Устройство автоматической юстировкиСОСТАВНОгО зЕРКАлА Советский патент 1981 года по МПК G02B17/06 

Изобретение относится к оптико-элек-рронному приборостроению и может быть использовано для механической сборки объектива из -cocTafiiTbix аьркап, а также для автоматического контроля качества юстировки составного зеркапа в процессе работы Телескопа.

Известные устройства автоматической юстировки составных зеркал содержат датчик углсжых и линейных раатьюстировок зеркапа, связанных с фотоприемным устройством, и бпок формирования управпяюших сигналов. Датчик угловых и линейных рааъюстировок зеркала состоит из Vii 1 (п - число элементов зеркала) интерн ({«рометров белого света, расположенных на стыках элементов зеркала и выдающих информацию об осевых смешениях зеркал, интерферометра Майкельсона, выдающего информацию об угловых разьюстировках элементов зеркала. Интёрферо метр Майкельсона содержит источник све-i та-лазер, расширитель светового пучхамонокулятор, светоделитепьную пластинку с точными пове)хностямн из высокооднородного стекла, плоское эталонное зеркало, закрепленное для осуществления модуляции пучка на пьезодвижителе, двухлинзовый объектив, обеспечивающий нужный диаметр интерференцион- ной картины в датчике. В качестве (Jx топриемника применен диссектор. Способ построения электронного устройства выделения сигналов вытекает из последовательности юстировочных операций.

Первая операция -остировки предназначена для грубых юстировок ошибок наклона на каждом элементе зеркала и выполняется по достижении минимума числа полос в интер({)еренционной картине при последовательном сканировании в двух вз:нмно перпендикулярных направлениях. х: Вторая операция - тонкая юстирсжка навлонов и грубая юстировка фокуса каждого элемента зеркала - выполняется последовательно. В результате единственно присутствующими полосами будут колыш, центрированные в центре изображения элемента .и указь1вающие осевую ошибку.

Третья операция - юстировка осевой ошибки относительно положения элементов зеркала , выполняется с помощью датчика неоп зеделейности (ннтер(|)ероме ра; белого света) одновременно для каждого элемента зеркала.

Четвертая операция фазовое измерение всех видов ошибок в монохроматИ песком датчике в аредепах А /4«

Пятая операция фазовое измерениэ всех видов ошибок в пределах всего зеркала с точностью /20 на всем зер1шле. Сравниваются все эталонные точки с одной маркированной точкой

Недостаток известного устройства состоит в его сложности, так как в качеств датчика осевых и угловых разъюстиро . вок требуется применение интерфером тра Майкельсона, работаюпего в монохромтическом свете, и (п - 1) интерферометров белого света. Спожнь;й процесс гостировки диктует сложное построение электроной схемы обработки и выделения управля ющих сигналов.

Цепь изобретения - создание устройства значительно менее сложного по конструкции с простым электронным бло. ком формирсжання управляющих сигналов и, следовательно9 более надежногс§ в эксп луатации.

Указанная цель достигается тем, что в указанном устройстве датчик угловых и линейных разъюстировок зеркала соетоит из точечного источника света, выполненного в виде светодиода, установленного в центре кривизны составного зеркала, и питаемого от генератора опоного напряжения, визуализирующего ножа, установленного в плоскости дифракционного изображения, источника с возможностью перекрывания его в двух взаимно- перпендикулярных направлениях относительно оптической оси, и проакдйонного объектива, а фотолриемное устройство выполнено в виде маски с набором отверстий, установленной в плоскости теневого изображения,, составного зеркала и блока фртоприемников, установленных в отверстиях маски.

Причем отверстия в маске расположены таким образом, что на каждом изображении элемента зеркала приходится по четыре отверстрш, размешенных по парно симметрично относительно центра изображения, в двух взаимно перпенди кулярных направлениях.

