[发明专利]一种用于同轴式太阳望远镜的热光阑可调式分段支撑装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳望结构设计领域，特别是一种用于同轴式太阳望远镜的热光阑可调式分段支撑装置。

背景技术

太阳望远镜，特别是大口径太阳望远镜，其主要采用同轴式格林高利光学系统或离轴格林高利光学系统。相比于离轴格林高利光学系统，同轴式格林高利光学系统具有加工、装配难度相对较低，工程风险相对更小等特点，因此，被世界绝大多数国家作为新一代大口径太阳望远镜的光学系统。

一方面，随着太阳望远镜口径的不断增大，在提高太阳望远镜观测分辨力的同时，也大大提高了了太阳望远镜的集光能力。当大口径主镜口径达到米级时，其汇聚于热光阑的太阳辐射功率密度高达数Mw/m²。对于开放式镜筒，如此高的辐射功率密度，不仅会造成热光阑过热，加剧镜筒内空气不稳定性，引起严重的内部视宁度效应，影响太阳望远镜成像质量；严重时甚至造成直接烧蚀，威胁望远镜的运行安全;对于真空时镜筒，尽管较好地消除了光阑温升造成的内视宁度效应，但仍有可能因为热光阑过热造成结构损坏，威胁望远镜运行安全。因此，无论采用何种镜筒设计形式，热光阑都必须配备高效的液冷装置进行温控。

另一方面，在太阳望远镜工作过程中，要求热光阑中心开孔必须严格位于望远镜主镜焦平面处。首先，必须对热光阑提供满足刚度需求的稳固支撑。其次，由于同轴式格林高利光学系统由主镜M1经次镜M2到第三镜M3的光束同光轴（如附图2所示），因此，热光阑支撑结构和冷却管线不可避免会遮光，并最终形成瞳面蛛状支撑阴影，造成后端自适应光学系统用于波前探测的哈特曼传感器部分子孔径被遮挡，影响波前探测准确性，降低了自适应光学系统对波前像差的校正能力，最终恶化望远镜成像像质。最后，由于系统对热光阑安装位置的严格要求，需要对热光阑位置可调，以便于安装之后的光学调试。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于同轴式太阳望远镜的热光阑可调式分段支撑装置，在保证热光阑支撑所需刚度的情况下，尽可能减少支撑结构形成的瞳面蛛状支撑阴影对望远镜后端自适应光学用于波前探测的哈特曼传感器子孔径的遮挡，提高波前探测准确性，保证自适应光学系统的校正能力。同时，可调节的支撑结构可以大大简化热光阑的光学装调。

本发明的技术解决方案是：一种用于同轴式太阳望远镜的热光阑可调式分段支撑装置，由热光阑1、环内窄梁2、金属毛细管3、内环4、软管5、环外宽梁6、外环7和导轨8组成；所述热光阑1中心通光孔位于太阳望远镜光学系统第一个焦平面上；所述金属毛细管3和软管5分别位于环内窄梁2和环外宽梁6正上方或正下方；所述热光阑1由环内窄梁2与内环4固连，实现热光阑1与内环（4）的相对固定；外环7通过环外宽梁6与太阳望远镜机架结构固连；内环4通过导轨8与外环7连接，将热光阑1和内环4的装配体视为运动件，导轨8视为承导件，形成导轨副，实现内环4和热光阑1的装配体与望远镜机架轴向位置的任意可调。

所述环内窄梁2的Z向尺寸较小，所述环外宽梁6的Z向尺寸较大，所述环内窄梁2的Z向尺寸应小于环外宽梁6Z向尺寸，一般前者约为后者的三分之一至一半。

所述金属毛细管3和软管5直径分别小于或等于环内窄梁2和环外宽梁6的Z向尺寸。

所述内环4和外环7的半径应大于望远镜次镜回光口径且小于望远镜主镜M1进光口径，以保证内环4、外环7不对望远镜镜筒内光束产生阻挡。

所述导轨副的运动件即热光阑1和内环4的装配件相对于承载件即导轨8采用微型电机驱动或螺母旋转方式进行驱动和锁紧。

本发明的原理：本发明的两大创新点，即分段支撑和热光阑位置可调，分别基于悬臂梁形变原理、自适应光学波前探测原理和机构运动学原理。

根据材料力学相关知识，本发明中热光阑蛛状支撑可以简化为悬臂梁支撑模型（如附图3所示），热光阑重力以及梁自重可以视为悬臂梁自由端集中力以及沿悬臂梁方向的均布载荷。根据悬臂梁形变理论，距自由端（即热光阑）距离为x处的挠度（即形变量）为：