УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОЧНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ВЕРШИНЫ ВТОРИЧНОГО ЗЕРКАЛА, СМЕЩЕННОГО ПО ОТНОШЕНИЮ К ВЕРШИНЕ ПЕРВИЧНОГО ЗЕРКАЛА ТЕЛЕСКОПА, И ТЕЛЕСКОП Российский патент 1998 года по МПК G02B23/00 G02B23/16 

Предлагаемое изобретение касается устройства, предназначенного для точного позиционирования вершины вторичного зеркала, центр которого смещен по отношению к вершине или центру первичного зеркала телескопа, а также телескопа оснащенного таким устройством.

Известно, что одной из весьма важных проблем, возникающих при эксплуатации телескопа, в частности телескопов, предназначенных для работы в космическом пространстве, является обеспечение и/или поддержание в процессе эксплуатации данного телескопа удовлетворительного центрирования оптических осей первичного и вторичного зеркал или рефлекторов, или, другими словами, удержание оптических элементов данного телескопа в заданном положении в условиях воздействия различных внешних возмещающих факторов, которому могут подвергаться телескопы в процессе их эксплуатации, в частности, в условиях космического пространства. Эту функцию достаточно трудно обеспечить при помощи только лишь пассивной конструкции.

Известно устройство по патенту США N 4629297 "Активная опора вторичного зеркала" от 24.09.85, используемое в телескопах с опорой, обеспечивающей пять степеней свободы.

Данное устройство взято за прототип.

В указанном устройстве вторичное зеркало смонтировано на опоре, соединенной с кольцевой рамкой, концентричной с опорой, при помощи средств связи.

Недостатком устройства по патенту США является недостаточное центрирование оптических осей первичного и вторичного зеркал.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача установить указанный недостаток. Данное изобретение касается устройства, позволяющего обеспечить активную коррекцию возможного нарушения заданного взаимного позиционирования между вершинами децентрированных первичного и вторичного зеркал или рефлекторов рассматриваемого в данном случае телескопа.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, предназначенном для точного позиционирования вершины вторичного зеркала или рефлектора, децентрированного по отношению к вершине первичного зеркала или рефлектора телескопа, причем упомянутое вторичное зеркало смонтировано на опоре, связанной с кольцевой рамкой, по меньшей мере приблизительно концентрической по отношению к упомянутой опоре, при помощи специальных средств связи, согласно изобретению средства связи содержат первый и второй удлиненные органы связи, располагающиеся в радиальном направлении и перекрещивающиеся друг с другом, причем упомянутые средства связи проходят по обе стороны от упомянутой опоры вдоль некоторого первого направления X-X и вдоль некоторого второго направления Y-Y, проходящих через центр упомянутой опоры, соответствующий вершине упомянутого вторичного зеркала или рефлектора. При этом упомянутые выше органы связи являются жесткими в продольном направлении и гибкими в поперечном направлении, причем каждый из упомянутых органов связи подлежит управлению с возможностью обеспечения смещения указанного органа связи вдоль указанного органа при помощи соответствующих приводных средств.

Таким образом, всякое отклонение от заданного положения оптических вершин разнесенных вдоль их общей оптической оси первичного и вторичного зеркал или рефлекторов может быть компенсировано путем смещения соответствующим образом упомянутой опоры вторичного зеркала в плоскости, определяемой упомянутыми выше осями X-X и Y-Y, с использованием возможности изгиба в поперечном направлении упомянутых органов связи, причем упомянутое смещение может быть выполнено без развития упомянутыми приводными средствами сколько-нибудь значительных усилий. Таким образом, предлагаемое устройство является достаточно точным в осуществлении требуемых перемещений и достаточно малогабаритным и легким, а также высокотехнологичным.

В предпочтительном варианте реализации каждый из упомянутых органов связи образован парой пластин, располагающихся так, что одна из пластин является продолжением другой. При этом первая и вторая пара упомянутых пластин располагаются перпендикулярно друг к другу и перпендикулярно по отношению к плоскости, определяемой упомянутыми выше первым X-X и вторым Y-Y направлениями.

В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения каждая из упомянутых пластин прикреплена с одной стороны к упомянутой опоре, а с другой стороны к тонкой гибкой пластинке, располагающейся перпендикулярно к упомянутой пластине и закрепленной на рамке вторичного зеркала.

В этом последнем случае упомянутые выше приводные средства содержит для каждой пары пластин, образующих органы связи, силовой привод, предназначенный для воздействия на упомянутую пару пластин посредством тонкой и гибкой пластинки, на которую этот силовой привод опирается.

В то же время, каждая из указанных тонких и гибких пластин может быть жестко связана с внутренней поверхностью внутри рамки вторичного зеркала данного телескопа посредством специальных опорных брусков.

В этом случае, в предпочтительном варианте реализации, каждый силовой привод представляет собой привод пьезоэлектрического типа, закрепленный на наружной поверхности внутри рамки вторичного зеркала телескопа и жестко связанный с соответствующей тонкой и гибкой пластинкой.

