ТЕРМОКОМПЕНСАТОР ОПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Полезная модель относится к области оптико-механической промышленности и может быть использована в оптических приборах.
Компенсация расфокусировки оптической системы при колебаниях температуры является одной из часто встречающихся задач. Она осуществляется, как правило, подвижкой объектива, его компонента или приемника вдоль оптической оси. Движение производится с помощью набора специальных деталей, имеющих определенное значение коэффициентов линейного расширения, жидкостных резервуаров и двигателей.
Известно оптическое устройство, описанное в книге «Справочник конструктора оптико-механических приборов» (авторы Кругер М.Я. и др.), Машгиз., 1963 г., стр.371, фиг.268, которое состоит из корпуса и сочлененных с ним оправ оптических элементов, установленных с возможностью изменения воздушных промежутков между ними.
Недостатком такой оправы является необходимость участия человека в процессе устранения температурной расфокусировки.
Кроме того, известно изобретение «Оправа оптического устройства» №651290, опубликованное 05.03.1979 г., наиболее близкое по технической сущности, которое выбрано в качестве прототипа. В прототипе вопрос термокомпенсации решен путем автоматического уменьшения смещения плоскости изображения в зависимости от изменения температуры.
Возможность автоматической компенсации расфокусировки в известном изобретении достигается тем, что на корпусе жестко закреплен компенсационный элемент, выполненный в виде резервуара, снабженного жидкостью, с поршнем, связанным рычажным механизмом с оправой оптического элемента, имеющей возможность перемещаться вдоль оптической оси, а сечение А поршня, передаточное число I механизма, объем V резервуара, коэффициент β объемного расширения жидкости, коэффициент α линейного расширения материала резервуара, смещение ΔS плоскости изображения при изменении температуры на 1°, коэффициент К влияния перемещения оптического элемента, закрепленного в подвижной оправе, на смещение плоскости изображения связаны соотношением:
К недостаткам прототипа следует отнести низкую технологичность конструкции, обусловленную наличием большого количества ненадежных элементов и сложностью их компоновки. Кроме того, качество работы такого компенсатора существенно зависит от попадания воздуха в полости резервуара и поршня.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, - устранение влияния температурного фактора на точность функционирования оптического прибора, повышение качества изображения, создаваемого оптической системой, и надежности.
Данная задача решается за счет того, что в заявленной полезной модели, содержащей корпус, оправу оптических элементов, установленную с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и компенсационный элемент, соединенный с корпусом и через шарнирно-рычажный механизм, взаимодействующий с оправой, компенсационный элемент выполнен в виде стержня, установленного в теле корпуса, из материала с температурным коэффициентом линейного расширения, отличным от температурного коэффициента линейного расширения материала корпуса, с соблюдением выполнения следующих условий:
, где
Δl - величина линейного перемещения оправы;
n - соотношение плеч рычага;
1
2
(T-T) - перепад температур;
1
2
(α-α) - разность коэффициентов линейного расширения двух материалов;
ст
l - длина стержня.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции и повышение качества оптических приборов.
Причинно-следственная связь между совокупностью приведенных признаков устройства и указанным выше техническим результатом обусловлена выполнением компенсационного элемента в виде простейшей детали, устанавливаемой непосредственно в тело корпуса, и выбором материалов для них с различными коэффициентами линейного расширения. В результате взаимодействия их сопрягаемых поверхностей пропорционально изменению температуры изменяется длина компенсационного элемента, который через шарнирно-рычажный механизм перемещает оптическое функциональное устройство, автоматически устраняя тем самым температурную расфокусировку.
На чертеже показана принципиальная схема оправы применительно к объективу, являющаяся частью системы, в которой она установлена. Заявляемая полезная модель состоит из корпуса 1, установленного в вдоль оптической оси 0-0', компенсационного элемента (стержня) 2, передаточного механизма 3 (шарнирно-рычажный), оптического компонента 4, размещенного в оправе 5, и пружины 6, осуществляющей силовое замыкание системы.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
При увеличении температуры плоскость изображения смещается относительно первоначального положения. При этом происходит температурное изменение длины компенсационного стержня 2 вдоль оптической оси 00' в заданном направлении и на заданный отрезок за счет разности температурных коэффициентов линейного расширения материалов корпуса 1 и компенсационного стержня. 2. При перемещении стержень 2 давит первым плечом на рычаг передаточного механизма, который поворачивается вокруг шарнирной опоры, закрепленной на корпусе 1, и вторым плечом на оправу 5, что приводит к смещению оптического компонента 4 и исключает расфокусировку системы. При обратном изменении температуры оптический компонент 4 занимает исходное положение под воздействием пружины 6, в результате чего расфокусировка будет отсутствовать.
Заявляемое техническое решение может быть, например, реализовано, как описано ниже.
-6
-1
Температурный коэффициент линейного расширения активного элемента (компенсационного стержня) равен 8,6·10 град (сплав ВТ1-0).
1
Длина активного элемента L=100 мм.
-6
-1
Температурный коэффициент линейного расширения пассивного элемента (корпуса) равен 22,7·10 град (сплав Д16).
Длина активного элемента L=100 мм.
Передаточный механизм шарнирно закреплен на корпусе с образованием неравноплечного рычага с соотношением плеч 1:5.
При изменении температуры окружающей среды на величину +80°C длина стержня увеличивается на 0,0688 мм, длина корпуса возрастает на 0,1816 мм.
Перемещение конца малого плеча рычага относительно точки шарнирного закрепления ΔLm=0,1816-0,0688=0,1128 мм.
Таким образом, использование полезной модели позволяет создавать оптико-механические изделия, не подверженные температурной расфокусировке. Особенный интерес данное предложение представляет при работе приборов в двухспектральном диапазоне, где необходимо использовать материалы с термопараметрами, для которых невозможно подобрать материалы корпусов и оправ, обеспечивающих термостабильность без дополнительного регулирования. Кроме того, данная конструкция обеспечивает удобство и минимальную трудоемкость.