УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ЮСТИРОВКИ ПОЛОЖЕНИЯ ОСЕЙ ОПТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ ЛАЗЕРНОЙ ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
DEVICE FOR CONTROL AND ADJUSTMENT OF OPTICAL CHANNEL AXES IN LASER TRANSCEIVER SYSTEM

Изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности к устройствам контроля и юстировки многоканальных оптико-электронных приборов /МК ОЭП/, содержащих N лазерных каналов с узлами компенсации положения энергетический осей, размещенных по окружности, и прицельный канал с позиционно-чувствительным фотоприемником /ПЧФ/.
Известно устройство контроля параллельности осей оптических каналов, по крайней мере, один из которых визирный, а остальные лазерные, содержащее последовательно оптически связанные: светоделительную призму, объектив, пристрелочную поверхность, размещенную в фокальной плоскости объектива, с нанесенным на нее сублимирующимся под воздействием лазерного излучения слоем и источник света. Известное устройство обладает следующими недостатками:
- недостаточной точностью контроля параллельности осей оптических каналов, обусловленной невозможностью согласования величины энергии лазерных каналов контролируемого прибора со свойствами сублимирующегося слоя для достижения прожига оптимальных размеров и правильной формы, невозможностью одновременного резкого наблюдения через визирный канал контролируемого прибора прожига в пристрелочной плоскости и визирной марки при неравенстве рабочих длин волн визирного и лазерного каналов, необходимостью оценки величины рассогласования положения прожига и визирной марки в долях ее угловых размеров визуально;
- невозможностью автоматизировать процесс контроля вследствие того, что операция контроля осуществляется визуально при наблюдении через визирный канал,
- невозможностью автоматизировать юстировку лазерных каналов по результатам контроля;
- невозможностью проведения контроля без временного вывода контролируемого прибора из рабочего состояния вследствие необходимости установки на его выходную апертуру известного устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для проверки параллельности оптических осей выбранное в качестве прототипа. Известное устройство включает в себя последовательно оптически связанные ослабляющий фильтр, объектив, поворотное зеркало, микроскоп, пристрелочную поверхность, прозрачную для ИК-излучения, с нанесенным на нее сублимирующимся под воздействием лазерного излучения слоем, источник света, а также оптический компенсатор, установленный между микроскопом и пристрелочной поверхностью, диафрагму, конденсор и источник ИК-излучения, установленный в фокусе объектива. Известное устройство обладает следующими недостатками:
- отсутствием автоматизированного контроля параллельности оптических осей лазерных каналов, т.к. предполагается проведение измерений оператором при помощи микроскопа, требующего значительных временных затрат;
- отсутствие возможности осуществлять автоматизированную юстировку лазерных каналов по результатам контроля;
- наличием дополнительной погрешности контроля параллельности лазерных каналов за счет установки оптического компенсатора в сходящейся точке лучей, что приводит к сильным полевым аберрациям /B.Н. Чуриловский, К.А. Халилулин, "Теория и расчет призменных систем", Л., "Машиностроение", 1979 г., стр. 3, 102 /;
- невозможность проведения контроля без временного вывода контролируемого прибора из рабочего состояния, вследствие необходимости установки на его выходную апертуру известного устройства;
- невозможность контроля параллельности лазерных каналов с различными рабочими длинами волн и энергиями.
Целью настоящего изобретения является повышение точности, автоматизация и сокращение длительности процессов контроля и юстировки параллельности лазерных каналов с различными рабочими длинами волн и энергиями.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве контроля и юстировки параллельности осей оптических каналов, содержащем N- лазерных каналов с узлами компенсации положения энергетических осей, связанных с приводами, прицельный канал с позиционно-чувствительным фотоприемником и/или/ визиром, включающее оптически связанные поглощающий светофильтр, объектив, компенсатор, пристрелочную поверхность, прозрачную для ИК-излучения с нанесенным на нее сублимирующимся под воздействием лазерного излучения слоем, и источник излучения с конденсором, в котором перед объективом установлен узел коммутации с фиксированными N рабочими положениями, соответствующими положениям контроля N лазерных каналов, при этом поглощающий светофильтр выполнен в виде компенсационных пластин с различным коэффициентом пропускания установлен за объективом и механически связан с узлом коммутации, а компенсатор установлен между узлом коммутации и объективом, снабжен фиксатором нулевого положения и выполнен идентичным узлам компенсации лазерных каналов, пристрелочная поверхность снабжена механизмом ее смещения в фокальной плоскости объектива, при этом вход устройства через узел коммутаций оптически связан с выходами лазерных каналов, источник излучения оптически согласован с позиционно-чувствительным фотоприемником и/или/ визиром прицельного канала, компенсатор устройства электрически связан с позиционно-чувствительным фотоприемником и узлами компенсации лазерных каналов, а узел коммутации, поглощающий светофильтр, компенсатор и механизм смещения пристрелочной поверхности электрически связаны с пультом управления оптико-электронного прибора.
