Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей Российский патент 2018 года по МПК G02B5/122 B29D11/00 

Изобретение относится к технологии изготовления высокоточных зеркально-призменных уголковых отражателей.

Изобретение направленно на улучшение технологии изготовления призматического уголкового отражателя (УО) с тремя плоскими, ориентированными взаимно перпендикулярно, отражающими гранями, разделяющего падающий на него пучок параллельных световых лучей одного направления на отраженные пучки параллельных световых лучей двух заданных направлений.

Решение такой задачи (разделения падающего на УО пучка параллельных световых лучей одного направления на отраженные пучки параллельных световых лучей двух заданных направлений) связано с необходимостью уменьшения влияния скоростной аберрации при дальномерных измерениях, например, для ГЛОНАС и GPS. В этом случае от УО, установленного на спутнике с целью лазерной дальнометрии, можно получать отраженные сигналы с большей мощностью.

Известно [1], что УО разделяет падающий на него (проходящий через его входную грань) пучок параллельных световых лучей одного направления на шесть отраженных им пучков параллельных световых лучей, каждый из которых после отражения выходит через зону своего выходного окна, на общей выходной грани УО, совпадающей с входной гранью. Если имеется УО с тремя плоскими и строго перпендикулярными отражающими гранями, то в соответствии с геометрической оптикой все шесть пучков параллельных световых лучей отражаются по одному направлению, параллельному направлению падающего пучка.

Обычно два заданных направления для отраженных пучков параллельных световых лучей обеспечивают за счет нарушений взаимной перпендикулярности между отражающими гранями УО. Например, при изготовлении УО стремятся выдержать отклонение от перпендикулярности между первой и второй отражающими гранями близким к нулевому значению. Отклонение от перпендикулярности между второй и третьей отражающими гранями (обозначим его углом β) и отклонение от перпендикулярности между третьей и первой отражающими гранями (обозначим его углом α) стремятся выдержать равными

где V - угловая величина, определяемая скоростной аберрацией (например, 4''…10'');

n - показатель преломления стекла УО (n≈1,5).

Такой УО устанавливают на спутнике так, чтобы ребро, образованное первой и второй отражающими гранями, располагалось в плоскости перемещения приемо-передающей части локатора.

Применение для изготовления таких УО традиционной технологии [2] обеспечивает заданные отклонения для двугранных углов с погрешностями изготовления до угловых секунд, вместо необходимых отклонений с погрешностями изготовления до десятых долей угловой секунды. Для таких случаев выполняется специальная доработка. Для создания УО, обеспечивающего заданные направления отраженных пучков параллельных световых лучей, изменяют двугранные углы, например, методом вакуумного реактивного напыления клиновидных слоев стекла на отражающие грани [3]. В таком случае наилучшее решение задачи получается, когда три из шести отраженных УО пучка параллельных световых лучей имеют одно заданное направление под требуемым углом V к направлению падающего луча. При этом (по оптическим свойствам УО) три других, отраженных УО пучка параллельных световых лучей, будут иметь другое направление под углом V к направлению падающего пучка, которое можно построить по первому направлению, если его повернуть на 180 градусов вокруг направления падающего пучка лучей.

Недостатком известного способа является то, что сравнительно небольшие погрешности нанесения клиновидных слоев на отражающих гранях приводят к большим величинам угловых погрешностей для отраженных УО пучков параллельных световых лучей. Например, для вышеприведенного случая погрешность Δδ нанесения на отражающую грань клиновидного слоя в 0,2'' приводит к погрешности ΔV углового положения направления отраженных УО параллельных пучков световых лучей на величину примерно равную 1'', т.е.

Невозможность создания в требуемой плоскости отраженных пучков параллельных световых лучей двух заданных направлений при произвольной ориентации УО вокруг направления падающего пучка лучей. Также при данной коррекции могут оставаться погрешности ΔV угловых положений направлений отраженных УО пучков параллельных световых лучей из-за неучтенных отступлений от плоскости реальных поверхностей УО и неоднородностей материала стекла. Данную коррекцию невозможно проводить для УО с уже нанесенными на отражающие грани покрытиями.

