DE3325581A1

DE3325581A1 - Vakuumdichtes strahlungsfenster

Info

Publication number: DE3325581A1
Application number: DE19833325581
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 7080 Aalen Meier
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-01-24
Also published as: GB2143192B; GB8417269D0; US4550979A; GB2143192A; JPS6045500A

Description

	- ι-	83020 P
5	Firma Carl Zeiss, 7920 hteidenheim (Brenz)	83020 G
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15	Vakuumdichtes Strahlungsfenster
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Vakuumdichtes Strahlungsfenster

Es ist üblich Satelliten vor dem Start einem Testprogramm zu unterwerfen, bei dem u.a. Weltraumbedingungen simuliert werden. Dazu wird der Satellit in eine Vakuumkammer gebracht und einseitig intensiv bestrahlt. Die Strahlungsquelle befindet sich dabei außerhalb der Vakuumkammer, die mit einem Strahlungsfenster versehen ist, durch das der Satellit beschienen wird. Bei bekannten Testeinrichtungen besteht das Strahlungsfenster aus einer einstückigen, ebenen Glasplatte.

Die zur Simulation der Sonne erforderliche Lichtleistung, die durch das Strahlungsfenster hindurchtritt, liegt in der Größenordnung von mehreren hundert KW. ^cs läßt sich daher nicht vermeiden, daß sich das Strahlungsfenster infolge der unvermeidlichen Absorption eines Teils der Strahlung aufheizt. Um den Lichtverlust und die thermische Belastung des Fensters möglichst klein zu halten, muß das Glas, aus dem das Fenster besteht, eine möglichst geringe Dicke und eine gute Transparenz besitzen. Gläser mit der niedrigsten Absorption sind aber nicht in den für das Fenster nötigen großen Durchmessern lieferbar. Außerdem bedingt die am Fenster anliegende Druckdifferenz bei großen Durchmessern aus Gründen der Stabilität auch eine relativ große Mindestdicke, die eingehalten werden muß.

An das Fenster werden also von der optischen und der mechanischen Seite her gegensätzliche Forderungen gestellt, die es zu einem kritischen Bauteil machen. Bei einem Bruch des Fensters, beispielsweise aufgrund thermischer oder mechanischer Spannungen im Glas ist ein explosiver Druckausgleich durch den vom Fenster eingenommenen Querschnitt von in der Größenordnung Im² zu erwarten, was zu erheblichen Schaden führen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Frfindung ein vakuumdichtes Strahlungsfenster zu schaffen, das inbesondere bei großem Durchmesser eine geringe Absorption bei hoher Bruchsicherheit besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 dadurch, daß das Fenster aus einer Aneinanderreihung mehrerer Linsen

besteht, die Teil des Kollektors der verwendeten Strahlungsquelle sind.

Zur Bündelung des von der Strahlungsquelle abgegebenen Lichtes wird ohnehin ein Kondensor benötigt, bei dem wegen des erforderlichen großen Strahlquerschnittes anstelle von Einzellinsen Linsenfelder vorgesehen sind, die jeweils aus mehreren, nebeneinanderangeordneten Linsenelementen geringeren Durchmessers bestehen. Wird eines dieser Linsenfelder vakuumdicht in den Testbehälter eingebaut, so kann auf ein separates, ebenes Fenster verzichtet werden.

Diese Lösung besitzt mehrere Vorteile: Da das Fenster selbst Teil des Kondensors ist, befindet es sich an einer Stelle, an der der Releuchtungsstrahlengang seinen geringsten Querschnitt besitzt, so daß der Durchmesser insgesamt klein gehalten werden kann. Außerdem besitzt die

15aus Metall bestehende Fassung eine weitaus größere Festigkeit als ein vollständig aus Glas bestehendes Fenster. Wegen des im Vergleich zum Gesamtfenster sehr viel kleineren Durchmessers der einzelnen Linsenelemente kann die Glasdicke stark verringert werden, und es können Gläser mit höchster Transparenz verwendet werden, was beides eine verringerte Absorption der Strahlung im Glas zur Folge hat und die thermische Belastung des Fensters senkt.

