一種應(yīng)用杠桿進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)难b置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用杠桿進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)难b置，它能有效地消除溫度變化對(duì)光學(xué)元件間相對(duì)位置的影響，本實(shí)用新型中，若基座和補(bǔ)償桿采用同種材料，無需考慮線漲系數(shù)變化的影響，補(bǔ)償更加可靠。該發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：將第一光學(xué)元件、補(bǔ)償桿的一端、杠桿支點(diǎn)座安裝在基座上，支點(diǎn)座需安裝在補(bǔ)償方向計(jì)算基準(zhǔn)線上，第二光學(xué)元件則安裝于基座上方的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上；以補(bǔ)償桿固定在基座的一端為補(bǔ)償方向的計(jì)算基準(zhǔn)線，若需保證兩光學(xué)元件相對(duì)位置不變，僅需滿足式1：公式1，兩光學(xué)元件間距不隨溫度變化而變化。
【專利說明】一種應(yīng)用杠桿進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)难b置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)儀器和光學(xué)設(shè)備領(lǐng)域，用于光學(xué)元件間距的溫度補(bǔ)償。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光機(jī)系統(tǒng)工作的過程中，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生改變時(shí)，由于不同材料的溫度膨脹特 性不同，光學(xué)元件之間的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，因此在光學(xué) 儀器設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采取必要的溫度補(bǔ)償措施，消除或減小溫度變化帶來的影響。
[0003] 目前常用的方法，是在光學(xué)元件之間直接采用價(jià)格昂貴的低線膨脹系數(shù)材料進(jìn)行 連接，這樣雖然達(dá)到了光學(xué)元件之間相對(duì)位置基本不變的目標(biāo)，但是對(duì)膨脹材料的性能要 求較高，當(dāng)兩光學(xué)元件之間的距離較大時(shí)，即使材料的膨脹系數(shù)很小，仍然會(huì)造成較小量的 相對(duì)位置移動(dòng)，補(bǔ)償難度增加，同時(shí)低膨脹材料消耗量大，成本高昂。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出一種新的補(bǔ)償裝置，能有效地消除溫度變 化對(duì)光學(xué)元件間相對(duì)位置的影響。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種應(yīng)用杠桿進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)难b置，其特征在于：包 括第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件、基座，杠桿、杠桿支點(diǎn)座、補(bǔ)償桿，將所述第一光學(xué)元件、補(bǔ) 償桿的一端、杠桿支點(diǎn)座安裝在基座上，所述杠桿支點(diǎn)座安裝在補(bǔ)償方向計(jì)算基準(zhǔn)線上，所 述第二光學(xué)元件安裝于所述基座上方的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上；所述計(jì)算基準(zhǔn)線以補(bǔ)償桿固定在基座 的一端為補(bǔ)償方向的計(jì)算基準(zhǔn)線；
[0006] 第一光學(xué)兀件和第二光學(xué)兀件的相對(duì)位置滿足：
[0_ | = S，
[0008] 其中，基座材料線膨脹系數(shù)為，補(bǔ)償桿線膨脹系數(shù)為a2 ;第一光學(xué)元件到基準(zhǔn)線 的距離為U，第二光學(xué)元件到基準(zhǔn)線的距離為L2 ;補(bǔ)償桿到杠桿支點(diǎn)的距離為&，第二光學(xué) 元件中心到杠桿支點(diǎn)的距離為X2。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
[0010] 1、節(jié)約材料成本。常規(guī)溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中，采用大量價(jià)格昂貴的低膨脹材料，，而本 發(fā)明對(duì)大部分材料無嚴(yán)格要求，僅需極少量零膨脹材料，用以保證支點(diǎn)位置的穩(wěn)定。
[0011] 2、補(bǔ)償方式可靠。在溫度變化時(shí)，材料的線膨脹系數(shù)會(huì)發(fā)生改變，有時(shí)甚至是非線 性的，這將增大溫度補(bǔ)償?shù)恼`差，本發(fā)明中，若基座和補(bǔ)償桿采用同種材料，則采用公式2， 即= &，無需考慮線漲系數(shù)變化的影響，補(bǔ)償更加可靠。
[0012] 3、計(jì)算方法簡單。只需利用杠桿原理，選擇合適的材料和恰當(dāng)?shù)母軛U支點(diǎn)和計(jì)算 基準(zhǔn)即可。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1為杠桿溫度補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 1 :第一光學(xué)元件；
