采用相位板补偿的低温光学常温装调装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种采用相位板补偿的低温光学常温装调装置。采用的相位板具有特殊设计的衍射面，对低温光学系统常温装调后进入工作温度而产生的成像透镜表面变形进行补偿，可避免由于环境温度变化造成的像质恶化，实现常温装调的系统在低温环境中也可以清晰成像的效果。通过进一步调整相位板的厚度，对低温光学系统常温装调后进入工作温度而产生的像面离焦进行补偿，使光学系统在低温工作条件下的成像质量和焦面位置与常温装调时的成像质量和焦面位置一致，可同时解决低温光学系统的像质下降和像面离焦问题。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光学
，特别是涉及ー种采用相位板补偿的低温光学常温装调装置。
技术介绍
低温光学系统工作于较低的温度环境下，当其由常温环境变为正常工作状态的低温环境时，光学元件的折射率、曲率半径、非球面系数、机械结构热胀冷缩产生的应カ等都会发生变化，从而导致低温光学系统相对于常温状态产生各种问题，然而低温光学系统在低温环境进行装调还很难实现，因此需要采取一定方法使得在常温装调的系统进入低温エ作环境时仍旧满足成像要求。低温光学系统的装调主要解决系统由常温环境装调完成之后，在进入低温环境工作后产生的如像面离焦、成像质量下降等问题。本领域传统的调整方法有两类，ー种方法在温度变化时，通过光学材料、结构材料的选取，使离焦量为零。一般采用光学反射镜与结构框架选用同一种材料的方法，从而保证光学零件与机械零件均匀地膨胀和收缩，而不产生离焦。该方法主要适用于全反射系统中，例如欧洲IRAS望远镜与Spitzer望远镜的反射镜与主要结构零件都采用金属铍制成；日本的ASTRO-F望远镜与欧洲Herschel望远镜的反射镜与主要结构零件均采用SiC材料制成，我国中科院成都光电所研制的低温红外光学系统全部采用铝合金材料。这种方法对材料选择要求十分严格。另ー种方法为利用调焦装置来主动控制一片或多片光学零件的位置，在光学系统降低至低温后通过电机驱动机构来改变光学元件间隔未消除温度变化引起的离焦量，这种方法适合用于折射式、反射式或折反式光学系统。需采用复杂且难度较大的低温调焦结构，特别是低温光学系统工作温度低于100K吋，对调焦机构的环境适用性挑战大。目前对于像面离焦问题的ー种较易实现的方法是在低温光学系统中增加ー块具有合适厚度的光学平板，在常温下装调，进入工作温度后去除光学平板，以实现补偿离焦量的目的。然而，这类方法仅解决了离焦问题，由于空间环境的复杂性，常温装调的光学系统进入空间低温环境后除了像面离焦，还会产生像质下降的问题，只对系统进行离焦补偿，难以满足高精度的光学系统清晰成像要求。
技术实现思路
为了解决现有技术中低温光学系统在常温装调完进入工作环境中像质下降的问题，本技术提供了一种采用相位板补偿的低温光学常温装调装置。本技术的采用相位板补偿的低温光学常温装调装置包括机械支架、成像透镜组和探測器焦平面，成像透镜组安装在机械支架上，其特征在干，还包括:位于成像透镜组和所述探测器焦平面之间的相位板，所述相位板的ー个或者两个表面设置有衍射面，所述衍射面引入的相位变化用于补偿低温光学系统由工作温度升至常温装调环境后的表面变形。进ー步地，所述衍射面为旋转对称式衍射面或非旋转对称式衍射面进ー步地，所述衍射面引入的相位变化与所述衍射面的衍射參数相对应，其中，根据热分析和光学分析获得所述低温光学系统由工作温度升至常温后的表面变形量，基于该表面变形量获得所述衍射面的衍射參数进ー步地,所述相位板的厚度d为d = xn/(n_l),其中x为所述低温光学系统由エ作温度升至常温后的离焦量，n为所述相位板的材料在常温下的折射率。本技术有益效果如下:1.本技术采用的相位板具有特殊设计的衍射面，对低温光学系统常温装调后进入工作温度而产生的成像透镜表面变形进行补偿，可避免由于环境温度变化造成的像质恶化，实现常温装调的系统在低温环境中也可以清晰成像的效果。2.通过进ー步调整相位板的厚度，对低温光学系统常温装调后进入工作温度而产生的像面离焦进行补偿，使光学系统在低温工作条件下的成像质量和焦面与常温装调时的成像质量和焦面一致，可同时解决低温光学系统的像质下降和像面离焦问题。附图说明图1是本技术的采用相位板补偿的低温光学常温装调装置的结构示意图。图2是现有技术中的光学平板结构示意图。图3是本技术实施例中的带有衍射面的相位板结构示意图。