В таком устройстве перед включением первого лазерного канала /ЛК/ с пульта управления оптико-электронным прибором /ПУ ОЭП/ поступает первый управляющий электрический сигнал, по которому узел коммутации устанавливается в первое рабочее положение, устанавливается необходимый коэффициент поглощения светофильтра, срабатывает механизм смещения пристрелочной поверхности, включается цепь электрической связи ПЧФ и компенсатора устройства, компенсатор устройства устанавливается в нулевое положение. Излучение первого ЛК проходит: узел коммутации, где предварительно ослабляется, компенсатор, объектив, поглощающий светофильтр, и попадает на пристрелочную поверхность, где под его воздействием разрушается сублимирующийся слой. Образуется отверстие оптимальных размеров и формы, через которое излучение источника, сформированное конденсатором, попадает на поглощающий светофильтр. После поглощающего светофильтра и объектива излучение источника в виде пучка параллельного направлению энергетической оси первого ЛК проходит компенсатор, узел коммутации и попадает в прицельный канал ОЭП, где фокусируется на ПЧФ. Если пятно излучения не совпадает с центром ПЧФ, который задает направление прицельной оси, на выходе ПЧФ появляется сигнал рассогласования, который поступает на привод компенсатора устройства. Компенсатор обрабатывает рассогласование до момента совпадения пятна с центром ПЧФ. При этом с привода компенсатора устройства через электрическую связь на идентичный привод узла компенсации первого ЛК поступает электрический сигнал, по которому узел компенсации отрабатывает рассогласование синхронно с компенсатором устройства. В результате направление энергетической оси первого ЛК изменится до совпадения с прицельной осью ОЭП. Приходит второй управляющий сигнал с ПУ ОЭП, задержанный относительно первого на время, необходимое для контроля и юстировки, который разрывает цепь электрической связи ПЧФ с компенсатором. Работа устройства повторяется для всех ЛК. При этом контроль за процессом автоматической юстировки может производиться оператором по положению пятна прожига относительно прицельной марки в визире прицельного канала.
Сущность изобретения заключается в:
- установке компенсатора в параллельном пучке перед объективом и выполнении его идентичным узлу компенсатора ЛК, что позволяет избавиться от погрешностей и аберрационных искажений, вносимых компенсатором в устройстве, устранить необходимость масштабного согласования компенсаторов в юстируемых ОЭП и в заявляемом устройстве, обеспечить идентичное воздействие на структуру оптического пучка;
- введении узла коммутации с N фиксированными положениями, соответствующими положению контроля N лазерных каналов, оптическая связь между источником излучения устройства и прицельным каналом, а также электрическая связь между ПЧФ прицельного канала и компенсатором устройства, а его, в свою очередь, с узлами компенсации ЛК позволяет автоматизировать контроль и обеспечить автоматическую юстировку ЛК, реализует юстировку наиболее производительным и точным - "нулевым" методом, т.е. позволяет заменить процедуру прямого измерения углового рассогласования ЛК и прицельного канала полностью автоматизированным процессом;
- выполнение светофильтра в виде компенсационных пластин с переменным коэффициентом пропускания позволяет согласовать энергетические параметры ЛК с чувствительностью сублимирующегося слоя на пристрелочной поверхности и устранить хроматизм объектива, что обеспечивает получение прожига оптимальных размеров и правильной формы для ЛК с разными длинами волн и энергиями.
Приведенная совокупность признаков неразрывна, обеспечивает реализацию поставленной цели и соответствует критерию "существенные отличия". В известной авторам научно-технической и патентной литературе не обнаружена /справка о патентном исследовании прилагается/.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, устанавливаемого на ОЭП;
на фиг. 2 изображена принципиальная схема устройства, встроенного в состав ОЭП.
