一种应用杠杆进行温度补偿的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种应用杠杆进行温度补偿的装置，它能有效地消除温度变化对光学元件间相对位置的影响，本实用新型中，若基座和补偿杆采用同种材料，无需考虑线涨系数变化的影响，补偿更加可靠。该发明采用的技术方案如下：将第一光学元件、补偿杆的一端、杠杆支点座安装在基座上，支点座需安装在补偿方向计算基准线上，第二光学元件则安装于基座上方的滑动机构上；以补偿杆固定在基座的一端为补偿方向的计算基准线，若需保证两光学元件相对位置不变，仅需满足式1：公式1，两光学元件间距不随温度变化而变化。
【专利说明】一种应用杠杆进行温度补偿的装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学仪器和光学设备领域，用于光学元件间距的温度补偿。
【背景技术】
[0002] 在光机系统工作的过程中，当环境温度发生改变时，由于不同材料的温度膨胀特 性不同，光学元件之间的相对位置会发生改变，进而影响光学系统的成像质量，因此在光学 仪器设计过程中，应采取必要的温度补偿措施，消除或减小温度变化带来的影响。
[0003] 目前常用的方法，是在光学元件之间直接采用价格昂贵的低线膨胀系数材料进行 连接，这样虽然达到了光学元件之间相对位置基本不变的目标，但是对膨胀材料的性能要 求较高，当两光学元件之间的距离较大时，即使材料的膨胀系数很小，仍然会造成较小量的 相对位置移动，补偿难度增加，同时低膨胀材料消耗量大，成本高昂。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的上述不足，本发明提出一种新的补偿装置，能有效地消除温度变 化对光学元件间相对位置的影响。
[0005] 本发明采用的技术方案为：一种应用杠杆进行温度补偿的装置，其特征在于：包 括第一光学元件、第二光学元件、基座，杠杆、杠杆支点座、补偿杆，将所述第一光学元件、补 偿杆的一端、杠杆支点座安装在基座上，所述杠杆支点座安装在补偿方向计算基准线上，所 述第二光学元件安装于所述基座上方的滑动机构上；所述计算基准线以补偿杆固定在基座 的一端为补偿方向的计算基准线；
[0006] 第一光学兀件和第二光学兀件的相对位置满足：
[0_ | = S，
[0008] 其中，基座材料线膨胀系数为，补偿杆线膨胀系数为a2 ;第一光学元件到基准线 的距离为U，第二光学元件到基准线的距离为L2 ;补偿杆到杠杆支点的距离为&，第二光学 元件中心到杠杆支点的距离为X2。
[0009] 本发明与现有技术相比具有以下的优点：
[0010] 1、节约材料成本。常规温度补偿系统中，采用大量价格昂贵的低膨胀材料，，而本 发明对大部分材料无严格要求，仅需极少量零膨胀材料，用以保证支点位置的稳定。
[0011] 2、补偿方式可靠。在温度变化时，材料的线膨胀系数会发生改变，有时甚至是非线 性的，这将增大温度补偿的误差，本发明中，若基座和补偿杆采用同种材料，则采用公式2， 即= &，无需考虑线涨系数变化的影响，补偿更加可靠。
[0012] 3、计算方法简单。只需利用杠杆原理，选择合适的材料和恰当的杠杆支点和计算 基准即可。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为杠杆温度补偿装置结构示意图。
[0014] 1 :第一光学元件；
[0015] 2:第二光学元件；
[0016] 3 :杠杆；
[0017] 4:杠杆支点座；
[0018] 5:补偿杆；
[0019] 6 :基座。
[0020] 图2为杠杆温度补偿装置在卡塞格林系统中应用示意图。
[0021] 7:主镜；
[0022] 8 :导轨；
[0023] 9 :次镜。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0025] 本实施例采用的方案如下：
[0026] 1、将第一光学元件1、补偿杆5的一端、杠杆支点座4安装在基座上，支点座需安装 在补偿方向计算基准线上，第二光学元件2则安装于基座上方的滑动机构上。
[0027] 2、假定基座材料线膨胀系数为，补偿杆线膨胀系数为a2，支点座选用线膨胀系 数接近零的材料，用以保证支点位置的不变。以补偿杆固定在基座的一端 [0028] 为补偿方向的计算基准线，当温度变化量为At时，令第一光学元件1位置偏
[0029] 移方向为正，其变化量则为：
[0030] Δ Q = Δ t
[0031] 补偿杆与杠杆连接的一端点的移动方向则为负，其值为：
[0032] Δ L2 = L2a2 Δ t
[0033] 根据杠杆原理，第二光学元件2的位置变化为正，其值为： X7 ^2
[0034] AL3 =-:-=--- Λι Λι
[0035] 当Λ Q = Λ L3时，第一光学元件1和第二光学元件2的相对位置变化量为0，
[0036] 即若需保证两光学元件相对位置不变，仅需满足式1 : _7] 1=? 公式1
[0038] 当基座材料与补偿杆材料相同时，仅需满足式2 :
[0039] 吾=g 公式2
[0040] 两光学元件间距不随温度变化而变化。
[0041] 其中，基座材料线膨胀系数为％，补偿杆线膨胀系数为a2 ;第一光学元件到基准线 的距离为U，第二光学元件到基准线的距离为L2 ;补偿杆到杠杆支点的距离为Xi，第二光学 元件中心到杠杆支点的距离为X2 ;第一光学元件到基准线间距离变化量为ALi，补偿杆长 度变化量为AL2，第二光学元件到基准线间距离变化量为AL 3;温度变化量为At。
[0042] 3、由于杠杆自身随温度的热胀冷缩影响较小，计算中不予考虑。
[0043] 本实施例的装置在口径60cm卡塞格林光学望远镜实施。
[0044] 主镜与次镜间距为2000mm，次镜机构下方沿补偿方向安装导轨。基座采用线膨胀 系数为1. 2 ΧΚΓ5的碳钢，补偿杆选用膨胀系数为2. 4 ΧΚΓ5的铝，长度100mm，安装位置距 次镜中心530mm，杠杆支点座选用牌号为S4J32B的殷钢，其线膨胀系数为2ΧΠΓ 8,长度为 100mm，其随温度变化的影响可以忽略。根据计算式| ^可得，| = 9.5,因此应将支点 设置在距次镜中心距离为480mm处，
[0045] 方可保证由温度变化造成的主次镜间距变化为0。
[0046] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习 此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，但同样在本发明 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种应用杠杆进行温度补偿的装置，包括第一光学元件、第二光学元件、基座，其特 征在于：它还包括杠杆、杠杆支点座、补偿杆，将所述第一光学元件、补偿杆的一端、杠杆支 点座安装在基座上，所述杠杆支点座安装在补偿方向计算基准线上，所述第二光学元件安 装于所述基座上方的滑动机构上；所述计算基准线以补偿杆固定在基座的一端为补偿方向 的计算基准线； 第一光学元件和第二光学元件的相对位置满足： X2 - Liai Xi 其中，基座材料线膨胀系数为％，补偿杆线膨胀系数为a2 ;第一光学元件到基 准线的距离为U，第二光学元件到基准线的距离为L2 ;补偿杆到杠杆支点的距离为&， 第二光学元件中心到杠杆支点的距离为X2。
【文档编号】G02B7/00GK203870311SQ201420225136
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】郑锋华, 张露, 张海军, 吴海燕 申请人:中科院南京天文仪器有限公司