[发明专利]一种光学平板补偿离焦的低温光学装调方法

说明书

技术领域

本发明涉及低温光学系统装校技术，特别涉及工作于100K以下的低温光学系统的装调，具体是指一种用于机载或星载对地观察成像仪中的一种光学平板补偿离焦的低温光学装调方法。

背景技术

低温光学系统工作于低温下，由于温度从常温降低后，光学元件的折射率、半径、相对位置产生变化，从而引起焦面位置相对于常温状态产生离焦。

低温光学的装调主要解决由常温下降到低温，造成的离焦量的调整问题。目前主要有两类方法。一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(Schreibman，M.，and Young，P.，Design of InfraredAstronomical Satellite(IRAS)Primary mirror mounts，Proc.SPIE，250，50，1980.)；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(Kaneda，H.，et al.，Cryogenic optical performance of theASTRO-F SiC telescope.Applied Optics，2005.44(32)：p.6823-6832.)。中科院成都光电所沈忙作等在专利96233926.1等中提到的低温红外光学系统全部采用铝合金材料。

另一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来消除温度变化引起的离焦量(Paul R.Yoder，Opto-mechanical System Design，Third Editon.2006：CRC Press Taylor & Francis Group.)，此方法适合折射式、反射式、折反式光学系统。

低温光学装调的这两种方法中前者为对材料选择要求十分严格，后者或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时，对调焦机构的环境适用性挑战更大。

发明内容

基于上述问题的存在，本发明提出光学平板补偿离焦的低温光学装调方法。本发明的目的是：通过常温下光路中加入光学平板，使光学系统在常温下的焦面与低温工作条件下的焦面位置一致，从而实现低温光学系统的常温装调。

本发明的光学平板补偿离焦的低温光学装调方法如图1所示，其原理为通过常温与低温光学平板的有无，来补偿由温度下降造成的光学系统的离焦，常温下确定低温工作时的焦面，完成低温光学的装调。

所说的光学平板补偿离焦的低温光学装调方法具体步骤如下：①根据低温材料折射率、热膨胀系数等参数，设计确定光学在低温工作温度时焦面位置与后截距L。②常温下焦面前插入厚度为t的光学平板2，设计上保证补偿后的焦面位置处于距离光学最后的表面L′＝L(1+αΔT)处。③常温装调时，光学系统1的焦面前加入厚度为t的光学平板2，将焦平面组件4装调至焦面位置。④取出光学平板2，然后对光学系统进行降温至工作温度T，则低温焦面由于补偿自动位于焦平面组件4，完成低温光学装调。

步骤②中所说的光学平板要求能补偿常温到低温的离焦量，即保证常温装调的焦面于低温下光学系统的焦面位于同一位置，其厚度需满足：

t=(αLΔT+Δf).n2n2-1---(1)]]>