Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматической юстировки двухзеркальных осевых телескопов в процессе эксплуатации.
Известно устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы (патент на изобретение RU 2 467 286, 20.11.2012), содержащее монохроматический источник света, коллиматор и светоделитель для формирования опорной и рабочей ветвей. В рабочей ветви установлены фокусирующий объектив, две осевые отражательные котировочные синтезированные голограммы, выполненные на отражающей поверхности вторичного зеркала, преимущественно в его краевой зоне, соосно с его оптической осью. В центральном отверстии главного зеркала установлена диафрагма с отверстием, центр которого совмещен с вершиной отражающей поверхности этого зеркала и фокусом фокусирующего объектива. В опорной ветви установлено плоское опорное зеркало перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, который может быть выполнен в виде призмы-куба, поверхность грани которого с нанесенным на нее отражающим покрытием со стороны опорной ветви является плоским опорным зеркалом. В регистрирующей части установлены второй фокусирующий объектив, позиционно чувствительное фотоприемное устройство с выходом на блок отображения и обработки информации.
Известен способ юстировки двухзеркальных оптических систем, заключающийся в формировании автоколлимационных изображений монохроматического точечного источника света, расположенного на оптической оси системы, посредством трех вспомогательных осевых синтезированных голограмм, выполненных соосно на общей подложке и расположенных между зеркальными элементами юстируемой системы (патент на изобретение RU 2 375 676, 10.12.2009).
Недостатками способа и устройства, описанных в этих патентах, является то, что в них возможен контроль только одного параметра, а именно продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа, кроме того, способ реализуется только в лабораторных условиях, используется для начальной юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы. Для осуществления автоматической юстировки в штатном режиме при эксплуатации телескопа данные изобретения не предназначены.
Известно устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения (патент на изобретение RU 2 611 604, 28.02.2017 г.), содержащее главное зеркало (ГЗ), вторичное зеркало (ВЗ), первое плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, и второе плоское зеркало-имитатор оптической оси ВЗ, жестко связанное с ВЗ и перпендикулярное его оптической оси; первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ), первую перископическую систему, два привода наклонов и три привода смещений; первую и вторую пентапризмы. Первое и второе зеркала-имитаторы оптически связаны с первым АКФ. Устройство включает объектив с центральным осевым отверстием, жестко связанный с ГЗ, светящуюся марку, жестко связанную с ВЗ, расположенную на его оптической оси вблизи его вершины и в фокальной плоскости объектива, третье плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, жестко связанное с ГЗ и перпендикулярное его оптической оси; второй АКФ, первую и вторую поворотные ромб-призмы с приводами, оптически связанные со вторым АКФ, диагональное зеркало с двумя приводами наклонов между ГЗ и ВЗ. Технический результат - сохранность в автоматическом режиме юстировки двухзеркальной телескопической системы и параллельности вышедших из системы лучей оптической оси ГЗ.
Недостатками данного устройства являются, во-первых, невозможность его применения в инфракрасных приемных системах из-за фонового излучения, создаваемого светящейся маркой, расположенной вблизи вершины ВЗ; во-вторых, необходимость использования термонерасстраиваемых оптических узлов, в том числе АКФ и первой и второй пентапризм, что приводит к усложнению конструкции и увеличению габаритов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ и устройство юстировки двухзеркальных телескопов, предложенные Савицким A.M. (Савицкий A.M., автореферат диссертации «Принципы построения оптических систем термостабилизированных телескопов дистанционного зондирования земли», Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, 2012, стр. 12-14).
Способ заключается в формировании и анализе автоколлимационных изображений (АКИ) точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ) путем расчета линейного поперечного смещения, углового поперечного смещения и продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа.
На основе полученных данных система управления (СУ) вырабатывает управляющие команды приводам узла вторичного зеркала таким образом, чтобы они содержали знак и величину требуемых разворотов и смещений.
Устройство для реализации способа юстировки телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержит две подсистемы: систему автоматической юстировки (САЮ) и систему автоматической фокусировки (САФ).