Кроме того, имеются проблемы с обязательным высокоточным технологическим контролем при такой коррекции: требуется проводить контроль углов до десятых долей угловой секунды.

Известен способ [4] коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем (УО) пучков параллельных световых лучей, при котором размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и формируют на выходе из объектива коллиматора пучок параллельных световых лучей, который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину, отражают этот пучок от нее и направляют его на, ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка, входную грань призматического уголкового отражателя, который после отражения разделяет входящий в него пучок параллельных лучей на шесть отраженных пучков параллельных лучей, которые через светоделительную пластину направляют в приемный канал с объективом и микрометром в фокальной плоскости объектива приемного канала, получают в фокальной плоскости объектива приемного канала шесть изображений точечной диафрагмы и измеряют микрометром координаты точечных изображений. Однако из-за наличия дифракции для отраженных пучков на зонах (на шести зональных выходных окон) для всех отраженных одновременно пучков, при наличии малых угловых отклонений между пучками, имеется сложность в их различении и идентификации из-за наложения получающихся дифракционных изображений.

По совокупности и последовательности технологических операций, способ [4] является наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению.

Задачей изобретения является создание способа коррекции направлений отраженных уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей, устраняющим указанные недостатки.

Технический результат - получение способа коррекции направлений отраженных уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей повышенной надежности и точности.

Это достигается тем, что в способе коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем (УО) пучков параллельных световых лучей, при котором размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и формируют на выходе из объектива коллиматора один пучок параллельных световых лучей (ПСЛ), который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину, отражают этот пучок от нее и направляют его на ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка входную грань УО, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО, через светоделительную пластину отраженные пучки ПСЛ направляют в приемный канал с объективом и микрометром, расположенным в фокальной плоскости приемного канала, получают в фокальной плоскости приемного канала точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты, - коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления отраженных УО пучков ПСЛ, для этого выбор зон входной грани УО происходит следующим образом, после прохождения через светоделительную пластину шести отраженных пучков ПСЛ используют диафрагму с выходным окном, с помощью которого измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды, а именно, с помощью выходного окна диафрагмы выделяют один отраженный пучок ПСЛ направления (i=1, 2, … 6), затем связывают с входной гранью УО прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО на входную грань, ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО, ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой и второй отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей отражающей грани с входной гранью, связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала систему координат X'O'Y', у которой оси O'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ, измеряют микрометром вдоль осей O'Х' и O'Y' координаты x'_i и y'_i точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, затем поворачивают УО и диафрагму вокруг направления пучка ПСЛ, падающего на УО, на 180° и вновь измеряют вдоль осей O'Х' и O'Y' микрометром координаты x''_i и y''_i полученного точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, указанные операции повторяют для каждого из шести отраженных пучков ПСЛ, меняя положение выходного окна диафрагмы, затем определяют угловые отклонения для каждого из шести направлений отраженных уголковым отражателем пучков ПСЛ, от направления падающего на УО пучка ПСЛ, как

где

ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала,

и определяют вектор направления отраженных пучков ПСЛ, как после чего, вычисляют корректирующий вектор отклонения от требуемого направления как

где V_xi и V_yi - заданные угловые отклонения требуемого направления

получают числовое значение k_i модуля корректирующего вектора отклонения для каждого из шести пучков ПСЛ как

отбирают из шести полученных значений модулей три их значения k_i, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра и назначают их как модуль k_j для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя,

далее определяют угол δ_j клиновидного слоя для нанесения на зону j входной грани УО, как

где

k_j - значение модуля для выбранной зоны входной грани УО с номером j,

n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя для УО, после чего, определяют ориентацию направлений наносимых клиновидных слоев, для этого определяют в системе координат OXY входной грани полярный угол ϕ_j ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в окне с номером j, как ориентацию направления вектора который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя, причем

или если или если или если или если угол ϕ_j отсчитывается как поворот радиус-вектора от оси ОХ в системе координат OXY входной грани УО против часовой стрелки, если смотреть на ось Z (или на входную грань), после чего производят нанесение клиновидных слоев на выбранные зоны входной грани последовательно, при этом закрывают входную грань УО маской с доступом к одной из зон с номером j, наносят клиновидный слой с углом δ_j на эту зону, причем плоскость главного сечения клиновидного слоя ориентируют под полярным углом ϕ_j параллельно вектору с толстым слоем, ориентированным по направлению этого вектора.

Коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ в предлагаемом изобретении производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления отраженных УО пучков ПСЛ.

Для этого рассмотрим последовательность выполнения всех операций способа с помощью схематичного изображения установки для измерения - фиг. 1.

Как и в известном способе, в фокальной плоскости объектива коллиматора 1 размещают точечную диафрагму S, подсвечивают ее и формируют на выходе из объектива коллиматора один пучок параллельных световых лучей (ПСЛ) направления который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину 2. Отражают этот пучок от светоделительной плоскопараллельной пластины 2 и направляют его на ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка входную грань УО 3, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО 3 (фиг. 2). Далее, шесть отраженных пучков ПСЛ проходят через ту же светоделительную пластину 2 и направляются в приемный канал 4 с объективом 5 и микрометром 6, расположенным в фокальной плоскости приемного канала. Получают в фокальной плоскости приемного канала точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты.

Однако, в отличие от известного способа, после прохождения через светоделительную пластину 2 шести отраженных пучков ПСЛ они встречают на своем пути диафрагму 7 с окном 8, которое выделяет только один отраженный пучок ПСЛ направления выходящий из зоны УО с номером i (i=1, 2, … 6). При этом закрытой частью диафрагмы 7 перекрывают все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. С помощью такой диафрагмы 7 измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды.

Предварительно, для возможности дальнейшего однозначного определения расположения зон на входной (выходной) грани УО, мест для окна диафрагмы, задаваемых и измеряемых относительно зон направлений ПСЛ и ориентации нанесения на выбранные зоны клиновидных слоев, связывают с входной (выходной) гранью призматического УО с тремя отражающими плоскими гранями I, II и III (фиг. 2) прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО (под вершиной УО понимается точка пересечения трех его отражающих граней I, II и III) на входную грань. На входной (выходной) грани УО показаны шесть выходных зон i=1, i=2, i=3, i=4, i=5, i=6.

Ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО. Ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой I и второй II отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей III отражающей грани с входной гранью. Связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала 5 (фиг. 1) систему координат X'O'Y', у которой оси O'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ.

Делают первое измерение микрометром вдоль осей O'Х' и O'Y' координат x'_i и y'_i одного точечного изображения S'_i от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала 4. Т.е. измеряют координаты изображения, которое получено только от одного пучка направления прошедшего через открытую часть 8 диафрагмы 7. После чего поворачивают УО 3 и диафрагму 7 вокруг направления пучка ПСЛ падающего на УО на 180° и вновь измеряют вдоль осей O'Х' и O'Y' микрометром координаты x''_i и y''_i полученного точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала. Указанные операции повторяют для каждого из шести отраженных пучков ПСЛ, меняя положение окна 8 диафрагмы 7.

Затем определяют угловые отклонения для каждого из шести направлений отраженных уголковым отражателем пучков ПСЛ, от направления падающего на УО пучка ПСЛ, как

где ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала.

Определяют вектор направления отраженных пучков ПСЛ, как

После этого вычисляют корректирующий вектор отклонения от требуемого направления как

где V_xi и V_yi - заданные угловые отклонения требуемого направления

Получают числовое значение k_i модуля корректирующего вектора отклонения для каждого из шести пучков ПСЛ как

Отбирают из шести полученных значений модулей три их значения k_i, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра. Назначают их как модули k_j для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя.

