置与第1基材1的位置相匹配地进行调整的姿势调整部件5穿过第1孔3d而被配置，固定部件6被配置于第2孔3e。
另外，如图2所示，可以具有多个第1孔3d和第2孔3e。
若分别具有多个第1孔3d和第2孔3e，则第2基材2的位置、角度的微调整变得容易，微调整后向保持架3的固定中，微调整后的位置、角度也难以偏离。
此外，用于穿过姿势调整部件5的孔和配置固定部件6的孔也可以被形成于侧板3b。
姿势调整部件5具有如下功能：在将第2光栅2固定于保持架3之前，使第2光栅2的位置以及角度的至少任意一个与第1光栅1的位置、角度相匹配地进行调整。姿势调整部件5也能够作为将第2光栅2吊起的部件发挥功能。前端侧通过粘接剂而被直接粘接于第2光栅2，与前端相反的一侧通过螺栓等而被紧固连接于后述的板状部件。
固定部件6将第2基材2的第4面2b与盖3a连接，从而将第2基材2与保持架3非接触地固定。固定部件6的形状例如是圆筒状或者圆柱状，优选是与保持架3相同的材质。
第1基材1以及第2基材2中第1面1a以及第3面2a的位置、角度被调整，以使得使平行的电磁波W入射时的双方的反射波所成的角度例如为2秒以内、优选为1秒以内。
通过上述结构，在针对第2基材2利用姿势调整部件5精密地调整了位置、角度之后，能够使用固定部件6精度良好地进行固定。
此外，在俯视保持架3的外表面之中的第1面1a以及第3面2a时，包围第1面a以及第3面2a的侧板3b的外表面可以具有以丙烯酸树脂为主成分的黑色覆膜。另外，保持架3的外表面除了包围该第1面1a以及第3面2a的部位以外，也可以具有黑色被膜。
此外，保持架3的内表面也可以从第1面1a以及第3面2a向深度方向1mm具有以丙烯酸树脂为主成分的黑色覆膜。
以丙烯酸树脂为主成分的黑色的覆膜从紫外线区域到近红外线区域的反射率较低，因此在衍射光栅一部分散射而成为噪声的电磁波W的吸收效率较高，能够提高解析的精度。特别地，在陶瓷的表面呈现鲜明颜色的情况下，其效果较好。
覆膜中包含的丙烯酸树脂利用傅里叶变换红外分光光度计(FTIR)来进行鉴定即可。
此外，黑色覆膜除了丙烯酸树脂以外，还可以包含镁、铝以及硅，这些元素的含量的合计可以为1质量％以下。
第1基材1与第2基材2可以是40℃～400℃下的平均线膨胀率均为±2×10-6/K以内的玻璃。
保持架3以及固定部件6是使用温度(例如室温)的40℃～400℃下的平均线膨胀率为±2×10-6/K以内的陶瓷。作为这种陶瓷的例子，列举以堇青石、铝硅酸锂、磷酸锆钾或者莫来石为主成分的陶瓷。
如果基材(1、2)、保持架3以及固定部件6由这种低热膨胀材料制作，则即便暴露在温度变化中形状的变化也较小，因此包含低热膨胀材料的部件具有较高的可靠性。
堇青石为主成分的陶瓷可以包含Ca以CaO换算为0.4质量％以上0.6质量％以下、Al以Al2O3换算为2.3质量％以上3.5质量％以下、以及Mn以及Cr以MnCr2O4换算为0.6质量％以上0.7质量％以下。该陶瓷能够将平均线膨胀率设为±20×10-9/K以下。
铝硅酸锂为主成分的陶瓷可以包含20质量％以下的碳化硅。
此外，作为玻璃的例子，列举以钛硅酸为主成分的玻璃。
在此，在保持架3以及固定部件6包含陶瓷的情况下，依据JIS R 1618：2002来求取平均线膨胀率即可。
在基材(1、2)包含玻璃的情况下，依据JIS R 3251：1995来求取平均线膨胀率即可。
另外，在保持架3以及固定部件6的平均线膨胀率为±1×10-6/K以下的情况下，使用光学外差法一光路干涉仪来进行测定即可。
在此，所谓陶瓷中的主成分，是指构成所关注的陶瓷的成分的合计100质量％之中占60质量％以上的成分。构成陶瓷的成分使用X射线衍射装置(XRD)来鉴定即可。各成分的含量在鉴定了成分之后，利用荧光X射线分析装置(XRF)或者ICP发光分光分析装置，求取构成成分的元素的含量，换算为被鉴定的成分即可。
以下，利用图3、图4，对本公开的分光器的制造方法进行说明。
首先，准备第1基材1和第2基材2，该第1基材1具有形成衍射光栅的第1面1a和作为第1面1a的背面的第2面1b，该第2基材2具有形成衍射光栅的第3面2a和作为第3面2a的背面的第4面2b。