Упомянутые приводные средства могут управляться непосредственно, однако, в соответствии с одной из характеристик предлагаемого изобретения, может быть рассмотрен случай, когда предлагаемое устройство точного позиционирования содержит, по меньшей мере, один датчик, предназначенный для измерения величины децентрирования вершин первичного и вторичного зеркал данного телескопа и связанный со средствами автоматического управления упомянутыми приводными средствами.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, из которых:
фиг. 1 изображает схематически в перспективе вид телескопа, оснащенного устройством точного позиционирования в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 2 - схематически вид в поперечном разрезе относительно продольной оси телескопа рамки вторичного зеркала телескопа;
фиг. 3 - схематически вид в перспективе детали, иллюстрирующий более подробно способ установки силового привода в соответствии с предлагаемым изобретением.

Телескоп 1, предназначенный для использования в космическом пространстве и схематически представленный на фиг. 1, содержит, как это обычно принято, первую рамку 2 (заднюю, если смотреть по направлению распространения принимаемого данным телескопом пучка света, обозначенному на фиг. 1 стрелками F), в которой закреплено первичное зеркало 3 (вогнутое) с вершиной 3A, и вторую рамку 4 (переднюю, если смотреть по направлению распространения принимаемого данным телескопом пучка света), в которой закреплено вторичное зеркало 5 (выпуклое) с вершиной 5A. Первая и вторая рамки 2 и 4 имеют в целом кольцевую форму и поперечное сечение, например, прямоугольной формы, как это показано на фиг. 1, и связаны между собой решетчатой конструкцией 6, образованной некоторым количеством соединительных конструктивных элементов 7.

В то же время, упомянутое вторичное зеркало 5 смонтировано на опоре 8, связанной с упомянутой рамкой 4 при помощи конструкции 9 паукообразной формы с четырьмя ветвями 10, каждая из которых образована жесткой в продольном направлении и гибкой в поперечном направлении пластиной, причем упомянутые ветви 10 этой паукообразной конструкции, попарно проходят вдоль первого упомянутого выше направления X-X и вдоль второго упомянутого выше направления Y-Y и располагаются радиально, перекрещиваясь друг с другом под прямым углом в предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения. Упомянутые ветви паукообразной конструкции 9 определяют некоторую плоскость (в данном случае это плоскость чертежа, приведенного на фиг. 2), которая является перпендикулярной по отношению к продольной оси Z-Z данного телескопа, проходящей через вершины первичного зеркала 3 и вторичного зеркала 5. При этом упомянутые первое и второе направления проходят через центр 0 опоры 8, соответствующий вершине 5A вторичного зеркала 5.

Кроме того, как это показано на приведенных в приложении фигурах, упомянутые пластины 10 располагаются перпендикулярно по отношению к плоскости, определяемой осями X-X и Y-Y. Это означает, что плоскость этих пластин параллельна либо плоскости, определяемой осями X-X и Z-Z, либо плоскости, определяемой осями Y-Y и Z-Z, и каждая из этих пластин упомянутой паукообразной конструкции 9 жестко связана с опорой 8.

Кроме того, для обеспечения управления перемещением вдоль их продольной протяженности для каждой пары пластин 10 предусмотрен отдельный силовой привод 11, в частности, привод пьезоэлектрического типа, размещенный внутри рамки 4 и закрепленный на наружной поверхности этой рамки внутри нее 4B. Указанный силовой привод предназначен для воздействия на упомянутую выше тонкую гибкую пластинку 12, располагающуюся перпендикулярно к пластине 10, с которой указанная тонкая и гибкая пластина жестко связана. В то же время, указанная тонкая и гибкая пластина соединена с соответствующей внутренней поверхностью внутри рамки 4 посредством опорных брусков 13, причем для прохождения соответствующей пластины 10 внутрь упомянутой рамки предусмотрено специальное отверстие 14. Аналогичным образом другая пластина каждой пары жестко связана с аналогичной тонкой и гибкой пластинкой 15, располагающейся перпендикулярно к пластине 10 и прикрепленной к внутренней поверхности 4A соответствующего участка рамки внутри рамки посредством аналогичных опорных брусков 16 (см. фиг. 2).

Таким образом. понятно, что для относительно небольших перемещений ΔX и ΔY, составляющих, например, порядка нескольких сотен микрон и управляемых силовым приводом 11 на соответствующей оси рамки вторичного зеркала, тонкие и гибкие пластинки 15, располагающиеся перпендикулярно по отношению к направлению упомянутого перемещения, подвергаются изгибу, так же как и пластины 10, располагающиеся в данном "пауке" перпендикулярно к направлению этого перемещения, обеспечивая тем самым возможность перепозиционирования в плоскости X-X, Y-Y вершины вторичного зеркала. Благодаря введению элемента гибкости в принятых направлениях осуществления силового воздействия на упомянутые органы связи силовые приводы 11 не должны развивать значительных усилий для обеспечения перемещения соответствующих конструктивных элементов.