Далее определяют угол δ_j клиновидного слоя для нанесения на зону j входной грани УО, как

где k_j - значение модуля для выбранной зоны входной грани УО с номером j, n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя для УО. После чего, определяют ориентацию направлений наносимых клиновидных слоев. Для этого определяют в системе координат OXY входной грани полярный угол ϕ_j ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в окне с номером j, как ориентацию направления вектора который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя, причем

или если или если или если или если

Угол ϕ_j отсчитывается как поворот радиус-вектора от оси ОХ в системе координат OXY входной грани УО против часовой стрелки, если смотреть на ось Z (или на входную грань).

После этого производят нанесение клиновидных слоев на выбранные зоны входной грани последовательно. При этом закрывают входную грань УО маской, с доступом к одной из зон с номером j. Наносят клиновидный слой с углом δ_j на эту зону, причем плоскость главного сечения клиновидного слоя ориентируют под полярным углом ϕ_j параллельно вектору с толстым слоем, ориентированным по направлению этого вектора.

Нанесение клиновидного слоя может осуществляться, например, на установке методов вакуумного реактивного напыления [3]. Установка может наносить на горизонтальной плоскости заданные клиновидные слои по любому заданному направлению в этой плоскости. Тогда, для нанесения клиновидного слоя, закрывают, ориентированную горизонтально, входную грань УО маской с открытым окном для зоны с номером j. Над открытой зоной с номером j располагают установку для нанесения клиновидного слоя с углом δ_j, причем установку для нанесения клиновидного слоя поворачивают вокруг вертикальной оси на расчетный угол ϕ_j, ориентируя направление нанесения клиновидного слоя в системе координат OXY с учетом полярного угла ϕ_j (фиг. 3) параллельно вектору с толстым слоем, направленным по направлению этого вектора. Затем наносят клиновидный слой. Такие же операции повторяют для зон со следующими номерами j.

Рассмотрим конкретный пример применения способа коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей. Например, после изготовления УО по традиционной технологии [2] его контролируют на установке фиг. 1 с фокусным расстоянием ƒ'' приемного канала 4, равным 1000 мм.

В отличие от известного способа выделяют окном 8 диафрагмы 7 пучок параллельных световых лучей, выходящий из зоны УО с номером i=1. При этом перекрываются все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти зон. С помощью такой диафрагмы 7 измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды.

Предварительно, в первоначальном положении уголкового отражателя, для возможности дальнейшего однозначного определения расположения зон на входной (выходной) грани УО, мест для окна диафрагмы, задаваемых и измеряемых относительно зон направлений ПСЛ и ориентации нанесения на выбранные зоны клиновидных слоев, связывают с входной (выходной) гранью призматического УО с тремя отражающими плоскими гранями I, II и III (фиг. 2) прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО (под вершиной УО понимается точка пересечения трех его отражающих граней I, II и III) на входную грань. На входной (выходной) грани УО показаны шесть выходных зон i=1, i=2, i=3, i=4, i=5, i=6.

Ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО. Ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой I и второй II отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей III отражающей грани с входной гранью. Связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала 5 (фиг. 1) систему координат X'O'Y', у которой оси O'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ.

В таком положении УО измеряют микрометром (в качестве микрометра используется современный матричный приемник с размерами пикселя до микрон) координаты x'₁ и y'₁ точечного изображения в фокальной плоскости объектива 5 приемного канала 4. Например, получено x'₁=-5,5 мкм, y'₁=7 мкм.

Выбирают для УО второе положение, при котором его и диафрагму 7 поворачивают вокруг направления падающего на него пучка параллельных световых лучей на 180°.

Вновь выделяют диафрагмой 7, ее открытым окном 8, только один пучок параллельных лучей, выходящий из зоны с номером i=1, при этом остаются перекрытыми все остальные отраженные пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. Измеряют микрометром координаты x''₁ и y''₁ точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, x''₁=25,5 мкм и у''₁=13 мкм.

Возвращают УО в первоначальное положение, выделяют диафрагмой 7, ее открытым окном 8, пучок параллельных световых лучей, выходящий из зоны УО с номером i=2. При этом перекрываются все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. В таком положении УО измеряют микрометром координаты x'₂ и у'₂ точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, получено x'₂=-5,5 мкм, y'₂=18,5 мкм.

