[发明专利]用于光学器件的精确光学安装件

说明书

提供光学安装件和安装系统，安装系统包含光学器件、外壳和耦合光学器件与光学外壳的多个光学安装件。各安装件包含附着到光学器件的套筒，并且，各套筒包含孔。螺柱附着到光学外壳，并且，各螺柱包含延伸穿过各套筒的孔的外接合表面。一旦光学器件被对准，可固化材料就沉积到套筒中并且在套筒与螺柱之间固化，从而可固化材料使套筒与螺柱相互耦合，以提供鲁棒的结构接头，所述鲁棒的结构接头最小化镜片中自发的应力。提供一系列的环形圆锥部分和相应的表面，以针对动态剪切和弯曲力保持光学器件的对齐。提供对准和安装光学器件的方法。

背景技术

在高倍率、衍射受限光学系统内对准和安装光学器件(诸如反射镜(mirror)、透镜、激光器、光纤、焦面阵列等)需要昂贵的制造过程和超精确安装技术。这主要是由于，根据光学系统的精度要求，各光学器件必须以英寸的百万分之几的精度被安装。使用各种对准机构，以确保光学系统的各种部件的准确对准。另外，各部件必须在无应变的条件下相对于电磁辐射(例如，光)的预期传播方向被精确定位。光学器件被支撑和定位的精度均在大的程度上影响光学系统的光学波前质量或精度。在部件的组装、对准、调整、校准或操作期间可能在系统中引起光学非对准(misalignment)。由于光学系统是从几个独特的部分组装的，因此，在光学部件与外壳部件之间的各个不完美的界面处，紧固机构和/或接合过程将引起一定的应力。

并且，光学器件和硬件一般在标准气氛温度和压力下被安装。由于热膨胀差，暴露于环境(特别是暴露于与军事应用相关的那些环境)可将热致应力引入到镜片(optic)和光学机械安装件(mount)两者中。

引入到光学元件上的应力的类型决定其光学表面的作为结果产生的畸变的类型。最导致光学劣化的应力之一是由弯曲镜片引起的应力。由于弯曲负荷而畸变的反射镜可特别劣化光学波前，原因是光从反射镜的表面反射出来。光从反射镜反射出来的行为遵守反射定律，即，反射角等于入射角。弯曲反射镜改变其表面轮廓，由此均沿着畸变轮廓干扰入射角和反射角两者。因此，反射镜表面的这种类型的物理改变导致视线“角加倍误差”以及光学波前的复杂畸变。

由于弯曲反射镜的轮廓畸变一般不均匀也不对称，因此，沿着跨反射镜的表面的每个方向，波前畸变也不对称。因此，弯曲反射镜一般在光学波前中产生像散。像散波前一般是马鞍状的，这意味着这种像差的校正还需要非圆形对称的光学表面，所述非圆形对称的光学表面是非常难以制造的。因此，特别是在全反射光学系统中，消除或者最小化反射镜的弯曲对于实现衍射受限的光学性能是关键的。

一种安装和对准光学器件(诸如望远镜的二次金属反射镜)的常用方法包括金刚石点加工镜片及其安装件两者的交界表面。一般地，一旦对准，就使用精确加工的运动紧固件(kinematic fastener)来将光学器件固定到外壳或其它安装结构，以使在紧固件、反射镜和安装件之间引起的螺栓应力最小化。虽然金刚石点加工的表面非常平，但它们不是完美的，因此，当它们之中的两个配合在一起时，得到的界面甚至较少是共面的，这典型地将一些弯曲引入到反射镜和安装件两者中。

运动硬件，诸如多对旋转垫圈，可用于紧固件和反射镜之间，也可用于反射镜与其安装件之间。从理论上讲，这种垫圈对可通过使用球形表面消除配合界面处的弯曲应力，这些球形表面“旋转(swivel)”以针对界面特征之间的任何角度非对准进行调整。虽然这种旋转能力补偿配合界面处的角度差异，但是在配合的旋转表面之间总是存在摩擦。尤其当连接紧固件被扭转以及摩擦力增加时，摩擦可妨碍完美的角对准。因此，这些垫圈的任何残留非对准可将紧固件预加载力耦合到反射镜和/或其安装件的弯曲中。来自运动硬件的预负载越高以及旋转垫圈中的角度非对准越大，组合地将更加大的弯曲力矩引入到反射镜中。在反射镜与其安装件之间利用旋转垫圈还增加这些位置关键部分之间的厚度和位置容许误差，这通常是非常不期望的。