I На фиг, 1 изображена блок- схема устройства юстировки составного зеркала, на фиг, 2 - маскл накладываемая па теневую картину составного зеркала, . на фиГо 3 - функциональная схема блоке формирования управляющхтх сигналов

Устройство содержит составное зеркало 1, источник 2 света в виде светодиода, питающегося от генератора 3 опорного напряжения, точечную диафрагму 4; визуализирующий нож 5 с приводом 6, проекционный объектив 7, маску 8 с от15ерстиями, блок 9 фотоприемников, электронный блок 10 формирования управляющих сигналов и приводы 11.

Нож 5 устанавливается в плоскос-и дкракционного изображения точечного источника 2, Нож 5 с помощью приводв б может перекрывать дифракиионкое изображение точки по центру в двух взаимно пепендикулярных направ;1ен1-ог% отвосительно оптической оси, Е плоскссти тевевогс изображения составного зеркала устаказливается непрозрачная маске с отверсп-шм таким образоМ; ч.то на каждое изображение элемента зеркала приходится по четыре отверстия, расположенных попарно симметрично на расстоянии О,-8 ч от цент™ ра (г редиус теневого изображения элемента составного зеркала). Маска 8 изображена на фиг,, 2, Напротив каждого из отверстий маски устанавливается фотоприемник, общее число фотокриемников 4п , В качестве приводов могут быть использовань5 пьезодвижители.

Устройство работает следующим обра азм„

Известно, что при продольном смещении элемента зеркала наблюдается неревномерное.потемнение теневой картины этого элемента в направлении:, перпендикулярном лезвию ножа,, что фиксируется соответствующей парой фотоприеь ников Устройство чувствительно к знаку дефо™ кусировки, так как при его изменении меняется направление потемнения в теневой картине, что соответствующим образом фиксируется фотоприемЕ гым уст. ройством. При наклонах элемента зеркла освещенность теневой картины этого элемента либо равномерно уменьшается, либо равномерно увеличивается, 3 случае отъюстированно1 о элемента зеркала при ОДНОМ положении ножа имеем-О,-, - 3,,-- 0