接下来，准备四片的侧板3b，如图4的(a)那样组装而成为框状体。另外，可以在该框状体的外表面的至少一部分(例如，在框状体插入了第1基材1以及第2基材2时，位于包围第1面1a以及第3面2a的位置的外表面)，涂敷以被有机溶剂稀释的丙烯酸树脂作为主成分的黑色涂料、并使其干燥，由黑色涂料覆盖框状体的外表面。
同样地，可以在框状体的内表面，从第1面1a以及第3面2a到深度方向至少1mm，涂敷以被有机溶剂稀释的丙烯酸树脂为主成分的黑色涂料、并使其干燥，由黑色涂料覆盖框状体的上述范围的内表面。
在任意的情况下，黑色涂料与有机溶剂的混合比例以质量比计设为1：1，此外，干燥温度设为60℃以上80℃以下、干燥时间设为15分钟以上25分钟以下即可。
接下来，如图4的(a)所示，将第1基材1载置于保持架3的内部空间以使得第2面1b成为盖3a侧，并且将盖3a连接于框状体。能够在盖3a或者侧板3b预先所形成的线圈插入件插入螺栓(未图示)并紧固，由此进行框状体与盖3a的连接。然后，如图4的(b)所示，经由固定部件6利用粘接剂(例如3M scotch weld公司制环氧树脂粘接剂、SW9323)来将第1基材1固定于保持架3。
固定第1基材1的固定部件6例如与固定第2基材2的固定部件6相同形状、相同材质。
接下来，从框状体的开口部插入第2基材2，以使得第4面2b成为盖3a侧，将第2基材2配置于框状体内以使得第1面1a和第3面2a并排露出，并且将盖3a连接于框状体。该盖3a与框状体的连接能够通过与对置于第1基材1的盖3a的情况同样的方法进行连接。
通过以上，完成图3所示的、框状体与盖3a被连接的保持架3。
图3是表示具备姿势调整部件5的姿势调整机构4和图2所示的分光器的立体图。
接下来，如图3所示，将姿势调整部件5穿过第1孔3d而安装于第4面2b。另外，在图3中，也与图2与同样地未显示侧板3b的一部分。在姿势调整部件5与第1孔3d之间设置用于调整姿势的间隙。姿势调整部件5是在多个第1孔3d的每一个中插入的柱状部件。姿势调整机构4具有姿势调整部件5、与姿势调整部件5紧固连接的板状部件7、以及通过使其转动而调整板状部件7的姿势的可动部件8，在保持架3相对于固定完成的第1基材1而三维地调整第2基材2的位置以及角度。图3所示的姿势调整机构4具备：能够对第1方向(重力方向)的第2基材2的位置和角度进行调整的可动部件8的一例即三个千分尺头8a、能够对与第1方向垂直的方向的位置和角度进行调整的两个千分尺头8b。千分尺头8a、8b例如可以受用Sigma光机公司制差动千分尺头(SHSP-19)等。可以姿势调整部件5的前端侧通过粘接剂而被直接粘接于第2基材2，与前端相反的一侧通过螺栓等而紧固连接于板状部件7。
接下来，使用姿势调整部件5，调整为使平行的电磁波W入射时的第1基材1与第2基材2的反射波所成的角度例如为1秒以内或者0.1秒以内。另外，在第1面1a以及第3面2a例如使He-Ne激光入射，一边使千分尺头的微动螺丝旋转一边利用光干涉计来确认双方的反射波的干涉条纹，将干涉条纹对准的位置设为第2基材2的固定位置。
接下来，在第2基材的第4面2b与第2孔3e之间配置固定部件6，在第4面2b与固定部件6、固定部件6与形成第2孔3e的内周面之间经由粘接剂(例如3M scotch weld公司制环氧树脂粘接剂、SW9323)，将第2基材2固定于保持架3(图4的(c))。
最后，从第2基材2取下姿势调整部件5，得到图2所示的分光器。尽管由于姿势调整部件5的取下，第2基材2相对于第1基材1的角度略有降低，但是能够设为2秒以内。
姿势调整部件5在第2基材2的调整、固定后被取下，但是也可以原样保留姿势调整部件5的柱状部。
以上，对本公开的实施方式进行了说明，但是本公开并不限定于上述的实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内能够进行各种的变更、改良、组合等。
符号说明
1 第1基材
1a 第1面
1b 第2面
2 第2基材
2a 第3面
2b 第4面
3 保持架
3a 盖
3b 侧板
3d 第1孔
3e 第2孔
4 姿势调整机构
5 姿势调整部件
6 固定部件
7 板状部件
8 可动部件(千分尺头)
