[發明專利]一種用于同軸式太陽望遠鏡的熱光闌可調式分段支撐裝置

有效

• 申請號: 201310306103.6
• 申請日: 2013-07-20
• 公開（公告）號: CN103412400A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 劉洋毅;顧乃庭;饒長輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B23/16
• 分類號: G02B23/16;G02B7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及太陽望結構設計領域，特別是一種用于同軸式太陽望遠鏡的熱光闌可調式分段支撐裝置。

背景技術

太陽望遠鏡，特別是大口徑太陽望遠鏡，其主要采用同軸式格林高利光學系統或離軸格林高利光學系統。相比于離軸格林高利光學系統，同軸式格林高利光學系統具有加工、裝配難度相對較低，工程風險相對更小等特點，因此，被世界絕大多數國家作為新一代大口徑太陽望遠鏡的光學系統。

一方面，隨著太陽望遠鏡口徑的不斷增大，在提高太陽望遠鏡觀測分辨力的同時，也大大提高了了太陽望遠鏡的集光能力。當大口徑主鏡口徑達到米級時，其匯聚于熱光闌的太陽輻射功率密度高達數Mw/m²。對于開放式鏡筒，如此高的輻射功率密度，不僅會造成熱光闌過熱，加劇鏡筒內空氣不穩定性，引起嚴重的內部視寧度效應，影響太陽望遠鏡成像質量；嚴重時甚至造成直接燒蝕，威脅望遠鏡的運行安全;對于真空時鏡筒，盡管較好地消除了光闌溫升造成的內視寧度效應，但仍有可能因為熱光闌過熱造成結構損壞，威脅望遠鏡運行安全。因此，無論采用何種鏡筒設計形式，熱光闌都必須配備高效的液冷裝置進行溫控。

另一方面，在太陽望遠鏡工作過程中，要求熱光闌中心開孔必須嚴格位于望遠鏡主鏡焦平面處。首先，必須對熱光闌提供滿足剛度需求的穩固支撐。其次，由于同軸式格林高利光學系統由主鏡M1經次鏡M2到第三鏡M3的光束同光軸（如附圖2所示），因此，熱光闌支撐結構和冷卻管線不可避免會遮光，并最終形成瞳面蛛狀支撐陰影，造成后端自適應光學系統用于波前探測的哈特曼傳感器部分子孔徑被遮擋，影響波前探測準確性，降低了自適應光學系統對波前像差的校正能力，最終惡化望遠鏡成像像質。最后，由于系統對熱光闌安裝位置的嚴格要求，需要對熱光闌位置可調，以便于安裝之后的光學調試。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種用于同軸式太陽望遠鏡的熱光闌可調式分段支撐裝置，在保證熱光闌支撐所需剛度的情況下，盡可能減少支撐結構形成的瞳面蛛狀支撐陰影對望遠鏡后端自適應光學用于波前探測的哈特曼傳感器子孔徑的遮擋，提高波前探測準確性，保證自適應光學系統的校正能力。同時，可調節的支撐結構可以大大簡化熱光闌的光學裝調。

本發明的技術解決方案是：一種用于同軸式太陽望遠鏡的熱光闌可調式分段支撐裝置，由熱光闌1、環內窄梁2、金屬毛細管3、內環4、軟管5、環外寬梁6、外環7和導軌8組成；所述熱光闌1中心通光孔位于太陽望遠鏡光學系統第一個焦平面上；所述金屬毛細管3和軟管5分別位于環內窄梁2和環外寬梁6正上方或正下方；所述熱光闌1由環內窄梁2與內環4固連，實現熱光闌1與內環（4）的相對固定；外環7通過環外寬梁6與太陽望遠鏡機架結構固連；內環4通過導軌8與外環7連接，將熱光闌1和內環4的裝配體視為運動件，導軌8視為承導件，形成導軌副，實現內環4和熱光闌1的裝配體與望遠鏡機架軸向位置的任意可調。

所述環內窄梁2的Z向尺寸較小，所述環外寬梁6的Z向尺寸較大，所述環內窄梁2的Z向尺寸應小于環外寬梁6Z向尺寸，一般前者約為后者的三分之一至一半。

所述金屬毛細管3和軟管5直徑分別小于或等于環內窄梁2和環外寬梁6的Z向尺寸。

所述內環4和外環7的半徑應大于望遠鏡次鏡回光口徑且小于望遠鏡主鏡M1進光口徑，以保證內環4、外環7不對望遠鏡鏡筒內光束產生阻擋。

所述導軌副的運動件即熱光闌1和內環4的裝配件相對于承載件即導軌8采用微型電機驅動或螺母旋轉方式進行驅動和鎖緊。

本發明的原理：本發明的兩大創新點，即分段支撐和熱光闌位置可調，分別基于懸臂梁形變原理、自適應光學波前探測原理和機構運動學原理。

根據材料力學相關知識，本發明中熱光闌蛛狀支撐可以簡化為懸臂梁支撐模型（如附圖3所示），熱光闌重力以及梁自重可以視為懸臂梁自由端集中力以及沿懸臂梁方向的均布載荷。根據懸臂梁形變理論，距自由端（即熱光闌）距離為x處的撓度（即形變量）為：