Система автоматической юстировки (САЮ) предназначена для измерения линейных и угловых поперечных смещений вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа. Система автоматической фокусировки (САФ) предназначена для измерения продольного смещения (расфокусировки) вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа.
САЮ содержит два контрольных элемента, расположенных на вторичном зеркале, один из которых является плоским зеркалом (КЭУ - контрольный элемент угловых смещений) и расположен вблизи краевой зоны вторичного зеркала. Второй контрольный элемент - призма триэдр (КЭЛ - контрольный элемент линейных перемещений), расположен в вершинной зоне центрального отверстия вторичного зеркала. САЮ также включает два модуля измерительных: измеритель АФЛ (анализатор фокусировки линейный) для измерения линейных смещений, и измеритель АФУ (анализатор фокусировки угловой) для измерения угловых смещений. Каждый модуль измерительный включает точечный монохроматический источник излучения (лазерный диод «ЛД»), матричное фотоприемное устройство («ФПУ»), объектив-коллиматор, вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится в область центрального отверстия главного зеркала телескопа, два базовых контрольных плоских зеркала («КЭ»), которые установлены на тыльной поверхности главного зеркала и служат для формирования опорной ветви автоколлимационных измерений в измерителях АФУ и АФЛ.
САФ содержит модуль измерительный, в состав которого входит точечный монохроматический источник излучения (излучатель САФ), матричное фотоприемное устройство (приемник излучения САФ), объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы (световозвращатели и корректор поля), служащие для формирования необходимого направления излучения).
Недостатком данного устройства является то, что световозвращатели и корректор поля из состава САФ и контрольные элементы из состава САЮ вносят экранирование в схему оптическую телескопа. Недостатком является также невозможность обеспечения юстировки и фокусировки телескопа в штатном режиме из-за возможного попадания излучения в фотоприемное устройство приемного канала телескопа.
Задачей предлагаемого технического решения является осуществление автоматической юстировки зеркального телескопа: оперативного контроля и стабилизации оптических параметров юстировки телескопов в процессе эксплуатации при воздействии неблагоприятных факторов, в том числе температуры, механических, силовых и ветровых нагрузок.
Указанная задача по первому варианту конструкции решается тем, что в устройстве автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащем контрольный элемент, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, - точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны, в качестве контрольного элемента выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом телескопа контрольное зеркало КЗГЗ, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала, и представляющее собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность имеет зеркальное отражающее покрытие, при этом модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
Указанная задача по второму варианту конструкции решается тем, что в предлагаемом устройстве автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащем контрольные элементы, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, - точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны, в качестве контрольных элементов выступают расположенные соосно и неподвижно с главным зеркалом и вторичным зеркалом телескопа соответственно контрольное зеркало КЗГЗ, установленное в зоне центрального отверстия главного зеркала, и контрольное зеркало КЗВЗ, установленное в центральном отверстии вторичного зеркала, при этом контрольное зеркало КЗГЗ представляет собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность имеет зеркальное отражающее покрытие, при этом контрольное зеркало КЗВЗ имеет только одну рабочую сферическую поверхность, модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе автоматической юстировки зеркального телескопа, заключающемся в формировании и анализе изображений точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве путем расчетов линейного поперечного смещения, углового поперечного смещения и продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа, формирование и анализ изображений выполняют в два этапа, для излучения с длиной волны λ1 и для излучения с длиной волны λ2, при этом расчет смещений вторичного зеркала выполняют путем математической обработки гартманограммы, формируемой датчиком волнового фронта типа Шака-Гартмана, причем на первом этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ1 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерение смещений Δz'1, Δx'1, Δy'1 изображения, по которым формируют первую систему уравнений для расчета пяти параметров юстировки, а именно продольное смещение Δz, два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения ϕх и ϕу вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δz'1 - продольное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Z';
Δx'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δy'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