Выбирают для УО второе положение, при котором его и диафрагму 7 поворачивают вокруг направления падающего на него пучка параллельных световых лучей на 180°.

Диафрагмой 7, ее открытым окном 8, выделяют только один пучок параллельных лучей, выходящий из зоны с номером i=2, при этом остаются перекрытыми все остальные отраженные пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. Измеряют микрометром координаты x''₁ и y''₁ точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, х''₂=25,5 мкм и y''₁₂=1,5 мкм.

Возвращают УО в первоначальное положение, выделяют диафрагмой 7, ее открытым окном 8, пучок параллельных световых лучей, выходящий из третьей зоны с i=3. При этом перекрываются все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. В таком положении УО измеряют микрометром координаты x'₃ и y'₃ точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, получено x'₃=5 мкм, у'₃=24,5 мкм.

Выбирают для УО второе положение, при котором его и диафрагму 7 поворачивают вокруг направления падающего на него пучка параллельных световых лучей на 180°.

Диафрагмой 7, ее открытым окном 8, выделяют только один пучок параллельных лучей, выходящий из зоны с номером i=3, при этом остаются перекрытыми все остальные отраженные пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. Измеряют микрометром координаты x''₁ и y''₁ точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, x''₃=15 мкм, у''₃=-4,5 мкм.

Таким же образом получают координаты для остальных зон, например, получено: x'₄=25,5 мкм и y'₄=13 мкм, x''₄=-5,5 мкм и у''₄=7 мкм; x'₅=25,5 мкм и y'₅=1,5 мкм, x''₅=-5,5 мкм и y''₅=18,5 мкм; x'₆=15 мкм и y'₆=-4,5 мкм, x''₆=5 мкм и y''₆=24,5 мкм.

Определяют угловые отклонения для направления отраженного УО пучка параллельных световых лучей, выходящего из зоны с номером i, от направления падающего на УО пучка параллельных лучей, как

где ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала, указанные операции последовательно повторяют для каждой выходной зоны с остальными номерами i, определяют единичный вектор направления отраженного УО и вышедшего из зоны с номером i, как

При ƒ'=1000 мм, для данного примера, получается (в радианной мере):

а'_х1=-15,5⋅10^-6 и а'_y1=-3⋅10^-6, а'_х2=-15,5⋅10^-6 и а'_y2=8,5⋅10^-6,

а'_х3=-5⋅10^-6 и а'_y3=14,5⋅10^-6, а'_х4=15,5⋅10^-6 и а'_y4=3⋅10^-6,

а'_х5=15,5⋅10^-6 и а'_y5=-8,5⋅10^-6, a'_x6=5⋅10^-6 и а'_y6=-14,5⋅10^-6.

Рассмотрим близкий к практике случай, когда требуемое направление для всех выходных зон задано одним и тем же вектором, например,

Выбирают, из полученных при измерениях шести направлений три направления, которые имеют выход из разных выходных зон не симметричных друг к другу относительно точки О на входной (выходной) грани УО и которые имеют наименьшие отклонения от требуемого направления задаваемого на выходе зоны с номером i, путем вычисления отклонения от требуемого направления, как

получения числового значения модуля k_i для каждой выходной зоны i, как

т.е. для полученных выше значений получаются модули для каждой выходной зоны i:

Отбирают из шести полученных значений модулей три их значения k_i, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра и назначают их как модуль k_j для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя.

Таким образом выбираются три направления ПСЛ, которые имеют выход из разных выходных зон не симметричных друг к другу относительно точки О на входной (выходной) грани УО и которые имеют наименьшие по абсолютной величине значения отклонений от требуемого направления задаваемого на выходе зоны с номером i. Это получились направления: у которого k₄=5,4⋅10^-6; у которого k₅=9,6⋅10^-6; у которого k₆=20,9⋅10^-6; - из разных выходных зон не симметричных друг к другу относительно точки О на входной (выходной) грани УО и которые имеют наименьшие отклонения от требуемого направления задаваемого на выходе зоны с номером i.

