Compensation APQ
Afin d’assurer l’invariance thermique, l’absence de jeu et une grande précision de centrage, nous avons développé pour nos Fluorite Quadruplet Polychromats une cellule optique à compensation thermique (cellule de compensation).
La nouvelle cellule de compensation est conçue pour une plage de température de fonctionnement de -20 °C à 40 °C (intervalle de température de travail ≥ 60 K) et une plage de stockage et de transport de -40 °C à 60 °C.
La conception de l’ensemble de cellule est présentée ci-dessous. Elle a été développée par Frank Dionies, Dipl.-Ing. (FH), avec les conseils techniques du Prof. Dr.-Ing. Manfred Steinbach (voir également la demande de brevet correspondante).
- Exigences
- Objectifs
- Cellule de compensation
Dans la fabrication d’instruments de précision – par exemple pour l’astronomie ou les applications spatiales – certains composants doivent conserver leur position et leur forme dans des limites définies, même dans des conditions de fonctionnement exigeantes.
Un objectif de lunette comprend plusieurs composants : des éléments optiques fabriqués dans différents matériaux avec des propriétés optiques, rayons et épaisseurs définis, ainsi que des éléments de maintien et la cellule. Les cellules destinées aux objectifs polychromatiques sont des ensembles de précision.
Lire la suiteChaque matériau possède son propre coefficient de dilatation thermique (CTE). Dans un assemblage constitué de matériaux différents, les composants se dilatent et se contractent donc de manière différente lorsque la température varie.
Dans l’assemblage, ces différences peuvent provoquer des déplacements et des contraintes qui dégradent la qualité d’image du système optique.
L’objectif du développement était une cellule restant thermiquement invariante, sans jeu et précisément centrée lors de variations importantes de température, sans limiter indûment le choix des matériaux.
Pour nos Fluorite Quadruplet Polychromats, cela signifiait définir une cellule capable de supporter un groupe de quatre éléments optiques ou davantage, fabriqués dans des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents.
Les éléments peuvent être couplés par un fluide optiquement transparent interposé (huile) et doivent être positionnés et maintenus par la cellule à des emplacements précisément définis les uns par rapport aux autres.
Tout jeu radial ou axial doit être évité. Ni les contraintes thermiques sur un intervalle de température de travail d’au moins 60 K (plage de fonctionnement de -20 °C à 40 °C), ni les variations de charge gravitationnelle sur les éléments ne doivent produire d’effets fonctionnellement significatifs, notamment une dégradation des performances optiques globales.
Lire la suiteLa dilatation différentielle pendant le transport et le stockage ne doit entraîner ni décentrage irréversible ni dommage. En fonctionnement, les éléments doivent rester centrés et exempts de contraintes nuisibles malgré la dilatation différentielle dans la plage de tolérance spécifiée.
Les éléments optiques doivent rester centrés sur toute la plage de température de fonctionnement avec la précision définie par l’analyse de tolérances.
Après exposition à toute température comprise dans la plage étendue de stockage et de transport (-40 °C à 60 °C), les éléments doivent retrouver leur position d’origine avec la précision requise dès que l’objectif revient dans sa plage de température de fonctionnement.
Une condition essentielle était la détermination précise des coefficients de dilatation thermique de tous les matériaux concernés, car les valeurs de catalogue des fabricants ne sont pas suffisamment précises pour le calcul de compensation.
Nous avons donc fait mesurer les coefficients de dilatation par un institut d’essais indépendant sur une plage de -100 °C à 100 °C avec une résolution de 0,125 nm, couvrant la plage de températures terrestres et atmosphériques pertinente.
La nouvelle cellule de compensation offre les avantages suivants par rapport aux cellules classiques :
Chaque élément optique est supporté sur six surfaces de contact ou davantage et maintenu en position stable par des éléments de compensation lorsque la température varie.
Le système optique atteint rapidement l’équilibre thermique sans compromettre la qualité d’image.
Les éléments restent solidement positionnés dans la cellule, ce qui évite toute dégradation due aux déplacements et supprime la nécessité d’un réajustement provoqué par de tels mouvements.
La nouvelle conception répond pleinement à notre objectif de monter les Fluorite Quadruplet Polychromats dans des cellules innovantes à compensation thermique.
Nous avons déposé auprès de l’Office allemand des brevets et des marques (DPMA) une demande de brevet pour la nouvelle conception de cellule sous le titre Thermisch kompensierte optische Fassungsbaugruppenuméro de dossier 10 2017 008 286.3.