Δz - продольное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Z;
Δх - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси X;
Δy - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Y;
ϕх - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси X;
ϕy - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси Y;
а1, b1, c1 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
а на втором этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ2 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерения смещений Δх'2, Δу'2 изображения, по которым формируют вторую систему уравнений для расчета четырех параметров юстировки, а именно два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения ϕх и ϕу вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δх'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δу'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
a2, b2, c2 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве;
α2, β2 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
совместным решением первой и второй систем уравнений вычисляют смещения Δz, Δх, Δу, ϕу, ϕх вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
фиг. 1 - структурная схема устройства автоматической юстировки телескопа по первому варианту;
фиг. 2 - структурная схема устройства автоматической юстировки телескопа по второму варианту;
фиг. 3 и 4 - показан ход лучей по первому варианту устройства;
фиг. 5 и 6 - показан ход лучей по второму варианту устройства.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - главное зеркало;
2 - вторичное зеркало;
3 - модуль измерительный;
4 - контрольное зеркало КЗГЗ;
5 - первая по ходу лучей поверхность контрольного зеркала КЗГЗ;
6 - вторая по ходу лучей поверхность контрольного зеркала КЗГЗ;
7 - точечный монохроматический источник излучения с длиной волны λ1;
8 - точечный монохроматический источник излучения с длиной волны λ2;
9 - объектив-коллиматор для излучения λ1;
10 - объектив-коллиматор для излучения λ2;
11 - зеркало;
12 - пластина-смеситель;
13 - светоделительная пластина;
14 - матричное фотоприемное устройство (МФПУ);
15 - объектив сопряжения;
16 - микролинзовый растр;
17 - датчик волнового фронта;
18 - система управления;
19 - приводы узла вторичного зеркала;
20 - контрольное зеркало КЗВЗ.
Рассмотрим устройство по первому варианту (фиг. 1).
Устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного 1 и вторичного зеркал 2, содержит модуль измерительный 3 и контрольный элемент, в качестве которого выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом 1 телескопа контрольное зеркало КЗГЗ 4, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала 1 и представляющее собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность 5 имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность 6 имеет зеркальное отражающее покрытие. Модуль измерительный 3 состоит из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения 7 и 8 разных спектральных диапазонов λ1 и λ2 соответственно, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор 9(10) и вспомогательные оптические элементы: зеркало 11; пластина-смеситель 12; светоделительная пластина 13, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство 14. Модуль измерительный 3, расположенный на оптической оси телескопа на тыльной стороне вторичного зеркала 2 и жестко с ним связанный, дополнительно включает объектив сопряжения 15 и микролинзовый растр 16. Совместно с матричным фотоприемным устройством 14 микролинзовый растр 16 образует датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана, который передает видеосигнал в систему управления 18 для формирования управляющих команд на приводы 19 узла вторичного зеркала 2.
Во втором варианте устройства (фиг. 2) используют два контрольных элемента, в качестве которых выступают расположенные соосно и неподвижно с главным зеркалом 1 и вторичным зеркалом 2 телескопа соответственно контрольное зеркало КЗГЗ 4, установленное в зоне центрального отверстия главного зеркала 1, и контрольное зеркало КЗВЗ 20, установленное в центральном отверстии вторичного зеркала 2. Контрольное зеркало КЗГЗ 4 представляет собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность 5 имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность 6 имеет зеркальное отражающее покрытие, а контрольное зеркало КЗВЗ 20 имеет только одну рабочую сферическую поверхность.
Отличительной особенностью способа является то, что формирование и анализ изображений точечных монохроматических источников излучения 7 и 8 на матричном фотоприемном устройстве 14 происходит во время штатной работы телескопа.
Способ автоматической юстировки телескопа заключается в том, что формирование и анализ изображений точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве 14 путем расчета смещений вторичного зеркала 2 относительно главного зеркала 1 телескопа, выполняют последовательно в два этапа, для излучения с длиной волны λ1 и для излучения с длиной волны λ2.
Расчет смещений вторичного зеркала 2 выполняют путем математической обработки гартманограмм, формируемых датчиком волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана.
Рассмотрим реализацию способа для второго варианта устройства.
