[发明专利]大口径离轴光学系统及被动消热差方法

说明书

技术领域

本发明涉及反射式光学系统领域，特别是涉及一种大口径离轴光学系统及被动消热差方法。

背景技术

目前，复杂环境中工作的光学系统要经受非常大的环境温度变化，典型的可达-20℃到+60℃。在温度急剧变化的环境中，光学系统会由于光学材料与结构材料的热不稳定性，引起系统的焦距、像面位置，以及像面质量等发生变化。透射式的光学系统采用被动和主动方式消除热效应的技术发展的较为完善，在设备上的应用也很广泛。随着技术的发展以及远距离作用的需要，大口径离轴反射式光学系统的消热差及无热化技术逐步受到重视。但是，受光学材料和空间体积的限制，目前国内大口径离轴反射光学系统的无热化设计尚没有广泛应用。

离轴反射式光学系统的光学零件个数少且材料单一，安装固定的机械结构体积庞大、结构复杂。光学被动式和机械主动式的消热差方法，增加了原有系统的体积、重量和成本，机械主动式补偿方法由于增加了温度传感器，还会造成滞后效应。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大口径离轴光学系统及被动消热差方法，用以解决现有技术光学被动式和机械主动式的消热差方法的缺点，增加了原有系统的体积、重量和成本的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种大口径离轴光学系统，其包括：位移补偿机构、安装有次镜的次镜镜室、连接框架、主镜框架、安装有主镜的主镜镜室；所述位移补偿机构与所述次镜镜室的底部固连，所述主镜框架与所述主镜镜室固连，所述主镜框架与所述次镜镜室之间由连接框架连接。

进一步，所述位移补偿机构长度采用下式确定：

γ×L3＝α×L1+β×L2

其中，α为连接框架的线热膨胀系数，L1为连接框架的长度；β为主镜框架的线热膨胀系数，L2为主镜框架的长度，γ为位移补偿机构的线热膨胀系数，L3为位移补偿机构的长度。

可选的，所述位移补偿机构包括铝块、尼龙、树脂；所述主镜框架包括碳钢框架、不锈钢框架、碳锰钢框架；所述连接框架包括铟钢框架、镁合金框架、钛合金框架。

进一步，所述位移补偿机构为铝块，所述主镜框架为碳钢框架，所述连接框架为铟钢框架。

可选的，所述主镜镜室、所述次镜镜室均为碳钢材料制备的。

可选的，所述主镜、所述次镜均为低膨胀系数的光学材料制备的,所述低膨胀系数的光学材料包括微晶玻璃、碳化硅和石英玻璃。

可选的，所述主镜为椭球面主镜，所述次镜为抛物面次镜。

另一方面，本发明还提供一种大口径离轴光学系统被动消热差方法，包括：

确定系统间距随温度变化的位移量；

在次镜镜室的底部设置位移补偿机构，用位移补偿机构随温度变化的位移量补偿系统间距随温度变化的位移量。

进一步，采用下述公式确定系统间距随温度变化的位移量：

Δ₁＝α×L1+β×L2

其中α为连接框架的线热膨胀系数，L1为连接框架的长度；β为主镜框架的线热膨胀系数，L2为主镜框架的长度。

进一步，用位移补偿机构随温度变化的位移量补偿系统间距随温度变化的位移量采用下式：

γ×L3＝Δ₁

其中γ为位移补偿机构的线热膨胀系数，L3为位移补偿机构的长度。

进一步，所述连接框架为铟钢框架，所述主镜框架为碳钢框架，所述位移补偿机构为铝块。

本发明有益效果如下：

本发明所述的系统及方法，通过设置位移补偿机构，位移补偿机构可对温度引起的系统间隔进行完全补偿，有效的保证了系统的像质不随温度变化的特性，从而使本系统安装简单，没有增加原有系统的体积、重量和成本。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的被动消热差方法的补偿计算原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。