Каждому из них присваивают новый номер j из множества j=1, 2, 3, не совпадающий с номером для другой переназначенной зоны, т.е. по-новому обозначаются k_j=1 вместо k₄, k_j=2 вместо k₅, k_j=3 вместо k₆.

В итоге, после выбора, получилось, что k_j=1=k₄=5,4⋅10^-6;

k_j=2=k₅=9,6⋅10^-6; k_j=3=k₆=20,9⋅10^-6;

Теперь определяют угол δ_j клиновидного слоя для нанесения на выходную зону с номером j по формуле

где

k_j - численное значение модуля для выбранной выходной зоны с номером j,

n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя (стекла) для УО,

т.е. при n=1,5 получим

Далее, определяют в плоскости OXY входной грани полярный угол ϕ_j ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в зоне с номером j, как ориентацию направления вектора который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя. В рассматриваемом случае:

или

при

0-3<0, 20-15,5>0,

или

при

0+8,5>0, 20-15,5>0,

или

при

0+14,5>0, 20-5>0.

На фиг. 3а показана зона с обозначением j=1 (по первому обозначению - это зона с номером i=4), на эту зону должен быть нанесен рассчитанный выше клиновидный слой с углом

δ_j=1=10,8⋅10^-6 рад ≈ 2,2 угл. сек.

При этом плоскость главного сечения наносимого клиновидного слоя должна быть ориентирована под углом ϕ_j=1≈5,7 рад ≈ 326° параллельно вектору фиг. 3а.

Закрывают входную грань маской (фиг. 3а) с открытым окном для зоны с номером j=1. Наносят клиновидный слой (фиг. 3б) с углом δ_j=1=10,8⋅10^-6 рад ≈ 2,2 угл. сек. на эту зону выходного окна.

Затем, повторяют такие же операции для выходных зон со следующими номерами j=2 и j=3.

Предлагаемый способ является более эффективным по сравнению с известным способом, он позволяет обеспечивать большую точность и надежность коррекции направлений отраженных уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей.

В предлагаемом способе можно создавать параллельные световые пучки лучей двух заданных направлений при произвольной ориентации УО вокруг направления падающего пучка лучей. Также, при необходимости, можно использовать один УО для различных высот (например, для спутников, переходящих на другие высоты), т.е. можно создавать параллельные пучки не только двух, но и четырех, и шести направлений, задавая для одного УО различные значения

В предложенном способе, при необходимости, коррекцию можно проводить для УО с уже нанесенными на отражающие грани покрытиями. В известном способе такую коррекцию проводить невозможно.

В предложенном способе выделяется и измеряется угловое положение каждого из шести отдельных направлений отраженного от УО пучка параллельных световых лучей, при этом исключаются наложения дифракционных изображений отдельных пучков, что обеспечивает повышение точности на порядки в определении направлений отраженных пучков. В известном же способе, при измерениях угловых отклонений направлений отраженных пучков параллельных лучей, на входную грань УО направляют пучок параллельных лучей, перекрывающих одновременно всю входную грань УО. В этом случае, из-за наличия дифракции для отраженных пучков на выходных зонах для всех отраженных одновременно пучков (и при малых угловых отклонениях между пучками) имеется сложность в их различении (из-за наложений получающихся дифракционных изображений) и их идентификации, поэтому снижается точность в определении таких направлений.

Таким образом, предложенный способ является более эффективным по сравнению с известным способом, он позволяет обеспечивать большую точность и надежность коррекции направлений отраженных УО пучков параллельных световых лучей.

Источники информации

1. Ритынь Н.Э. Оптические свойства уголковых отражателей. «Оптико-механическая промышленность», 1967, №4, стр. 1.

2. Технология оптических деталей. Семибратов М.Н., Зубаков В.Г., Штандель С.К., Кузнецов С.М., изд-во «Машиностроение», 1978, 415 стр.