[0015] 2:第二光學(xué)元件；
[0016] 3 :杠桿；
[0017] 4:杠桿支點(diǎn)座；
[0018] 5:補(bǔ)償桿；
[0019] 6 :基座。
[0020] 圖2為杠桿溫度補(bǔ)償裝置在卡塞格林系統(tǒng)中應(yīng)用示意圖。
[0021] 7:主鏡；
[0022] 8 :導(dǎo)軌；
[0023] 9 :次鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025] 本實(shí)施例采用的方案如下：
[0026] 1、將第一光學(xué)元件1、補(bǔ)償桿5的一端、杠桿支點(diǎn)座4安裝在基座上，支點(diǎn)座需安裝 在補(bǔ)償方向計(jì)算基準(zhǔn)線上，第二光學(xué)元件2則安裝于基座上方的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
[0027] 2、假定基座材料線膨脹系數(shù)為，補(bǔ)償桿線膨脹系數(shù)為a2，支點(diǎn)座選用線膨脹系 數(shù)接近零的材料，用以保證支點(diǎn)位置的不變。以補(bǔ)償桿固定在基座的一端 [0028] 為補(bǔ)償方向的計(jì)算基準(zhǔn)線，當(dāng)溫度變化量為At時(shí)，令第一光學(xué)元件1位置偏
[0029] 移方向?yàn)檎渥兓縿t為：
[0030] Δ Q = Δ t
[0031] 補(bǔ)償桿與杠桿連接的一端點(diǎn)的移動(dòng)方向則為負(fù)，其值為：
[0032] Δ L2 = L2a2 Δ t
[0033] 根據(jù)杠桿原理，第二光學(xué)元件2的位置變化為正，其值為： X7 ^2
[0034] AL3 =-:-=--- Λι Λι
[0035] 當(dāng)Λ Q = Λ L3時(shí)，第一光學(xué)元件1和第二光學(xué)元件2的相對(duì)位置變化量為0，
[0036] 即若需保證兩光學(xué)元件相對(duì)位置不變，僅需滿足式1 : _7] 1=? 公式1
[0038] 當(dāng)基座材料與補(bǔ)償桿材料相同時(shí)，僅需滿足式2 :
[0039] 吾=g 公式2
[0040] 兩光學(xué)元件間距不隨溫度變化而變化。
[0041] 其中，基座材料線膨脹系數(shù)為％，補(bǔ)償桿線膨脹系數(shù)為a2 ;第一光學(xué)元件到基準(zhǔn)線 的距離為U，第二光學(xué)元件到基準(zhǔn)線的距離為L2 ;補(bǔ)償桿到杠桿支點(diǎn)的距離為Xi，第二光學(xué) 元件中心到杠桿支點(diǎn)的距離為X2 ;第一光學(xué)元件到基準(zhǔn)線間距離變化量為ALi，補(bǔ)償桿長 度變化量為AL2，第二光學(xué)元件到基準(zhǔn)線間距離變化量為AL 3;溫度變化量為At。
[0042] 3、由于杠桿自身隨溫度的熱脹冷縮影響較小，計(jì)算中不予考慮。
[0043] 本實(shí)施例的裝置在口徑60cm卡塞格林光學(xué)望遠(yuǎn)鏡實(shí)施。
[0044] 主鏡與次鏡間距為2000mm，次鏡機(jī)構(gòu)下方沿補(bǔ)償方向安裝導(dǎo)軌?；捎镁€膨脹 系數(shù)為1. 2 ΧΚΓ5的碳鋼，補(bǔ)償桿選用膨脹系數(shù)為2. 4 ΧΚΓ5的鋁，長度100mm，安裝位置距 次鏡中心530mm，杠桿支點(diǎn)座選用牌號(hào)為S4J32B的殷鋼，其線膨脹系數(shù)為2ΧΠΓ 8,長度為 100mm，其隨溫度變化的影響可以忽略。根據(jù)計(jì)算式| ^可得，| = 9.5,因此應(yīng)將支點(diǎn) 設(shè)置在距次鏡中心距離為480mm處，
[0045] 方可保證由溫度變化造成的主次鏡間距變化為0。
[0046] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習(xí) 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，但同樣在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用杠桿進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)难b置，包括第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件、基座，其特 征在于：它還包括杠桿、杠桿支點(diǎn)座、補(bǔ)償桿，將所述第一光學(xué)元件、補(bǔ)償桿的一端、杠桿支 點(diǎn)座安裝在基座上，所述杠桿支點(diǎn)座安裝在補(bǔ)償方向計(jì)算基準(zhǔn)線上，所述第二光學(xué)元件安 裝于所述基座上方的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上；所述計(jì)算基準(zhǔn)線以補(bǔ)償桿固定在基座的一端為補(bǔ)償方向 的計(jì)算基準(zhǔn)線； 第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件的相對(duì)位置滿足： X2 - Liai Xi 其中，基座材料線膨脹系數(shù)為％，補(bǔ)償桿線膨脹系數(shù)為a2 ;第一光學(xué)元件到基 準(zhǔn)線的距離為U，第二光學(xué)元件到基準(zhǔn)線的距離為L2 ;補(bǔ)償桿到杠桿支點(diǎn)的距離為&， 第二光學(xué)元件中心到杠桿支點(diǎn)的距離為X2。
【文檔編號(hào)】G02B7/00GK203870311SQ201420225136
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】鄭鋒華, 張露, 張海軍, 吳海燕 申請(qǐng)人:中科院南京天文儀器有限公司