Корректор волнового фронта Советский патент 1990 года по МПК G02B5/10 G02B26/06 

Изобретение относится к оптико- механической промышленности, а именно к адаптивной оптике, и может быть использовано в системах оптической обработки информации.

Целью изобретения является повышение точности коррекции волнового фронта.

На фиг. 1 показан корректор волнового фронта ХВФ); на фиг. 2 и 3 - форМиругоп1ий блок, варианты; на фиг „ А - Л| иаграммы управляющих напряжений П|рототипа и предлагаемого корректора

Корректор состоит из пластины 1

и|з деформируемого электрически мате- , жестко соединенной (склеенной с|паянной и т.д.) с отражающей пластидой 2 также из электрически деформируемого материала. На внешней поверх ности пластины 1 расположены управляющие электроды 3, а общий электрод 4 размещен между пластинами 1 и 2. На внешнюю поверхность отражающей ппастины 2 нанесен дополнительный

управляю11(ий электрод 5 в виде тонкого зеркального слоя проводящего вещества. Управляющие электроды 3 под- каючены через усилители 6 и формирующий блок 7 к блоку 8 управления,, Дополнительный выход формирующего бгтока 7 подключен к дополнительному управляющему электроду 5о

Корректор ВФ по п. 2 формулы изобретения (фиг. 2) отличается от кор- ректора ВФ по По 1 формулы тем, что формирующий блок 7 содержит устройства 9 вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале5 и масштабирующий сум- матор 10 сигналов, входы которого соединены с входами формирующего б{пока 7, а выход подключен к устрой- с|твам. 9 вычитания сигналов и через д|оп ал ни тельный усилитель 11 соединен С| дополнительным выходом формирующег фока 7.

i Корректор ВФ по П; 3 формулы изобретения (фиг о 3) отличается от кор- pjeKTopa ВФ по По 1 формулы тем, что формирующий блок 7 содержит устрой- 9 вычитания сигналов, включен- Цые между, его входами и выходами в 1(1аждом канале, и соединенные последовательно масштабирующий сумматор 110 сигналов и интегратор 12, причем масщтабирующего сумматора 10 сигналов соединены с выходами фор- иpyющeгo блока 7, а выход интегратора 12 подключен к устройствам 9 Йычитания сигналов в каждом канале rt через усилитель 11 соединен с дополнительным выходом формирующего блка 7.

На фиг. 4 показаны диаграммы упраляющих напряжений прототипа и предла 1 аемого корректора в случае применен ееми управляюпи х электродов, где щтф рами обозначены: 13 - диаграмма уп

о

5

0

5

0

равняющих напряжений, сформированных блокам управления; 14 - диаграмма управляющих напряжений, ограниченных усилителями в прототипе; 15 - уровень ограничения управляющих напряжений, определяемый напряженностью электрического поля, деполяризующей пьезо- кераг-шку, или напряжением пробоя эле- ктрострикционной керамики; 16 - по- стоянная по амплитуде составляющая входного сигнала на выходе масштабирующего сумматора сигналов; 17 - переменная по амплитуде составляющая входного сигнала на выходе усилителей в предлагаемом корректоре устройства.

Работа предлагаемого корректора основана на той закономерности, что при снижении порядка аберраций в задачах общего характера (атмосферной оптики) растет доля искажений оптического излучения, вносимых данными аберрациями. При этом дефокусировка, являясь аберрацией низкого порядка, вносит один из наиболее значительных вкладов в общее искажение оптического излучения.

Особенностью биморфных гибких зеркал является то, что при подаче одинаковых напряжений на все управляющие электроды отражающая поверхность принимает сферическую форму, следовательно, для омпенсации дефокусировки биморфнь м гибким зеркалом достаточно использовать один управляюирй электрод, покрывающий всю поверхность пьезоэлектрической пластинЫо

Таким образом, постоянная по амплитуде составляющая в спектре многомерного сигнала управления би- морфным гибким зеркалом (или среднее значение вектора управляющих сигналов) пропорциональна величине дефокусировки корректируемого сигнала.

Определение средней составляющей вектора управляющих биморфным гибким зеркалом сигналов, затем вычитание ее из этого вектора сигналов и одновременное использование для управления дополнительным приводом компенсации дефокусировки приводит к тому, что остаточный вектор сигналов, подаваемый на управляюп)ие электроды гибкого зеркала для компенсации искажений более высокого порядка, уменьшается по амплитуде, что ведет к увеличению амплитудного диапазона кор- , ректируемых искажений ВФ, при котором управляющие корректором ВФ сигналы

516

не входят в зону насыщения, что повышает точность работы устройства„

Корректор ВФ работает следующим оразом.

Управляющие напряжения с выходов блока 8 управления подаются на входы формирующего блока 7. Примерный вид диаграмм управляющих напряжений в случае применения семиканального корректора ВФ показан на фиг о А под номером 13. Под номером 15 показан уровень напряжения насыщения усилителей 6, которьм устанавливается при их настройке в зависимости от напряженности электрического поля деполяризации, пьезокерамики, примененной в корректоре ВФ, и ее толщины На фиг, 4 видно, что управляющие напряжения 13 выходят за пределы уровня напряжения насыщения 15, что при непосредственной подаче их на управляющие электроды 3 приведет к тому, что управляющие напряжения будут ограничены усилителями 6 до уровня 15 и примут вид 14. Следовательно, погрешность аппроксимации корректором ВФ заданной формы ВФ будет вели- 5а.