图4是本技术采用相位板补偿的低温光学常温装调方法流程图。其中，1-成像透镜组，2-机械支架，3-光学相位板，4-探測器焦平面。具体实施方式以下结合附图以及实施例，对本技术进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不限定本技术。图1所示为本技术的采用相位板补偿的低温光学常温装调装置的结构示意图，在机械支架2上安装成像透镜组1，常温装调时，在系统中引入光学相位板3，相位板3的ー个或者两个表面上设置有衍射面，利用衍射面引入相位变化，来补偿光学系统由工作温度升至常温装调温度后的表面变形，以此确保常温装调后的光学系统在进入工作状态后能够清晰成像。其中，成像透镜组I可包含一片或者多片透镜或者反射镜，可依情况具体设置，本实施例中以两片透镜为例。本技术通过控制相位板的表面引入相位变化，需在相位板的一个或者两个表面引入衍射面，图1中虚线为未加相位板时成像光束的像面，实线为加入相位板调整后的像面位置，加入相位板后，像面位置恰好在探測器焦平面上。图2所示为常见光学平板的结构示意图，图3为本技术引入衍射面之后的相位板结构示意图，衍射面可以是各种形式的衍射面，比如旋转对称式，非旋转对称式等。通过优化衍射面的衍射參数，使其可以补偿低温系统的表面变形，从而保证常温装调的光学系统的成像质量与低温下的成像质量一致。关于衍射面的衍射參数的计算，可利用热分析和光学分析等方法推导计算，首先算出光学系统在由常温到低温后将发生的表面变形量，再计算补偿这个表面变形量所需要的衍射參数值即可。以下通过具体实施例详细描述本技术，基于图1所示的低温光学装置，本实施例以低温长波红外光学系统为例，光学系统的口径为102.8mm，焦距为308mm(温度为77K吋)，视场为±1°，エ作波段为8.0111^12.011111，低温エ作温度为771(。本实施例的球面透镜I和球面透镜2的材料均为锗，机械支架3采用硬铝材料。在工作温度77K时，透镜I的前表面曲率半径为299.5mm,后表面曲率半径为490.1mm,厚度为6mm ;透镜2的前表面曲率半径为1296.6mm,后表面曲率半径为983.1mm,厚度为6mm ;透镜I和透镜2的间隔距离为11.9mm。其它相关的系统參数还有:工作温度77K时，锗材料在10 ii m处折射率n=3.916860 ;常温293K时，锗材料在10 y m处折射率n’ =4.003263。锗材料热膨胀系数为5.7 X 10—7K，硬铝合金的热膨胀系数为23.6 X 10_6/K。结合系统參数，通过热分析和光学分析软件计算出该光学系统由常温到低温后将发生的表面变形，计算相位板3表面衍射面的衍射參数，本实施例中的衍射面为旋转对称衍射面，衍射參数计算结果见表I。表I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用相位板补偿的低温光学常温装调装置，包括机械支架、成像透镜组和探测器焦平面，成像透镜组安装在机械支架上，其特征在于，还包括：位于成像透镜组和所述探测器焦平面之间的相位板，所述相位板的一个或者两个表面设置有衍射面，所述衍射面引入的相位变化用于补偿低温光学系统由工作温度升至常温装调环境后的表面变形。

【技术特征摘要】
1.一种采用相位板补偿的低温光学常温装调装置，包括机械支架、成像透镜组和探測器焦平面，成像透镜组安装在机械支架上，其特征在干，还包括:位于成像透镜组和所述探测器焦平面之间的相位板，所述相位板的ー个或者两个表面设置有衍射面，所述衍射面引入的相位变化用于补偿低温光学系统由工作温度升至常温装调环境后的表面变形。2.如权利 要求1所述的采用相位板补偿的低温光学常温装调装置，其特征在于，所述衍射面为旋转对称式衍射面或非旋转对称式衍射面。3.如权利要求1所述的采用相位板补偿的低温光学常温装调装置，其特征在于，所述衍射面引入的相位变化与所述衍射面的衍射參数相对应，其中，根据热分析和光学分析获得所述低温光学系统由工作温度升至常温后的表面变形量，基于该表面变形量获得所述衍射面的衍射參数。4.如权 利要求1所述的采用相位板补偿的低温光学常温装调装置，其特征在于，所述相位板的厚度d为d = xn/(n-l)，其中X为...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晴晴，骆守俊，何伍斌，温庆荣，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：实用新型
国别省市：