APQ 補償

温度変化に対する不変性、ガタのない保持、高い芯出し精度を確保するため、Fluorite Quadruplet Polychromat用の熱補償式光学レンズセル（補償セル）を開発しました。

新しい補償セルは、動作温度範囲-20 °C～40 °C（作動温度幅≥60 K）、保管・輸送温度範囲-40 °C～60 °Cを想定して設計されています。

セルアセンブリの設計概要を以下に示します。設計はFrank Dionies, Dipl.-Ing. (FH)が担当し、Prof. Dr.-Ing. Manfred Steinbachの技術助言を受けています（関連特許出願も参照）。

天文・宇宙用途などの精密機器製造では、厳しい使用条件下でも一部の部品が規定範囲内で位置と形状を維持しなければなりません。

屈折望遠鏡の対物レンズは、所定の光学特性、曲率半径、厚さを持つ異種材料の光学素子、保持部品、レンズセルなど複数の構成要素から成ります。ポリクロマティック対物レンズのセルは精密アセンブリです。

各材料には固有の熱膨張係数（CTE）があります。そのため異種材料から成るアセンブリでは、温度変化に応じて各部品の膨張・収縮量が異なります。

この差異によってアセンブリ内部に変位や応力が生じ、光学系の像品質を低下させる可能性があります。

開発目標は、材料選択を過度に制限することなく、大きな温度変化に対して熱的に安定し、ガタがなく、高精度な芯出しを維持するレンズセルでした。

当社のFluorite Quadruplet Polychromatでは、熱膨張係数の異なる材料からなる4枚以上の光学素子群を保持できるセルが必要となります。

各素子は光学的に透明な流体（オイル）を介して結合される場合があり、セルによって互いに厳密に規定された位置関係で配置・保持されなければなりません。

半径方向および軸方向のガタは許されません。少なくとも60 Kの作動温度幅（-20 °C～40 °C）で生じる熱応力や、光学素子に作用する重力荷重の変化によって、特に光学系全体の性能低下など機能上有意な影響が生じないことが必要です。

輸送・保管時の異なる熱膨張によって、不可逆的な芯ずれや損傷が生じてはなりません。使用中も、規定の公差範囲内で膨張差が生じても、素子は芯出しを維持し、有害な応力を受けないことが必要です。

光学素子は動作温度範囲全体で、公差解析により規定された精度で芯出し状態を維持しなければなりません。

拡張された保管・輸送温度範囲（-40 °C～60 °C）の任意の温度にさらされた後でも、対物レンズが動作温度範囲に戻れば、各素子は必要な精度で元の位置に復帰しなければなりません。

重要な前提条件は、関係するすべての材料の熱膨張係数を正確に求めることでした。メーカーのカタログ値だけでは補償計算に十分な精度が得られないためです。

そのため独立した試験機関に依頼し、地上および大気環境で想定される温度域を包含する-100 °C～100 °Cの範囲で、0.125 nmの分解能により熱膨張係数を測定しました。

新しい補償セルは従来型セルに対して次の利点があります。

各光学素子は6面以上の接触面で支持され、温度変化に応じて補償要素により安定した位置に保持されます。

光学系は像品質を損なうことなく速やかに熱平衡へ到達します。

素子はセル内で確実に位置保持されるため、移動による性能低下を防ぎ、そのような移動に起因する再調整も不要になります。

この新設計により、Fluorite Quadruplet Polychromatを革新的な熱補償セルに搭載するという当社の目標を完全に満たしています。

この新しいセル設計について、ドイツ特許商標庁（DPMA）に次の名称で特許出願を行いました。 熱補償式光学セルアセンブリ、出願番号10 2017 008 286.3。