Устройство контроля и юстировки параллельности осей оптических каналов содержит /см. фиг. 1/:
1
N
- узел коммутации, состоящий из жестко связанных, оптического коммутатора 1, выполненного, например, в виде отражающего ромба, в котором в качестве отражающих элементов используется плоско параллельная и клиновидная стеклянные пластины механического коммутатора 2 в виде кулачкового механизма, радиально установленных N микропереключателей 3…3 /МП10/ и двигателя 4 /например, шаговый ШДР-711/;
1
N
N
1
N
N
N
- поглощающий светофильтр 5, выполненной в виде N коррекционных плоскопараллельных пластин 6…6, толщина которых выбрана из условия компенсации хроматизма положения /см. Справочник конструктора оптико-механических приборов", "Машиностроение", 1980 г., стр. 127/ с различным коэффициентом пропускания, который достигается, например, выбором интерференционного покрытия, размещенных в металлическом корпусе, который механически связан с приводом 5; компенсатор 7, идентичен узлу компенсации ЛК ОЭП и выполнен, например, в виде двух пар клиньев, механически, связанных с приводом 8, образующих в нулевом положении плоскопараллельную пластинку, обеспечивающие отклонение пучка по направлениям "X" и "Y" /см. фиг. 1/ и снабженных фиксаторами нулевого положения 9, выполненных, например, в виде упругого элемента; объектив 10, рассчитанный на рабочую длину волны ЛК ОЭП; пристрелочную поверхность 11, прозрачную для ИК излучения, установленную в фокальной плоскости объектива 10 с нанесенным на нее сублимирующимся, под воздействием лазерного излучения, слоем 12, выполненную, например, в виде экспонированной фотопленки и снабженную механизмом ее смещения 13 с приводом 14. Механизм смешения выполнен, например, в виде лентопротяжного механизма, одна из катушек которого механически связана с приводом 14; источник излучения 15 с конденсатором 16, установленные непосредственно за пристрелочной поверхностью 11 и ось источника излучения 15, конденсора 16 совпадает с осью объектива 10. Оптический коммутатор 1 оптически связывает вход объектива 10 с выходом N-го ЛК 17 ОЭП в его N-м фиксированном положении. Источник излучения 15 оптически согласован /по длине волны, частоте и энергии/ с ПЧФ и/или/ визиром прицельного канала ОЭП. Привод 4 узла коммутации электрически связан с N микропереключателями 3…3 и пультом управления ОЭП. Привод 8 компенсатора 7 электрически связан с выходами ПЧФ и через N-й микропереключатель 3 с узлом компенсации N-го ЛК 18 ОЭП. Привод 14 механизма смещения пристрелочной поверхности 13 электрически связан с приводом 4 узла коммутации.
1
N
1
N
1
N
Работу устройства рассмотрим в последовательности контроля и юстировки параллельности осей ЛК ОЭП, содержащего: N-лазерных каналов 17…17 с узлами компенсации 18…18 положения энергетических осей, снабженных приводами 19…19, прицельный канал с ПЧФ 20 и/или/ визиром 21, переключатель 22 и ключ 23 /см. фиг. 1/.
1
N
1
N
1
N
Устройство контроля и юстировки параллельности осей оптических каналов устанавливается перед выходом ОЭП /см. фиг. 1/. Перед началом контроля и юстировки коммутируется, например, через внешние разъемы ОЭП, следующие электрические связи: цепь двигателей 4 узла коммутации и 14 механизма смещения через микропереключатели 3…3 с переключателем 22 пульта управления ОЭП, имеющего N рабочих положений и электрически связанный с ключом 23 установленный в цепи ПЧФ 20. Цепь привода 8 с выходами ПЧФ 20 ОЭП через ключ 23 и через микропереключатели 3…3 с приводами 19…19 узла компенсатора ОЭП.