3. Ненадович В.Д, Бублий В.В, Соколов А.Л, Садовников М.А. Перспективы применения методов вакуумного реактивного напыления для коррекции двугранного угла лазерного ретрорефлектора. Тезисы докладов VI научно-технической конференции АО «НПК «СПП», 25-28 мая 2016, стр. 19.

4. Тудоровский А.И. Отражательная система с тремя взаимно перпендикулярными плоскостями в случае небольших отклонений углов от прямых. Труды ГОИ, XIV, 1941.

Способ может быть использован при изготовлении высокоточных зеркально-призменных уголковых отражателей (УО). В способе размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и направляют пучок параллельных световых лучей (ПСЛ) на светоделительную пластину, отраженный от нее пучок направляют на входную грань УО, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО. Через светоделительную пластину пучки ПСЛ направляют в объектив, получают в его фокальной плоскости точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты. Коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления отраженных УО пучков ПСЛ. Технический результат – повышение надежности и точности. 3 ил.

Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем (УО) пучков параллельных световых лучей, при котором размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и формируют на выходе из объектива коллиматора один пучок параллельных световых лучей (ПСЛ), который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину, отражают этот пучок от нее и направляют его на ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка входную грань УО, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО, через светоделительную пластину отраженные пучки ПСЛ направляют в приемный канал с объективом и микрометром, расположенным в фокальной плоскости приемного канала, получают в фокальной плоскости приемного канала точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты, отличающийся тем, что коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления отраженных УО пучков ПСЛ, для этого выбор зон входной грани УО происходит следующим образом,

после прохождения через светоделительную пластину шести отраженных пучков ПСЛ используют диафрагму с выходным окном, с помощью которого измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды, а именно, с помощью окна диафрагмы выделяют один отраженный пучок ПСЛ направления (i=1,2,…6),

затем связывают с входной гранью УО прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО на входную грань, ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО, ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой и второй отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей отражающей грани с входной гранью, связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала систему координат X'O'Y', у которой оси О'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ,

измеряют микрометром вдоль осей О'Х' и O'Y' координаты х'_i и y'_i точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, затем поворачивают УО и диафрагму вокруг направления пучка ПСЛ, падающего на УО, на 180° и вновь измеряют вдоль осей О'Х' и O'Y' микрометром координаты х''_i и y''_i полученного точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, указанные операции повторяют для каждого из шести отраженных пучков ПСЛ, меняя положение выходного окна диафрагмы,

затем определяют угловые отклонения для каждого из шести направлений отраженных уголковым отражателем пучков ПСЛ, от направления падающего на УО пучка ПСЛ, как

где

ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала,

и определяют вектор направления отраженных пучков ПСЛ,

как после чего, вычисляют корректирующий вектор отклонения от требуемого направления , как

где V_xi и V_yi - заданные угловые отклонения требуемого направления

получают числовое значение k_i модуля корректирующего вектора отклонения для каждого из шести пучков ПСЛ как

отбирают из шести полученных значений модулей три их значения k_i, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра, и назначают их как модуль k_j для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя,

далее определяют угол δ_j клиновидного слоя для нанесения на зону j входной грани УО как

, где

k_j - значение модуля для выбранной зоны входной грани УО с номером j,

n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя для УО,

после чего, определяют ориентацию направлений наносимых клиновидных слоев, для этого определяют в системе координат OXY входной грани полярный угол ϕ_j ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в окне с номером j как ориентацию направления вектора , который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя, причем

или при , ,

или при , ,

или при , ,

или при ,

угол ϕ_j отсчитывается как поворот радиус-вектора от оси ОХ в системе координат OXY входной грани УО против часовой стрелки, если смотреть на ось Z (или на входную грань),

после чего производят нанесение клиновидных слоев на выбранные зоны входной грани последовательно, при этом закрывают входную грань УО маской с доступом к одной из зон с номером j, наносят клиновидный слой с углом δ_j на эту зону, причем плоскость главного сечения клиновидного слоя ориентируют под полярным углом ϕ_j параллельно вектору с толстым слоем, ориентированным по направлению этого вектора.