Ход лучей по второму варианту устройства показан на фиг. 5 и фиг. 6. На первом этапе излучение (фиг. 5) от источника излучения 7 с длиной волны λ1, коллимированное с помощью объектива-коллиматора 9, отражается от зеркала 11, проходит через смеситель 12, отражается от внешней поверхности светоделителя 13 и фокусируется объективом сопряжения 15 в точке F1, находящейся вблизи вершины вторичного зеркала 2 и вершины контрольного зеркала КЗВЗ 20. Затем свет направляется на контрольное зеркало КЗГЗ 4, отражается от его первой поверхности 5, покрытой селективным отражающим покрытием. Поверхность 5 фокусирует отраженный пучок света в точку F2.
Точка F2 является оптически сопряженной с точкой F1, и одновременно является центром кривизны зеркальной поверхности контрольного зеркала КЗВЗ 20, на которую опирается отраженный пучок света. Излучение автоколлимационно отражается от контрольного зеркала КЗВЗ 20 в сторону контрольного зеркала КЗГЗ 4, и затем вновь отражается от контрольного зеркала КЗГЗ 4 и вновь собирается в точке F1. Двойное автоколлимационное отражение позволяет повысить чувствительность схемы измерений как для поперечных линейных и угловых смещений вторичного зеркала 2, так и для продольных смещений.
Далее изображение, сфокусированное в точке F1, коллимируется объективом сопряжения 15, проходит светоделитель 13 и фокусируется микролинзовым растром 16 на матричном фотоприемном устройстве 14. Группа элементов 14 и 16 представляют собой датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана.
Объектив сопряжения 15 также выполняет функцию стабилизации пучка. Он переносит изображение контрольного зеркала КЗГЗ 4 на микролинзовый растр 16. Таким образом, в оптически сопряженных плоскостях падающий пучок света стабилизируется и исключаются ошибки сдвигов и масштабирования изображения при смещении вторичного зеркала 2. Сходящийся пучок в области вершины вторичного зеркала 2 обеспечивает минимальное отверстие, необходимое для прохода излучения, и минимальный дополнительный фоновый тепловой поток излучения.
Смещения Δz'1, Δx'1, Δy'1 изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 относительно исходной точки F1 сводят в первую систему уравнений, записываемую следующим образом:
где Δz'1 - продольное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
Δx'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси X';
Δy'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси Y';
Δz - продольное смещение вторичного зеркала 2 телескопа вдоль оси Z;
Δх - линейное поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа вдоль оси X;
Δу - линейное поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа вдоль оси Y;
ϕх - угловое поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа относительно оси X;
ϕу - угловое поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа относительно оси Y;
a1, b1, c1 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
α1, β1 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14.
Линейные Δх, Δу и угловые ϕx, ϕу поперечные смещения приводят к линейному смещению Δx'1, Δy'1 изображения на матричном фотоприемном устройстве 14.
Для преодоления неопределенности одновременного действия линейных и угловых смещений вводят дополнительное измерение для восстановления истинных смещений Δх, Δу, ϕу, ϕх.
Далее, на втором этапе, источник излучения 7 с длиной волны λ1 выключается. Включается источник излучения 8 с длиной волны λ2 (фиг. 6). Излучение λ2 коллимируется объективом-коллиматором 10, отражается от внешней поверхности пластины-смесителя 12, отражается от внешней поверхности светоделительной пластины 13, фокусируется объективом сопряжения 15, формируя вторичный источник в точке F1. Далее излучение на длине волны λ2 проходит через первую поверхность 5 контрольного зеркала КЗГЗ 4, покрытие которой для λ2 прозрачно, отражается от второй зеркальной поверхности 6, и, пройдя в обратном направлении, формирует автоколлимационное изображение в зоне точки F1.
Регулировку объектива-коллиматора 10 выполняют таким образом, чтобы изображения от вторичных источников F1(λ1) и F1(λ2) совпадали по положению на матричном фотоприемном устройстве 14.
Смещения Δу'2, Δх'2 изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 для излучения с длиной волны λ2 сводят во вторую систему уравнений для дальнейшего вычисления истинных смещений:
где b2, c2 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
α2, β2 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
Δх'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси X';
Δу'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси Y'.