В описанной выше системе управления взаимным положением зеркал телескопа в соответствии с предлагаемым изобретением осуществляется без зазора или погрешности и не требует применения элементов качения или трения. С целью исключения возможности потери продольной устойчивости или возникновения продольного изгиба пластин 10 упомянутые силовые приводы должны действовать только в направлении растяжения упомянутых пластин, но не в направлении их сжатия, на всей протяженности хода восстановления центрирования. Таким образом, в предпочтительном варианте реализации указанные силовые приводы должны быть предварительно напряжены, заставляя тем самым упомянутые гибкие и тонкие пластинки изгибаться на всем ходе данного силового привода. Разумеется, вполне возможно, что выполняемое перепозиционирование в одном направлении потребует некоторой коррекции позиционирования и в другом направлении (это называется наведенной погрешностью).

Для осуществления позиционирования или перепозиционирования вершины вторичного зеркала по отношению к вершине первичного зеркала можно непосредственно управлять силовыми приводами, в частности, на земле, в процессе предварительной регулировки оптической оси данного телескопа, или использовать, как это схематично показано на фиг. 1, специальный автоматический контур управления, содержащий один или несколько датчиков нарушения заданного взаимного позиционирования 17 зеркал данного телескопа, связанных с блоком управления 18 силовыми приводами 11.

Предлагаемое изобретение используется для точного позиционирования вершины вторичного зеркала, децентрированного по отношению к вершине первичного зеркала телескопа, причем упомянутое вторичное зеркало смонтировано на опоре при помощи средств связи. В соответствии с данным изобретением средства связи содержат первый и второй удлиненные, радиальные и перекрещивающиеся органы связи, проходящие по обе стороны от опоры вдоль первого направления Х-Х и вдоль второго направления У-У, проходящих через центр опоры, соответствующий вершине упомянутого вторичного зеркала, причем упомянутые первый и второй органы связи выполнены жесткими в продольном направлении и гибкими в поперечном направлении и каждый из указанных органов связи выполнен с возможностью управления с целью его перемещения в направлении его продольного размера при помощи соответствующих приводных средств. Технический результат позволяет обеспечить активную коррекцию возможного нарушения заданного взаимного позиционирования между вершинами децентрированных первичного и вторичного зеркал телескопа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство позиционирования подвижного вторичного зеркала телескопа, содержащее опору, имеющую центр и поддерживающую вторичное зеркало так, что его вершина и центр опоры центрированы относительно продольной оси телескопа, кольцевую рамку, концентричную с опорой, средство связи опоры с кольцевой рамкой и привод для приведения в движение опоры, отличающееся тем, что средство связи включает в себя первую и вторую пары располагаемых радиально и перекрещивающихся друг с другом пластин, жестких в продольном направлении и гибких в поперечном, причем первая пара пластин располагается вдоль некоторого первого направления, а вторая пара пластин располагается вдоль некоторого второго направления и первое и второе направления перпендикулярны друг другу и проходят через центр опоры, при этом пластины расположены перпендикулярно плоскости, определяемой первым и вторым направлениями, и закреплены с одной стороны на опоре и с другой стороны - на гибкой пластине, размещенной перпендикулярно пластине и закрепленной на рамке вторичного зеркала, а привод перемещает пластины вдоль их продольных осей. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутые приводные средства содержат для каждой пары пластин один силовой привод, предназначенный для воздействия на упомянутую пару пластин посредством тонкой и гибкой пластинки, на которую опирается указанный силовой привод. 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что каждая из упомянутых тонких и гибких пластинок жестко связана с внутренней поверхностью внутри рамки вторичного зеркала при помощи опорных брусков. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что каждый силовой привод представляет собой привод пьезоэлектрического типа, закрепленный на наружной поверхности внутри рамки вторичного зеркала и жестко связанный с соответствующей тонкой пластинкой. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один датчик, предназначенный для измерения децентрирования вершин первичного и вторичного зеркал и соединенный со средствами управления приводными средствами. 6. Телескоп, отличающийся тем, что он оборудован устройством позицирования подвижного вторичного зеркала по п.1. 7. Телескоп по п.6, отличающийся тем, что упомянутые приводные средства содержат для каждой пары пластин один силовой привод, предназначенный для воздействия на упомянутую пару пластин посредством тонкой и гибкой пластинки, на которую опирается указанный силовой привод. 8. Телескоп по п.6, отличающийся тем, что каждая из упомянутых тонких и гибких пластинок жестко связана с внутренней поверхностью внутри рамки вторичного зеркала при помощи опорных брусков. 9. Телескоп по п.6, отличающийся тем, что каждый силовой привод представляет собой привод пьезоэлектрического типа, закрепленный на наружной поверхности внутри рамки вторичного зеркала и жестко связанный с соответствующей тонкой пластинкой. 10. Телескоп по п.6, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один датчик, предназначенный для измерения децентрирования вершин первичного и вторичного зеркал и соединен со средствами управления приводными средствами.