一种适用于环形太阳望远镜的热光阑制造技术

本发明专利技术提供了一种适用于环形太阳望远镜的热光阑，所述热光阑朝向光线入射的一端为反光面，另一端为底面，所述热光阑的反光面为倒圆锥体形，底面为正圆锥体形，所述倒圆锥体形的反光面与正圆锥体形的底面在两个锥体顶点处相切，形成通光孔，且所述反光面的倒圆锥体锥角为88°～93°。本发明专利技术的热光阑结构设计，强化了通光孔附近热控能力，优化了通光孔附近温度场，同时最大程度的减小了杂散光，抑制了鬼像，该热光阑温控效果好，无鬼像且杂散光抑制效果好，保证了望远镜的成像质量。

A kind of thermal diaphragm for annular solar telescope

【技术实现步骤摘要】
一种适用于环形太阳望远镜的热光阑
本专利技术涉及精密光学仪器
，尤其是涉及一种适用于环形太阳望远镜的热光阑。
技术介绍
太阳望远镜热光阑的设计面临着光阑的热控问题和视场外光的处理问题。关于热控问题，热光阑处的局部视宁度对望远镜最终成像效果有着重要影响，热光阑发热产生的湍流会引起像面抖动、像面离焦、像质下降等恶劣影响，为了抑制热光阑受光面热致湍流对像质的影响，需要对其进行热控，并保证热光阑不被热损坏。关于视场外光的处理，可分为鬼像和杂散光两部分：鬼像是视场外光线经光阑体定向反射后再次进入成像光路后产生的干扰像；杂散光为视场外光线照射在光阑体表面以及被光阑体反射至其它部件表面后产生的漫反射光。鬼像与杂散光可通过光阑体外形设计进行优化，原则是把视场外光线反射至远离光路的方向，避免照射到漫反射表面上；或可设置吸收体吸收掉这部分光线。光阑体的内腔设计与外形设计是耦合的，需综合考虑光阑体热控与光学性能进行设计。目前采用的热光阑结构根据反光面大体上可分为两类：一类是圆锥式的旋转结构，温度场控制较为均匀，光阑反光面近似一个圆锥面，视场外光线经反射后向四周散开，该结构需在光阑体周围设置吸收体处理该部分光线，设置吸收体后可有效控制住鬼像和杂散光的影响。另一类光阑是平板型，其温度场控制均匀性欠佳，反光面是带倾斜角度的平面镜，视场外光线被定向发射至预定方向，该方向若避开周边桁架，便可理想处理掉视场外光线。但圆锥式与平板式热光阑的外形结构导致在通光孔附近位置存在尖角(圆锥式尤为明显)，因为尖角外形结构会带来热传导路径长，导热截面积小的问题，不利于该位置热量传导，从而影响散热效果，导致通光孔附近温度较高。另外，目前开放式大口径太阳望远镜采用射流冲击和导流两种光阑体冷却方式，但是受平板式与圆锥式热光阑的外形结构影响，在通光孔附近的冷却腔内部亦存在尖角。对于射流冲击冷却方式而言，该处尖角导致射流喷口难以抵近通光孔区域，尖角区域冷却液不易流动，易形成死水区域等问题；对于导流方式而言，为保证热光阑散热效率，导流板同时也起到散热翅片作用，在结构上应与上盖连为一体，但该处空间较小，在上盖内腔加工导流板极为困难。因此，目前的太阳望远镜热光阑在温控方面存在的不足是，现有的平板式与圆锥式热光阑在通光孔位置温度高，且现有的冷却方式不能对该位置进行有效控温，从而导致通光孔附近区域产生的热致湍流对成像的不利影响更严重。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对环形望远镜自身光学结构特性，提供一种适用于环形太阳望远镜的热光阑，以解决现有技术中存在的上述不足。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种适用于环形太阳望远镜的热光阑，所述热光阑朝向光线入射的一端为反光面，另一端为底面，所述热光阑的反光面为倒圆锥体形，底面为正圆锥体形，所述倒圆锥体形的反光面与正圆锥体形的底面在两个锥体顶点处相切，形成通光孔，且所述反光面的倒圆锥体锥角为88°～93°。在一种优选的实施方式中，所述反光面的倒圆锥体锥角为91°。在一种优选的实施方式中，所述底面的正圆锥锥体外壁设置消光螺纹，且所述消光螺纹的反光面与光轴方向的夹角a为-1°～2°。在一种优选的实施方式中，所述消光螺纹的反光面与光轴方向的夹角a为0.5°。在一种优选的实施方式中，所述底面的正圆锥锥体的锥角角度大于光束发散角度。在一种优选的实施方式中，所述环形太阳望远镜的主镜周围设置吸收体。环形望远镜是在同轴格里高利光学结构基础上，主镜采用环形镜面的设计结构。