Нечувствительность способа автоматической юстировки для излучения λ2 к угловым смещениям ϕх и ϕу (α2=β2=0) объясняется тем, что поворот изображения выполняют относительно центра кривизны сферической поверхности 6 контрольного зеркала КЗГЗ 4.
Совместным решением первой (1) и второй (2) систем уравнений вычисляют смещения Δz, Δх, Δу, ϕу, ϕх вторичного зеркала 2 относительно главного зеркала 1 телескопа:
На основе выполненных расчетов система управления 18 вырабатывает управляющие команды, содержащие знак и величину требуемых разворотов и смещений для приводов 19 узла вторичного зеркала 2.
Реализация способа для первого варианта устройства (фиг. 1) происходит так же, как в рассмотренном выше примере для второго варианта устройства, а именно по тому же принципу расчетов смещений вторичного зеркала, выполненных в два этапа по тем же системам уравнений путем математической обработки гартманограммы, формируемой датчиком волнового фронта типа Шака-Гартмана.
Ход лучей по первому варианту устройства показан на фиг. 3 и фиг. 4. На первом этапе (фиг. 3) излучение от источника излучения 7 с длиной волны λ1, коллимированное с помощью объектива-коллиматора 9, отражается от зеркала 11, проходит через смеситель 12, отражается от внешней поверхности светоделителя 13 и фокусируется объективом сопряжения 15 в точке F1, находящейся вблизи вершины вторичного зеркала 2. Затем свет направляется на контрольное зеркало КЗГЗ 4, отражается от его первой поверхности 5, покрытой селективным отражающим покрытием. Поверхность 5 фокусирует отраженный пучок света в точку F2.
Точка F2 является оптически сопряженной с точкой F1, и одновременно является центром кривизны зеркальной поверхности вторичного зеркала 2, на которую опирается отраженный пучок света. Излучение автоколлимационно отражается от вторичного зеркала 2 в сторону контрольного зеркала КЗГЗ 4, и затем вновь отражается от контрольного зеркала КЗГЗ 4 и вновь собирается в точке F1.
На втором этапе (фиг. 4) ход лучей для излучения от источника излучения 6 с длиной волны λ2 аналогичен ходу лучей на втором этапе по второму варианту устройства (фиг. 6), который описан выше.
Измерение параметров юстировки телескопа происходит в реальном времени и при этом система автоматической юстировки не мешает выполнению основных задач телескопа, так как излучение от источников с длинами волны λ1 и λ2 проходит в оптически изолированной зоне телескопа.
Измерения с разными длинами волн λ1 и λ2 позволяют на одном приемнике независимо определять смещения автоколлимационных изображений и осуществлять контроль по пяти параметрам положения вторичного зеркала 2.
В измерительных каналах применяется датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана, который позволяет повысить чувствительность системы автоматической юстировки к продольной расфокусировке (Δz) вторичного зеркала 2 относительно главного зеркала 1 телескопа. Предложенный способ использует геометрические методы анализа изображений, при этом исключаются группы методов юстировки и фокусировки по энергетическим критериям, что в свою очередь также позволяет избежать задач стабилизации яркости источников света с точностью долей процента, трудно реализуемых на практике. Кроме того, применение датчика Шака-Гартмана позволяет усреднить влияние остаточной турбулентности внутри открытой трубы телескопа.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ОБЪЕКТИВОВ | 2021 |
|
RU2776692C1 |
| УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ЦЕНТРИРОВАННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 2011 |
|
RU2467286C1 |
| СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНЫХ ЦЕНТРИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ | 2007 |
|
RU2375676C2 |
| Оптическая система для автоматической фокусировки и юстировки двухзеркального телескопа | 1979 |
|
SU871128A1 |
| Система импульсной лазерной локации | 2015 |
|
RU2612874C1 |
| ЗЕРКАЛЬНЫЙ СПЕКТРОМЕТР | 2014 |
|
RU2567448C1 |
| СПОСОБ ДОСТАВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2004 |
|
RU2270523C1 |
| ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ОБЪЕКТИВОВ | 2012 |
|
RU2518844C1 |
| ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ОБЪЕКТИВ (ВАРИАНТЫ) | 2002 |
|
RU2212695C1 |
| КОСМИЧЕСКИЙ ЗЕРКАЛЬНО-ЛИНЗОВЫЙ ТЕЛЕСКОП | 1996 |
|
RU2115942C1 |
