大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面組件。本實(shí)用新型包括熱管與視場(chǎng)光闌，熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構(gòu)成環(huán)形腔，相鄰環(huán)形腔之間連通；所述的視場(chǎng)光闌位于熱管底部，其截面呈橢圓形，視場(chǎng)光闌中的光闌擋板與熱管底端的形狀吻合，視場(chǎng)光闌的光通道貫穿熱管，其位于熱管底端的為通光入口，位于熱管定端的為通光出口。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了精確小視場(chǎng)的控制、大密度熱流排散的功能集成，順應(yīng)了太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡發(fā)展過程中有效視場(chǎng)不斷減小、成像口徑不斷增大的實(shí)際需求。
【專利說(shuō)明】大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面組件。

【背景技術(shù)】
[0002]不斷提高圖像的空間分辨率成為目前太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡發(fā)展的主要趨勢(shì)。為獲取高空間分辨率的圖像，光學(xué)系統(tǒng)的主反射鏡的口徑不斷增大(一般大于lm)、成像視場(chǎng)不斷減小(一般達(dá)到3 ')。然而，大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)日成像過程中，主焦面視場(chǎng)光闌在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的兩大問題成為制約光學(xué)系統(tǒng)獲取高質(zhì)量成像目標(biāo)的主要因素:
[0003](I)通過主反射鏡聚焦到焦面處視場(chǎng)光闌上的太陽(yáng)光熱量極高，例如口徑為Im的主反射鏡聚焦到焦面的熱量可超過千瓦。主焦面處大密度熱流的排散一直成為熱控設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，熱流排散的效果將直接影響主焦面的溫度水平，進(jìn)而制約光學(xué)系統(tǒng)獲取高空間分辨率圖像的性能。
[0004](2)為獲取高性噪比圖像，主焦面處視場(chǎng)光闌需要嚴(yán)格控制成像視場(chǎng)。太陽(yáng)全日面視場(chǎng)為32 ,，視場(chǎng)光闌控制3 ,視場(chǎng)的通光孔徑尺寸一般約為3mmX3mm。主焦面處視場(chǎng)光闌的設(shè)計(jì)一直是光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通光孔徑的幾何精度將直接影響光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)雜散光水平，進(jìn)而影響光學(xué)系統(tǒng)獲取高性噪比圖像的性能。
[0005]以上兩個(gè)問題在以往的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，分別屬于熱控設(shè)計(jì)與消雜散光設(shè)計(jì)的范疇，兩者是獨(dú)立分離的。然而在大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)上述兩大問題并不是完全相互獨(dú)立的，而且也很難獨(dú)立解決。主要原因在于:
[0006](I)視場(chǎng)光闌攔截的雜散光是帶有巨大熱量的太陽(yáng)光，積聚在視場(chǎng)光闌會(huì)形成大密度的熱流、引起結(jié)構(gòu)的熱變形，極易影響視場(chǎng)光闌通光孔徑的精度，進(jìn)而降低視場(chǎng)光闌制約視場(chǎng)外的雜散光進(jìn)入后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)的能力。
[0007](2)視場(chǎng)光闌攔截的雜散光攜帶巨大的熱量，造成視場(chǎng)光闌的溫度水平超標(biāo)，影響光學(xué)元件溫度梯度的分布情況，進(jìn)而破壞光學(xué)系統(tǒng)嚴(yán)格控制各個(gè)光學(xué)元件的熱控目標(biāo)。
[0008]在大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中，視場(chǎng)光闌攔截的太陽(yáng)光成為主要熱源與雜散光源，具有不可忽視的熱效應(yīng)與雜散光效應(yīng)，成為熱控設(shè)計(jì)與消雜散光設(shè)計(jì)的共同抑制目標(biāo)。因此，該視場(chǎng)光闌結(jié)構(gòu)應(yīng)兼具散熱功能與消雜散光功能。
[0009]目前，大部分太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主反射鏡焦面的熱量排散依靠視場(chǎng)光闌背部配置的具有大容量的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，但是普遍存在溫控精度差、結(jié)構(gòu)龐大的缺點(diǎn)，無(wú)法滿足高精度太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡、空間太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實(shí)用新型主要解決大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡小視場(chǎng)觀測(cè)時(shí)主焦面處熱流與雜散光積聚的技術(shù)問題，提供了一種大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面組件。
[0011]本實(shí)用新型包括熱管與視場(chǎng)光闌，熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構(gòu)成環(huán)形腔，相鄰環(huán)形腔之間連通；
[0012]所述的視場(chǎng)光闌位于熱管底部，其截面呈橢圓形，視場(chǎng)光闌中的光闌擋板與熱管底端的形狀吻合，視場(chǎng)光闌的光通道貫穿熱管，其位于熱管底端的為通光入口，位于熱管定端的為通光出口。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0014]焦面組件將目前主焦面處的散熱系統(tǒng)、視場(chǎng)光闌系統(tǒng)集成為一體，實(shí)現(xiàn)了精確小視場(chǎng)的控制、大密度熱流排散的功能集成，順應(yīng)了太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡發(fā)展過程中有效視場(chǎng)不斷減小、成像口徑不斷增大的實(shí)際需求。