该结构在控制望远镜造价的同时，保证了望远镜空间分辨率与偏振测量精度，降低了热光阑设计难度，成为了国内开放式地基太阳望远镜设计的主流方案。具体而言，环形主镜优势在于：1、保证空间分辨率的同时，降低了聚光面积，进而降低了热光阑承受的热功率。2、环形主镜聚光后的光束亦是环形，光束中部无成像光，为热光阑设计提供了更大空间。3、环形主镜内圈距成像光路还有一定距离，可利用这部分空间来解决鬼像和杂散光问题。本专利技术的适用于环形太阳望远镜的热光阑，在热控方面：热光阑通光孔附近热致湍流对成像影响更严重，此处温控要求更高。传统技术在该位置温控效果不理想，平板式热光阑还有温度场控制不均匀的问题，本专利技术提出倒圆锥反光面面型设计，强化了通光孔附近热控能力，优化了通光孔附近温度场。在光学性能方面：在光阑周围不设置吸收体的情况下，传统圆锥式热光阑将光线反射至四周，光线照射到其它部件后产生的杂散光较严重，需要在紧靠热光阑的位置设置吸收体，但对于同轴式光学结构而言在该位置处设置吸收体易遮挡到成像光，可利用空间较小，且该位置能量密度依旧挺大，需要为其提供制冷，导致该处热光阑设计变得很困难；对于平面反射式而言，在望远镜主副镜之间桁架结构复杂，主镜M1为快焦比情况下，反射光易照射至桁架上。本专利技术中，当倒圆锥反光面锥角选取91°时，可把大部分光线反射回主镜，经主镜再次反射后返回太阳，该处理方式在光路上基本沿原光路方向，故很少会被其它部件遮挡；且因主镜光洁度极高，故由主镜产生的杂散光也较少。对于反射至主镜周围的光线，其能量已极其微弱，且远离成像光路，对成像光路的干扰较小；亦可进一步利用环形主镜内圈距离成像光区域较远的特点，在该位置处设置吸收体进行处理，该处设置吸收体相比于传统圆锥式光阑附近的吸收体好处在于：该位置距成像光区域较远，消光效果更好；能量密度较低，不必额外设置冷却装置；供设计安放的空间区域较大。另外，本专利技术光阑体自身不带吸收体，热光阑有较小的体积，适用于同轴式光学结构的望远镜。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术热光阑结构示意图；图1a为正圆锥模型温度场示意图；图1b为倒圆锥模型温度场示意图；图2为主镜M1周围光线能量分布示意图；图3为太阳直射时的能量仿真图；图4a、图4b、图4c、图4d、图4e、图4f分别为当反光面的倒圆锥体锥角为90°、91°、93.7°、96.5°、87.6°、82.6°时的鬼像能量仿真图；图5为通光孔附近光线传播示意图；图6为图1消光螺纹处局部A放大图。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的一种适用于环形太阳望远镜的热光阑，所述热光阑朝向光线入射的一端为反光面1，另一端为底面2，所述热光阑的反光面1为倒圆锥体形，底面2为正圆锥体形，所述倒圆锥体形的反光面1与正圆锥体形的底面2在两个圆锥沿轴线上交融后相切，切面即是通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于环形太阳望远镜的热光阑，所述热光阑朝向光线入射的一端为反光面，另一端为底面，其特征在于：所述热光阑的反光面为倒圆锥体形，底面为正圆锥体形，所述倒圆锥体形的反光面与正圆锥体形的底面在两个锥体顶点处相切，形成通光孔，且所述反光面的倒圆锥体锥角为88°～93°。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于环形太阳望远镜的热光阑，所述热光阑朝向光线入射的一端为反光面，另一端为底面，其特征在于：所述热光阑的反光面为倒圆锥体形，底面为正圆锥体形，所述倒圆锥体形的反光面与正圆锥体形的底面在两个锥体顶点处相切，形成通光孔，且所述反光面的倒圆锥体锥角为88°～93°。


2.根据权利要求1所述的适用于环形太阳望远镜的热光阑，其特征在于：所述反光面的倒圆锥体锥角为91°。


3.根据权利要求1或2所述的适用于环形太阳望远镜的热光阑，其特征在于：所述底面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许方宇，张雨辰，黄善杰，徐稚，王飞翔，
申请(专利权)人：中国科学院云南天文台，
类型：发明
国别省市：云南;53