- iaV 2/ DaeAS соответствующих фотопрттеникое,

БЛОК формирования зшравпяющих сю -н;-1- пов (фиг„ З) содержит генератор 12 опорного иагфяжения 12, подключенный к источ нику 1М света, логический элемент 12 (п - число элементов составног эеркапа 14, дза0.с, триггера 15, 16, привод ножа 17, логические элементы п 14-НЕ 18 , 2 14-НЕ 19, , иптздентичных схем обработки сигналов с фотоприемников, каждая из которых содержит канал отработки дефокусировки, состоящий из фотоприемников 20, 21, вычитающего усили еля 22, полосового усилите пя 23, синхронного детектора 24, ключа 25, привода фокусировки 26, двухпорогового компаратора 27 и два канала отработки наклонов, oi-,cL- , состоящие из фотопре им НИКОВ 20, 21 и 28, 29, суммируюших усилителей 30, 31, полосовых усилителей 32, 33, детекторов 34, 35, вычитающих усилителей 36, 37, ключей 38, 39, приводов и , двухпороговых компараторов 42, 43 соо ветственно. Бпок работает следующим образом. Фотоприемники 20, 21, 28, 29 освещаются модулированным лучистым потоком от источника 13, в качестве которо го используется светодиод. Модуляция ос ществляется генератором 12, Если элемент составного зеркала сфокусирован, т сигналы с фотоприемников 20, 21 одинаковы, и на выходе вычитающего усили теля 22 сигнал отсутствует В случае дефокусировки на выхода усилителя 22 появляется, сигнал, который усиливается полосовым усилители/ 23, настроенным на частоту модуляции, и подается на синхронный детектор 24. С выхода синхронного детектора 24 сигнал, соответству ощий величине и знаку .дефокусировки,, поступает через ключ 25 на привод фоку сировки 26, перемещающий элемент составного зеркала вдоль его оси до тех пор, пока дефокусировка не станет меньше допу|;ттлой, т.е. напряжение на выходе синхронного детектора не станет меньше некоторого значения При этом двухпороговый компаратор 27, подключенный к выходу синхронного детектора 24, переходит из -.состояния логического О в состояние логической 1. Одновременно-с фокусировкой производится отработка наклона ОС Сигналы с фотоприемникЪв, 20, 21 суммируются суммирующим усилителем 30, усиливаются полосовым усилителем32 и поступают на амплитудный детектЬр 34 Напряжение с выхода детектора 34 сравнивается в вычитающем усилителе 36 с onopKbttvf напряжением UQP , соответствую- шйм полностью от1зюстированному элементу составного зеркала. С выхода усилителя 36 сигнал, соответствующтй величине и знаку наклона су1- , через ключ 38 подается на привод по О, наклоняющий элемент составного зеркала до тех пор, пока наклон no,oixt не станет меньше допустимого. При этом двухпороговый компаратор 42, подключенный к выходу вычитающего устотителя 36, переходит из состояния логического О ,в состояние лоптческой 1. После отработки дефокусировки и наклона о ;Всех апементов составного зеркала на выходе пог1 ческого элемента 2 п И-НЕ 14, входыкоторого -Подключены к выходам компараторов 27, 42 всех р схем обработки сигналов с фотоприемников, установится С11гнал ;логического О, вызывающий установку псгического О на прямом выходе триггера 15 с и срабатывание ключей 25, 38, отключающих пр1тводы фокусировки и наклона всех . п элементов составного зеркала, и установку зеркала, и установку логической 1 на выходе триггера 16, которая вызывает подключение привода по 0//у 41 к выходу вычитающего усилителя 37 ключом 39. Сигнал логической I с инверсного выхода триггера 15 включает привод ножа 17, переводящий нож во второе положение. Далее производится отработка наклонао ч -аналогично отработ ке наклона ctx После отработки лакгюна oL всех п элементов на выходе логического элемента 18 установ.ится сигнал логттческого 0, вызывающий переключение триггера 16 и установку .логического О на прямом выходе и срабатывание ключей, отключающих приводы посбу всех элементов составного зеркала. При этом на выходе логического элемента 2 И-НЕ 19, входы которого подключены к инверсным выходам триггеров 15, устанавливается сигнал логического О, который можно использовать как кокеи юстировки составного зеркала . Эффективность устройства состоит в том, что отпадает необходимость исполь зозания интерферометров, ОКГ и специального вычислительного устройства, обрабатывающего информацию интерфере ционных картин. При использовании, например, в космических телескопах все это снижает массу, электропотребление, вепнчивает надежнос.ть телескопа.

Формула и-э обретен

.1о Устройство автоматической юстировки составного зеркаягв, сойержииее латчик угяовык и линейных разъгсютйрсз вок зеркала, соединенных с фотоприемным устройством, и блок формированЕЯ управляющих сигналов, отличающееся, т&л, что, с цепьх) упрста&ния .конструкции устройства, угловых и линейнык разъ остйрово.к зеркаябсостоит из точечного зжточнйкв света;, выполненного в виде светгодйОйа, установленного в центре кривизны составного зеркала, к питаемого от генератора опорного напряжения, ввауат нрующего ножа, установленного в. JBICCKOCTH дифракционного изображения |к;тсрэника с воэможностью перекрываний его в двуя. взаимно перпендикупяршйх кагаравлениях.

относительно оптической оси, и проекиионного объектива а фотоприемное уст - ройтсво выполнено в виде, маски с набором отверстий;, ус танов пенной в ппоско-ти теневого изображения, составного зеркала и блока фотоприемниковд установлбнныж в отверстиях маски

2 Устройство яоо п. Ij о т п и ч а ю та е -е с я тем, что отверстия в маске рас положены таким с-брааом, что на каждое изображение элемента зеркепа приходйтся по 4 отверстия, раамещекных попарно сйь/(метрично относительно цек-рра изображения в двук взаимно перпендкisynsipiibVfi направленияХе

Источники -информации, принятые во вш-5мание при экспертизе 1„ Исследование возможнехзти изгстовлення зеркал. Отчет ГОИ глл С, И, Ве.вйпова,, 1972 (прототип).