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматической юстировки двухзеркальных осевых телескопов в процессе эксплуатации. По первому варианту устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного 1 и вторичного 2 зеркал, содержит измерительный модуль 3 и контрольный элемент. В качестве контрольного элемента выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом 1 телескопа контрольное зеркало КЗГЗ 4, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала 1 и представляющее собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность 5 имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая по ходу лучей поверхность контрольного зеркала 6 имеет зеркальное отражающее покрытие. Устройство содержит модуль измерительный 3, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения 7 и 8 разных спектральных диапазонов λ1 и λ2, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор 9(10) и вспомогательные оптические элементы: зеркало 11; пластина-смеситель 12; светоделительная пластина 13, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство 14. Модуль измерительный 3 дополнительно включает объектив сопряжения 15 и микролинзовый растр 16. Совместно с матричным фотоприемным устройством 14 микролинзовый растр 16 образует датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана. Изобретение обеспечивает оперативный контроль и стабилизацию оптических параметров юстировки телескопов в процессе эксплуатации при воздействии неблагоприятных факторов, в том числе температуры, механических, силовых и ветровых нагрузок. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.
1. Устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащее контрольный элемент, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, отличающееся тем,
что точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны,
в качестве контрольного элемента выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом телескопа контрольное зеркало КЗГЗ, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала и представляющее собой зеркало Манжена,
у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность контрольного зеркала имеет зеркальное отражающее покрытие,
при этом модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
2. Устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащее контрольные элементы, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, отличающееся тем,
что точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны,
в качестве контрольных элементов выступают расположенные соосно и неподвижно с главным зеркалом и вторичным зеркалом телескопа соответственно контрольное зеркало КЗГЗ, установленное в зоне центрального отверстия главного зеркала, и контрольное зеркало КЗВЗ, установленное в центральном отверстии вторичного зеркала, при этом контрольное зеркало КЗГ3-представляет собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность имеет зеркальное отражающее покрытие,
при этом контрольное зеркало КЗВЗ имеет только одну рабочую сферическую поверхность,
модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
3. Способ автоматической юстировки зеркального телескопа, заключающийся в формировании и анализе изображений точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве путем расчета линейного поперечного смещения, углового поперечного смещения и продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа, отличающийся тем, что
формирование и анализ изображений выполняют в два этапа, для излучения с длиной волны λ1 и для излучения с длиной волны λ2, при этом
расчет смещений вторичного зеркала выполняют путем математической обработки гартманограммы, формируемой датчиком волнового фронта типа Шака-Гартмана, причем на первом этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ1 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерения первого этапа смещений Δz'1, Δx'1, Δy'1 изображения, по которым формируют первую систему уравнений для расчета пяти параметров юстировки, а именно продольное смещение Δz, два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения (ϕх и ϕу) вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δz'1 - продольное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Z';
Δx'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δy'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
Δz - продольное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Z;
Δх - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси X;
Δу - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Y;
ϕх - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси X;
ϕу - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси Y;
a1, b1, c1 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
а на втором этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ2 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерения смещений Δх'2, Δу'2 изображения, по которым формируют вторую систему уравнений для расчета четырех параметров юстировки, а именно два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения ϕх и ϕу вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δх'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δу'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
а2, b2, с2 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве;
α2, β2 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
совместным решением первой и второй систем уравнений вычисляют смещения Δz, Δх, Δу, ϕу, ϕх вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа
| US 8186069 B1, 29.05.2012 | |||
| СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНЫХ ЦЕНТРИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ | 2007 |
|
RU2375676C2 |
| US 7079259 B1, 18.07.2006. | |||