[0015]焦面組件設(shè)計(jì)過程中將傳統(tǒng)熱設(shè)計(jì)、消雜散光設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合，重點(diǎn)解決熱設(shè)計(jì)與消雜散光設(shè)計(jì)過程中兩大交叉因素幾何特性、表面光學(xué)特性的兼容設(shè)計(jì)，避免大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中出現(xiàn)的矛盾與制約。
[0016]對(duì)于空基式太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，該設(shè)計(jì)方法的焦面組件將主焦面的視場(chǎng)光闌結(jié)構(gòu)、散熱系統(tǒng)進(jìn)行了集成，結(jié)構(gòu)緊湊，便于裝備，適應(yīng)于空間光學(xué)系統(tǒng)的重量輕、結(jié)構(gòu)小的特殊需求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，一種兼具控制視場(chǎng)與迅速散熱的焦面組件包括通光入口 1、散冷卻液存儲(chǔ)腔2、冷卻液入口 3、通光出口 4、冷卻液出口 5和光闌擋板6。
[0020]焦面組件將放置在太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主反射鏡焦面位置，即通光入口 I的中心位置與望遠(yuǎn)鏡主光路焦點(diǎn)重合。經(jīng)過主反射鏡聚焦到焦點(diǎn)的太陽(yáng)光，其中有效視場(chǎng)內(nèi)的成像光將經(jīng)過通光入口進(jìn)入焦面組件，并從焦面組件后端(通光出口 4)離開，進(jìn)入后續(xù)矯正光學(xué)元件(如:偏振片)。有效視場(chǎng)外的非成像光線將被焦面組件前端的6(光闌擋板)攔截而無(wú)法進(jìn)入后續(xù)的光學(xué)元件，從而保證了光學(xué)成像的質(zhì)量。焦面組件結(jié)構(gòu)為中空型，內(nèi)部填充冷卻液。冷卻液從上端的(冷卻液入口 3)進(jìn)入焦面組件，通過重力作用，在下端的(冷卻液出口 5)離開焦面組件，將積聚在光闌擋板上的大量熱量流散到遠(yuǎn)端的冷凝段。從而實(shí)現(xiàn)大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面的小視場(chǎng)控制與大熱流的排散功能，可以將焦面組件的溫度控制在5(T60°C以下的范圍
[0021]如圖1所示，視場(chǎng)光闌的擋板為熱管的蒸發(fā)段。為了最大可能將視場(chǎng)光闌上的熱量迅速轉(zhuǎn)移，熱管蒸發(fā)段的截面與視場(chǎng)光闌的外形一致。
[0022]視場(chǎng)光闌中心的通光孔貫穿整個(gè)焦面組件，實(shí)現(xiàn)控制視場(chǎng)、消除雜散光的目的。為了嚴(yán)格控制成像視場(chǎng)，通光口徑需要配合視場(chǎng)光闌設(shè)置成相同的尺寸，保證通過視場(chǎng)光闌后的成像光進(jìn)入后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)。
[0023]擋光板與視場(chǎng)光闌具有相同截面，蒸發(fā)段與冷凝段的連接段的排放沿視場(chǎng)光闌的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置，將熱管蒸發(fā)段處收集的熱量傳遞到遠(yuǎn)離主焦面區(qū)域的熱管冷凝段。熱管冷凝段設(shè)置在望遠(yuǎn)鏡支撐結(jié)構(gòu)的外部，為了最大可能盡快冷凝回流散熱工作液，在選用氨為特定的散熱工作液的同時(shí)，還設(shè)置了熱輻射板與熱管冷凝段相連接。其中涉及到的最大散熱量、輻射板面積需要遵循熱設(shè)計(jì)的要求。
[0024]為了最大可能減小熱控的壓力，視場(chǎng)光闌的正面涂覆具有高反射率的熱控涂層，用以減少主反射鏡聚焦的熱流吸收量。涂層的吸收率、發(fā)射率、散射分布情況需要結(jié)合熱設(shè)計(jì)與消雜散光設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)確定。
[0025]焦面組件的材料采用具有良好的熱傳導(dǎo)率、與工作液及工作環(huán)境具有良好的相容性、有足夠的強(qiáng)度和剛度的銅或鋁。對(duì)于地基式太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，首選導(dǎo)熱性能好的銅材料；對(duì)于空基式太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡，為了盡可能減少有效載荷，首選導(dǎo)熱性能好且重量輕的鋁材料。
[0026]在整個(gè)成像過程中，太陽(yáng)光通過主反射鏡的匯聚到達(dá)主焦面處，其中大部分視場(chǎng)外的太陽(yáng)光被視場(chǎng)光闌正面的高反射涂層反射出成像光路；視場(chǎng)內(nèi)的成像光通過視場(chǎng)光闌與熱管貫穿的通光孔徑進(jìn)入后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)；小部分視場(chǎng)外的太陽(yáng)光被視場(chǎng)光闌的截面遮擋并吸收后需要依靠焦面組件的散熱系統(tǒng)排散出光學(xué)系統(tǒng)。這些熱量會(huì)蒸發(fā)截面背后熱管的蒸發(fā)段內(nèi)的液相工質(zhì)，汽化潛熱被蒸發(fā)后的工質(zhì)輸送到遠(yuǎn)離主焦面的冷凝段處冷凝，并放出汽化潛熱。
【權(quán)利要求】
1.大口徑太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡主焦面組件，包括熱管與視場(chǎng)光闌，其特征在于:熱管呈倒錐形，熱管的上端開有冷卻液入口，冷卻液在重力的作用下從熱管的下端的冷卻液出口排出，所述的熱管在高度方向上有多段，每段構(gòu)成環(huán)形腔，相鄰環(huán)形腔之間連通； 所述的視場(chǎng)光闌位于熱管底部，其截面呈橢圓形，視場(chǎng)光闌中的光闌擋板與熱管底端的形狀吻合，視場(chǎng)光闌的光通道貫穿熱管，其位于熱管底端的為通光入口，位于熱管定端的為通光出口。
【文檔編號(hào)】G02B23/00GK203981971SQ201420354909
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】李蓉, 張巨勇, 金嘉蕾, 陳志平 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)