1
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
Компенсатор 7 находится в нулевом положении, что обеспечивается фиксатором нулевого положения 9. Оператор с ПУ ОЭП включает устройство для проведения контроля и юстировки. С ПУ ОЭП поступает первый управляющий сигнал, по которому переключатель 22 замыкает цепь контроля и юстировки N-го ЛК. При этом двигатели 4 и 14 начинают вращаться, в результате чего перемещается: пристрелочная поверхность 11 с сублимирующимся под воздействием лазерного излучения слоем 12, корпус с корректирующими плоскопараллельными пластинами 6…6 с различными коэффициентами пропускания, оптический коммутатор 1 и механический коммутатор 2, который последовательно включает микропереключатели. Вращение приводов 4 и 14 продолжается до момента включения N-го микропереключателя 3 механическим коммутатором 2, в результате чего цепь приводов 4 и 14 разрывается. При этом замыкается цепь приводов 8 и 19. Новое положение оптического коммутатора 1 и поглощающего фильтра 5 обеспечивает оптическую связь входа объектива 10 с выходом N-го ЛК - 17 и установку N-й корректирующей пластины - 6. Далее задержанный сигнал замыкает ключ 23 и запускает лазерный источник N-го ЛК - 17. Излучение из ЛК попадает в оптический коммутатор 1, проходит компенсатор 7 /находящийся в нулевом положении/, объектив 10, коррекционную пластину 6 с подобранным коэффициентом пропускания и фокусируется на пристрелочной поверхности 11, разрушая слой 12. Образуется прожиг - отверстие малых размеров, сквозь который излучение источника 15, сформированное конденсатором 16, идет в обратном ходе лучей и через светоделительную поверхность оптического коммутатора попадает в прицельный канал ОЭП. Светящееся пятно, образованное прожигом, при этом проецируется на фоточувствительный слой позиционно-чувствительного приемника 20 и в поле визира 21. Если пятно, образованное прожигом, не совпадает с центром позиционно-чувствительного фотоприемника 20, который задает ось прицельного канала, это означает, что контролируемый ЛК - 17 не параллелен оси прицельного канала. Сигнал рассогласования с выхода фотоприемника 20 поступает на привод 8 компенсатора 7, который будет отрабатывать его до момента совмещения центра прожига и центра фотоприемника 20. Этот же сигнал поступает через микропереключатель 3 и привод 8 на привод 19 узла компенсации 18, N-го ЛК. Таким образом, при угловом рассогласовании осей прицельного и ЛК сигнал, пропорциональный этому рассогласованию, отрабатывается компенсатором 7 устройства, образующего совместно с фотоприемником 20 и узлом компенсации 18 контролируемого ЛК нулевую измерительную схему. Идентичность скомпенсированных угловых рассогласований компенсатором 7 и узлом компенсации 18, обеспечивается идентичностью их кинематических схем и элементов.
1
N
N
По окончании контроля и юстировки N-го ЛК приходит второй управляющий импульс с ПУ ОЭП, задержанный относительно первого на время, необходимое для контроля и юстировки, который разрывает цепь ПЧФ 20 с компенсатором 7, перебрасывая ключ 23 в первоначальное положение. Разрыв цепи обеспечивает привод 8 и за счет фиксатора нулевого положения 9 компенсатор 7 возвращается в нулевое положение. Фиксатор нулевого положения выполнен, например, в виде моментной пружины, обеспечивающей при обесточенном приводе 8 установку компенсатора на упор, который задает нулевое положение. Дальнейшая работа устройства повторяется для всех ЛК. При этом контроль за процессом автоматической юстировки может производиться оператором по положению прожига относительно прицельной марки в визире прицельного канала 21. При необходимости контроль каналов можно осуществлять выборочно и в ручном режиме, при этом оператор работает с переключателем 22, снабженным ручным управлением. Точность совмещения прожига с центром ПЧФ 20 в значительной степени определяется угловыми размерами и формой прожига. Уменьшение угловых размеров прожига и приближение его формы к правильному кругу обеспечивается установкой плоскопараллельных коррекционных пластин 6…6, толщина которых компенсирует хроматизм положения объектива 10 для данной /в N-м канале/ рабочей длины волны. Их же коэффициент пропускания калиброван за счет нанесения, например, специального интерференционного покрытия, таким образом, что энергия N-го ЛК - 17 согласована с чувствительностью сублимирующегося слоя 12 и на нее попадает энергия равная минимальной, вызывающей ее сублимацию.
Устройство может также входить в состав ОЭП /см. фиг.2/. В этом случае устройство встроено в состав ОЭП, и его электрические связи аналогичны устройству, изображенному на фиг.1. Оно обеспечивает его контроль и юстировку параллельно работе ОЭП, что позволяет повысить частоту проводимых проверок /например, 1÷2 раза в сутки/ и устранить потери во времени, связанные с выводом ОЭП из рабочего состояния для проведения контроля и юстировки.
Провидимый, таким образом, при помощи данного устройства контрольно-юстировочный процесс ОЭП полностью автоматизирован и не требует от оператора специфических знаний, связанных с юстировкой и осуществляется с ПУ ОЭП.
Таким образом, заявляемое устройство контроля и юстировки параллельности осей оптических каналов обладает при сравнении с прототипом следующими преимуществами: полностью автоматизированным процессом контроля и юстировки параллельности осей оптических каналов, уменьшением длительности процессов контроля и юстировки, а также отсутствием погрешностей, вносимых компенсатором, установленным в сходящемся пучке, что позволяет повысить точность контроля и юстировки. Изобретение может быть использовано для автоматизированной юстировки многоканальных лазерных систем, установках термоядерного синтеза, медицинских лазерных приборах, лазерных локационных системах, а также в системах встроенного контроля и юстировки сложных многоканальных систем.