APQ 보상
열적 불변성, 무유격 및 높은 센터링 정밀도를 보장하기 위해 당사는 Fluorite Quadruplet Polychromat용 열 보상 광학 렌즈 셀(보상 셀)을 개발했습니다.
새로운 보상 셀은 -20 °C~40 °C의 작동 온도 범위(작동 온도 간격 ≥ 60 K)와 -40 °C~60 °C의 보관 및 운송 온도 범위를 위해 설계되었습니다.
셀 어셈블리의 구조는 아래에 설명되어 있습니다. 이 설계는 Frank Dionies, Dipl.-Ing. (FH)가 개발했으며 Prof. Dr.-Ing. Manfred Steinbach의 기술 자문을 받았습니다(관련 특허 출원도 참조).
- 요구사항
- 대물렌즈
- 보상 셀
정밀 기기 제작에서는 예를 들어 천문 또는 우주 응용 분야에서 일부 부품이 까다로운 작동 조건에서도 정해진 한계 내에서 위치와 형상을 유지해야 합니다.
굴절망원경 대물렌즈는 여러 구성요소로 이루어집니다. 서로 다른 재료로 제작되고 정해진 광학 특성, 곡률반경 및 두께를 갖는 광학 요소와 고정 요소, 그리고 렌즈 셀로 구성됩니다. 폴리크로매틱 대물렌즈의 셀은 정밀 어셈블리입니다.
계속 읽기모든 재료에는 고유한 열팽창계수(CTE)가 있습니다. 서로 다른 재료로 구성된 어셈블리에서는 온도 변화에 따라 각 부품의 팽창 및 수축량이 서로 다릅니다.
어셈블리 내부에서 이러한 차이는 변위와 응력을 발생시켜 광학 시스템의 화질을 저하시킬 수 있습니다.
개발 목표는 큰 온도 변화에서도 열적으로 안정되고 유격이 없으며 정밀한 센터링을 유지하면서 재료 선택을 과도하게 제한하지 않는 렌즈 셀이었습니다.
Fluorite Quadruplet Polychromat의 경우 서로 다른 열팽창계수를 가진 재료로 제작된 4개 이상의 광학 요소 그룹을 지지할 수 있는 셀을 규정해야 했습니다.
광학 요소는 사이에 광학적으로 투명한 유체(오일)를 사용해 결합할 수 있으며, 셀은 각 요소를 서로에 대해 정밀하게 정의된 위치에 배치하고 유지해야 합니다.
반경 방향 및 축 방향 유격은 없어야 합니다. 최소 60 K의 작동 온도 간격(-20 °C~40 °C 작동 범위)에서 발생하는 열응력과 광학 요소에 작용하는 중력 하중의 변화가 기능적으로 유의미한 영향을 주어서는 안 되며, 특히 전체 광학 성능을 저하시켜서는 안 됩니다.
계속 읽기운송 및 보관 중의 차등 팽창으로 인해 비가역적인 디센터링이나 손상이 발생해서는 안 됩니다. 작동 중에는 지정된 허용 범위 내의 차등 팽창에도 불구하고 광학 요소가 중심을 유지하고 유해한 응력이 발생하지 않아야 합니다.
광학 요소는 전체 작동 온도 범위에서 공차 해석으로 정의된 정밀도로 중심을 유지해야 합니다.
확장 보관 및 운송 온도 범위(-40 °C~60 °C)의 어떤 온도에 노출된 후에도 대물렌즈가 작동 온도 범위로 돌아오면 각 요소는 요구되는 정확도로 원래 위치에 복귀해야 합니다.
필수 전제조건은 관련된 모든 재료의 열팽창계수를 정밀하게 결정하는 것이었습니다. 제조업체 카탈로그 값은 보상 계산에 필요한 정확도를 충족하지 못하기 때문입니다.
따라서 당사는 독립 시험기관에 의뢰하여 -100 °C~100 °C 범위에서 0.125 nm의 분해능으로 열팽창계수를 측정했으며, 이는 관련 지상 및 대기 온도 범위를 포괄합니다.
새로운 보상 셀은 기존 셀에 비해 다음과 같은 장점을 제공합니다:
각 광학 요소는 6개 이상의 접촉면에서 지지되며 온도 변화 시 보상 요소에 의해 안정적인 위치를 유지합니다.
광학 시스템은 화질 저하 없이 빠르게 열평형에 도달합니다.
광학 요소는 셀 내부에서 안정적으로 유지되어 이동으로 인한 성능 저하를 방지하고, 이러한 이동 때문에 재조정해야 할 필요를 없앱니다.
새로운 설계는 Fluorite Quadruplet Polychromat를 혁신적인 열 보상 셀에 장착하려는 당사의 목표를 완전히 충족합니다.
당사는 새로운 셀 설계에 대해 독일 특허상표청(DPMA)에 다음 명칭으로 특허를 출원했습니다 열 보상 광학 마운트 어셈블리, 출원번호 10 2017 008 286.3.