Bei Glasbruch von Linsenelementen bleiben die Folgeschäden kleiner, weil der Leckquerschnitt nur einen Bruchteil des Gesamtfensters ausmacht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Aufnahme, in der die Linsenelemente des Fensters gefaßt sind, Kühlkanäle enthält, über die die im Fenster absorbierte Energie abgeführt werden kann. Außerdem ist es zweckmäßig das Strahlungsfenster in Lichtrichtung beweglich an dem mit ihm ausgerüsteten Vakuumtank zu befestigen, damit der Einfluß thermischer Effekte auf den Fokussierzustand der Optik ausgeglichen werden kann.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 1-3 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Prinzippskizze einer Testeinrichtung zur Simulation von Weltraumbedingungen

Fig. 2 das Strahlungsfenster der Testeinrichtung aus Fig. 1 in Aufsieht;

Fig. 3 das Strahlungsfenster der Testeinrichtung aus Fig. 1 im Schnitt längs der Linie III/III in Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 eine als Vakuumbehälter ausgebildete Testkammer bezeichnet, in der sich der Prüfling 2, z.B. ein Weltraumsatellit, befindet. Zur Simulation der Sonne wird der Prüfling 2 von einer außerhalb des Behälters 1 angeordneten, intensiven Lichtquelle 5 bestrahlt. In der Figur ist nur eine einzige Leuchte mit Reflektor 4 dargestellt, tatsächlich wird man aber, um die erforderliche, hohe Strahlungsleistung von mehreren hundert Kilowatt zu erzeugen, eine größere Anzahl von z.B. Xenonhochdrucklampen nebeneinander anordnen.

In den Teil 11 des Behälters 1 ist ein Fenster 3 bestehend aus mehreren, nebeneinander angeordneten Linsenelementen 7 eingelassen. Diese Linsenelemente 7 bilden zusammen mit einem zweiten Linsenfeld 6 das Kondensorsystem der Lichtquelle 5. Der Teil 11 des Behälters 1, der diese Optik trägt, ist längs der optischen Achse verschiebbar, um durch Erwärmung bedingte Änderungen der optischen Daten des Projektionssystems ausgleichen zu können.

In den Fig. 2 und 3 ist das Fenster 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Es besteht aus einer Metallfassung 12, die im abgebildeten Ausführungsbeispiel neunzehn Einzellinsen 7 in möglichst dichter Packung trägt. In die Stege zwischen den Linsen 7 sind Kühlkanäle 4 eingelassen, die eineh Einlaßstutzen 9 und einen Auslaufstutzen 8 miteinander verbinden. Die Linsen besitzen lampenseitig einen überstehen-, den Kragen, der sich infolge des Außendrucks gegen die Metallfassung legt. Zwischen diesem Kragen und der Metallfassung 12 befindet sich jeweils ein Dichtring 10.

An der Fassung 12 sind außerdem vier Bolzen 13 befestigt, die die Fassung für das Linsenfeld ό tragen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumdichtes Strahlungsfenster, insbesondere für einen Behälter (1), in dem Satelliten (2) unter Weltraumbedingungen getestet wer-

5 den, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (3) aus mehreren nebeneinander angeordneten Linsenelementen (7) besteht, die Teil des Kollektors der verwendeten Strahlungsquelle (5) sind.

2. Vakuumdichtes Strahlungsfenster nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

10 zeichnet, daß die Linsenelemente (7) in einer Aufnahme gefaßt sind, deren zwischen den Linsenelementen verlaufende Stege Kühlkanäle (14) enthalten.

3. Vakuumdichtes Strahlungsfenster nach Anspruch 1-2, dadurch gekenn-15 zeichnet, daß das Strahlungsfenster (3) in Lichtrichtung beweglich an dem mit ihm ausgerüsteten Vakuumtank (1) befestigt ist.