10 天体望远镜
100 分光器。

Claims (15)

1.一种分光器的制造方法，所述分光器具备：
第1基材，具有形成有衍射光栅的第1面和作为所述第1面的背面的第2面；
第2基材，具有形成有衍射光栅的第3面和作为所述第3面的背面的第4面；
保持架，具有盖，所述盖具有与所述第4面对置的第1孔和第2孔，所述保持架将所述第1基材与所述第2基材排列固定；
固定部件，被配置于所述第2孔，将所述第4面与所述盖连接并固定，
所述分光器的制造方法具备：
将所述第1基材固定于所述保持架的工序；
将所述第2基材配置于所述保持架的工序；
将作为姿势调整机构的一部分的姿势调整部件穿过所述第1孔而连接于所述第4面的工序；
使用所述姿势调整机构，将所述第2基材的位置与所述第1基材的位置相匹配地进行调整的工序；
在所述第2孔配置固定部件的工序；
经由所述固定部件将所述第4面与所述盖进行固定的工序；和
除去所述姿势调整部件的至少一部分的工序。
2.根据权利要求1所述的分光器的制造方法，其中，
所述第1基材与所述第2基材由40℃～400℃下的平均线膨胀率均为±2×10-6/K以内的玻璃形成，所述保持架以及所述固定部件由40℃～400℃下的平均线膨胀率均为±2×10-6/K以内的陶瓷形成。
3.根据权利要求1或2所述的分光器的制造方法，其中，
所述分光器的制造方法具备：由以丙烯酸树脂为主成分的黑色涂料对俯视所述第1面以及所述第3面时包围所述第1面以及所述第3面的所述保持架的外表面进行覆盖的工序。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的分光器的制造方法，其中，
所述分光器的制造方法具备：从所述第1面以及所述第3面到深度方向至少1mm，由以丙烯酸树脂为主成分的黑色涂料覆盖所述保持架的内表面的工序。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的分光器的制造方法，其中，
所述第1孔和所述第2孔分别形成有多个。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的分光器的制造方法，其中，
分别通过粘接剂将所述固定部件与所述第4面、所述固定部件与所述盖进行固定。
7.一种天体望远镜的制造方法，利用权利要求1至6中的任意一项所述的分光器的制造方法。
8.一种分光器，具备：
第1基材，具备具有衍射光栅的第1面和作为所述第1面的背面的第2面；
第2基材，具备具有衍射光栅的第3面和作为所述第3面的背面的第4面；
保持架，具有盖，所述盖具有与所述第4面对置的第1孔和第2孔，所述保持架将所述第1基材与所述第2基材排列固定；和
固定部件，被配置于所述第2孔，将所述第4面与所述盖连接从而将所述第2基材与所述保持架非接触地固定。
9.根据权利要求8所述的分光器，其中，
所述第1孔是用于插入姿势调整部件的孔，所述姿势调整部件用于调整所述第2基材的位置以及角度的至少任一者。
10.根据权利要求8或9所述的分光器，其中，
所述第1基材与所述第2基材包含40℃～400℃下的平均线膨胀率均为±2×10-6/K以内的玻璃，所述保持架与所述固定部件包含40℃～400℃下的平均线膨胀率均为±2×10-6/K以内的陶瓷。
11.根据权利要求8至10中的任意一项所述的分光器，其中，
俯视所述第1面以及所述第3面时包围所述第1面以及所述第3面的所述保持架的外表面具有以丙烯酸树脂为主成分的黑色覆膜。
12.根据权利要求8至11中的任意一项所述的分光器，其中，
所述保持架的内表面从所述第1面以及所述第3面到深度方向至少1mm，具有以丙烯酸树脂为主成分的黑色覆膜。
13.根据权利要求8至12中的任意一项所述的分光器，其中，
所述分光器分别具有多个所述第1孔和所述第2孔。
14.根据权利要求8至13中的任意一项所述的分光器，其中，
所述固定部件与所述第4面、所述固定部件与所述盖分别通过粘接剂而被固定。
15.一种天体望远镜，具备权利要求8至14中的任意一项所述的分光器。
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