В предлагаемом корректоре формирующий блок 7 разделяет многомерный управляющий сигнал блока 8 управлени на постоянную и переменную по амплитуде составляющие. Постоянная по амплитуде составляющая 16 управляющего сигнала (фиг о 4) подается на дополнительный управляющий электрод 5, который обеспечиваетсферическую деформацию отражающей поверхности корректора ВФ, т„е. компенсацию дефокусировки „ Переменная по амплитуде составляющая 17 управляющего сигнала (фиг. 4) через усилители 6 подается на управляющие электроды 3, обеспечивающие компенсацию остальных (кром дефокусировки) искажений ВФ Как видно из диаграмм на фиг. 4, предлагаемый корректор обеспечивает сохранение точности компенсации искажений ВФ даже в случае значительного пре- вьщ1ения управляющими напряжениями, формируемыми блоком 8 управления, уровня напряжения насьщ1ения усили- : телей 6 о

Формирующий блок работает следующим образом (фиг. 2)о

Управляющие сигналы с выходов блока 8 управления подаются одновременно на первые входы устройств 9

655и

вычитания сигналов и маспггабируюпсий сумматор 10 сигналов, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное среднему (постоянному по амплитуде) значению управляющих сигналов. Это напряжение подается одновременно на вторые входы устройств 9 вычитания сигналов и через усилитель

0 11 - на дополнительный управляющий электрод 5., На выходах устройств 9 вычитания сигналов формируется многомерный сигнал, равный переменной по амплитуде составляющей сигнала управ5 ления, который через усилители 6 подается на управляющие электроды-3.

Действие формирующего блока 7 согласно фиг. 3 отличается от действия этого блока согласно фиг. 2 тем, что

20 в нем применяется не прямая, а обратная связь по средней составляющей многомерного управляющего сигнала. Средняя (постоянная по амплитуде) составляющая сигнала управления фор25 мируется путем подачи на входы масщ- табирующего сз мматора 10 сигналов напряжений с выходов устройств 9 вычитания сигналов. На выходе масщта- бирующего сумматора 10 сигналов вклю-.

30 чей интегратор 12, ликвидирующий статическую ошибку средней составляющей сигнала управления„

Корректор ВФ может быть изготовлен из следующих элементов Пластины 1 и 2 из пьезокерамики ЦТС-19 или ЦТБС-3, Жесткое соединение между пластинами 1 и 2, содержащее общий электрод 4, может бьп-ь реализовано вакуумным напылением серебра на поверхности обеих

дл пластин и затем спайкой их припоем : ПОСВ-33 или ПОКС-50 с использованием серебряной фольги в качестве электрического вьгоода.

1C Управляюш;ие электроды 3 и дополнительный зеркальный управляющий электрод 5 могут быть получены также методом вакуумного напыпения серебра или алюминия с последующей полировQ кой электрода 5. Усилители 6 и 11 могут быть изготовлены по схеме высоковольтного усилителя. Блок 8 управления может быть изготовлен по самым различным схемам в зависимости

е от алгоритма настройки корректора ВФо Масщтабирующий сумматор 10 электрических сигналов и интегратор 12 могут быть изготовлены на операционных усилителях.

35

Ф;0рмула изобретения

; 1. Корректор волнового фронта, содержащий пластину, вьтолненную из электрически деформируемого материала, жестко соединенную по всей поверхности с отражающей пластиной с зеэкальной внешней поверхностью, обций электрод, расположенный между пластинами, набор управляющих электродов, расположенных на противоположно: i от общего электрода поверхности пластины из электрически деформируемого материала, блок управления, ус5тители, выходы которых соединены с втравляющими электродами, отличающийся тем, что, с целы) повьшения точности коррекции BOJнового фронта, отражающая пластина изготовлена из электрически деформируемого материала, ее зеркальная внешняя поверхность вьтолнена в виде слоя проводящего вещества, вьводы блока управления соединены с входами формирующего блока, выходы которого соединены с входаьм усилителей, а зеркальная внешняя поверхность подключена к дополнительному выходу формирующего блока.

2с Корректор по По 1, о.тли- чающийся тем, что формирующий блок содержит устройства вычи-, тания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и масштабирующий сумматор сигналов, входы которого соединены с входами формирующего блока, а выход подклю- JO чен к устройствам вычитания сигналоб в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока

15Зо Корректор по п, 1, отличающийся тем, что формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канапе,

2Q и соединенные последовательно масштабирующий сумматор сигналов и интегратор, причем входы масштабирующего сумматора сигнгшов соединены с выходами формирующего блока, а

25 выход интегратора подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока.

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и прежде всего к адаптивной оптике. Целью изобретения является повышение точности коррекции волнового фронта. Для этого в корректор волнового фронта, содержащий пластину из электрически деформируемого материала, жестко соединенную по всей поверхности с отражающей пластиной, имеющей зеркальную внешнюю поверхность, общий электрод, помещенный между пластинами, набор управляющих электродов, расположенных на противоположной от общего электрода поверхности пластины из электрически деформируемого материала, блок управления, усилители, выходы которых соединены с управляющими электродами, отражающая пластина изготовлена из деформируемого электрическим полем материала, ее зеркальная внешняя поверхность выполнена в виде тонкого слоя проводящего вещества, выходы блока управления соединены с входами формирующего блока, выходы которого соединены с входами усилителей, причем зеркальная внешняя поверхность подключена к дополнительному выходу формирующего блока. Кроме того, формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и масштабирующий сумматор сигналов, входы которого соединены с входами формирующего блока, а выход подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока. В другом варианте выполнения формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и соединенные последовательно масштабирующий сумматор сигналов и интегратор, причем входы масштабирующего сумматора сигналов соединены с выходами формирующего блока, а выход интегратора подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

0t.1

Фив.2

Фаг.Ъ

Н1н

Г 2 . 3 Ц 5 6 7 Л(,и

/3

/5

.