УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к области оптико-механического приборостроения и может быть использована при юстировке в процессе сборки, контроле и аттестации параметров оптических приборов, имеющих два и более оптических канала, содержащих двухзеркальные центрированные оптические системы, а также в процессе их эксплуатации.
э
Известно устройство юстировки оптических систем двухзеркальных телескопов, содержащее точечный источник света в виде светящейся марки, расположенной на оптической оси юстируемой системы, и соосно располагаемые вспомогательные оптические элементы [1], которое может быть применимо для юстировки оптических систем как телескопа Кассегрена, так и телескопа Ричи-Кретьена. В известном устройстве вспомогательными оптическими элементами являются сферическая лунка, нанесенная в центральной зоне отражающей поверхности вторичного зеркала, с центром кривизны в эквивалентном фокусе F′ телескопа, и плоское зеркало с кольцевой апертурой («воротник»), окружающее вторичное зеркало со стороны его наружного диаметра и жестко скрепленное с этим зеркалом, при этом отражающая поверхность плоского зеркала обращена к отражающей поверхности главного зеркала телескопа.
Недостатком этого устройства является невысокая надежность юстировки, обусловленная тем, что в ходе изготовления вторичного зеркала со сферической лункой и плоским кольцевым зеркалом («воротником») неизбежны погрешности: центр кривизны лунки может не лежать на оптической оси вторичного зеркала, и эта ось может не быть параллельной нормали к плоскому кольцевому зеркалу («воротнику»). Вследствие этого неизбежно снизится разрешающая способность телескопа.
Известно устройство юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем [2]. Это устройство содержит монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу световых лучей коллиматор, светоделитель для формирования опорной и рабочей ветвей, в рабочей ветви установлены фокусирующий объектив для формирования точечного источника света, синтезированный голограммный оптический элемент, состоящий из трех юстировочных, соосных между собой, синтезированных голограмм, из которых две являются отражательными, при этом одна из них формирует автоколлимационное изображение точечного источника света непосредственно, а другая - совместно с соответствующей зоной отражающей поверхности главного зеркала, в опорной ветви перпендикулярно к лучам, распространяющимся от светоделителя, установлено плоское опорное зеркало, в регистрирующей части установлены второй фокусирующий объектив и позиционно чувствительное фотоприемное устройство с выходом на блок отображения и обработки информации.
Недостатками данного устройства являются невысокая надежность и оперативность юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем, состоящих из главного и вторичного зеркал, а также ограничение возможности периодического контроля юстировки этих систем в штатном режиме в условиях обсерваторий, главным образом, из-за значительных массогабаритных характеристик подложки синтезированного голограммного оптического элемента.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы [3], содержащее монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу лучей коллиматор, светоделитель для формирования опорной и рабочей ветвей, установленные в рабочей ветви фокусирующий объектив для формирования точечного источника света, две осевые соосные между собой отражательные юстировочные синтезированные голограммы, одна из которых формирует автоколлимационное изображение точечного источника света непосредственно, а другая - совместно с соответствующей зоной отражающей поверхности главного зеркала, плоское опорное зеркало, установленное в опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, в регистрирующей части установлены второй фокусирующий объектив, позиционно чувствительное фотоприемное устройство с выходом на блок отображения и обработки информации, при этом обе юстировочные синтезированные голограммы выполнены на отражающей поверхности вторичного зеркала, преимущественно в его краевой зоне, общая оптическая ось осевых юстировочных синтезированных голограмм совмещена с оптической осью вторичного зеркала, в центральном отверстии главного зеркала установлена диафрагма с отверстием, центр которого совмещен с вершиной отражающей поверхности главного зеркала и задним фокусом фокусирующего объектива, светоделитель выполнен в виде призмы-куба, а плоское опорное зеркало выполнено в виде поверхности грани призмы-куба с нанесенным на нее отражающим покрытием со стороны опорной ветви, отверстие диафрагмы выполнено круглым, минимальный диаметр которого определяется из условия do=2,44f′λ/D, где do - диаметр круглого отверстия диафрагмы, D и f′ - соответственно диаметр входного зрачка и фокусное расстояние фокусирующего объектива, λ - длина волны излучения монохроматического источника света, каждая из двух юстировочных синтезированных голограмм выполнена в виде пары диаметрально противоположных частей соответствующих круговых колец, причем эти пары развернуты друг относительно друга под определенным углом, например 90°, а распределение радиусов середин кольцевых зон в структурах юстировочных синтезированных голограмм определяется условиями:
1,m
2
m
2,m
1
2
m
1,m
2,m
1
2
Δl[ρ(x-d),y(x-d),d]=λ - для голограммы, формирующей автоколлимационное изображение точечного источника света непосредственно, Δl[ρ(x-d),y(x),y(x-d),d]=λ - для голограммы, формирующей автоколлимационное изображение точечного источника света совместно с соответствующей зоной отражающей поверхности главного зеркала, где m - номер кольцевой зоны юстировочной синтезированной голограммы; Δl - разность хода между осевым лучом и лучом, соответствующим середине m-й зоны голограммы, формирующей автоколлимационное изображение точечного источника света непосредственно; Δl - разность хода между осевым лучом и лучом, соответствующим середине m-й зоны голограммы, формирующей автоколлимационное изображение точечного источника света совместно с соответствующей зоной отражающей поверхности главного зеркала; y(x) и y(x-d) - функции, определяющие форму профиля отражающих поверхностей, соответственно, главного и вторичного зеркал в декартовой системе координат Oxy с началом в вершине O1 отражающей поверхности главного зеркала и осью Ох, совмещенной с оптической осью двухзеркальной центрированной оптической системы, d - расстояние от вершины отражающей поверхности вторичного зеркала до вершины отражающей поверхности главного зеркала, λ - длина волны излучения монохроматического источника света.
Существенным недостатком данного устройства является невозможность его применения для юстировки широко используемых на аэродромах лазерных датчиков облачности, содержащих расположенные на одной базовой оптической оси передающий и приемный каналы, построенные на двухзеркальных телескопических системах или комбинацией двухзеркальной телескопической и линзовой систем [4, 5, 6].
Причем, базовая оптическая ось этих датчиков совпадает с геометрической осью внутренней (базовой) трубы, в которую устанавливаются вторичное зеркало и приемная оптика. Это ограничение связано с необходимостью изготовления специальных осевых отражательных голограмм на вторичном зеркале оптической системы юстируемых датчиков и максимального увеличения свободы перемещения вторичного зеркала, что значительно усложняет конструкцию и ухудшает массогабаритные характеристики датчиков и удорожает их производство.
Наличие осевых отражательных голограмм на вторичном зеркале повышает коэффициент экранирования двухзеркальной телескопической системы, что снижает дальность работы лазерных датчиков облачности. Кроме того, в известном устройстве не обеспечено центрирование и согласование оптических осей обоих фокусирующих объективов с оптической осью коллиматора, светоделителя и юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы, что затрудняет его техническую реализацию без дополнительных элементов и вспомогательных устройств и приводит серьезным ошибкам юстировки.
Основной задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение надежности и технологичности юстировки, снижения стоимости юстируемой системы и расширение типов юстируемых двухзеркальных центрированных оптических систем при их сборке и юстировке, а также контроля в процессе их эксплуатации.
1
1
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы, состоящей из главного зеркала и вторичного зеркала, центрированного в базовой трубе этой системы, которое, как и прототип, содержит монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу оптического луча коллиматор, светоделитель, выполненный в виде призмы-куба с полупрозрачным слоем, для формирования опорной и рабочей ветвей, установленные в рабочей ветви по ходу оптического луча первый фокусирующий объектив и диафрагма с отверстием, последовательно установленные в опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, плоское опорное зеркало, выполненное в виде нанесенного отражающего покрытия на поверхности грани светоделителя со стороны опорной ветви, второй фокусирующий объектив, расположенное в его заднем фокусе позиционно чувствительное фотоприемное устройство и подключенный к его выходу блок отображения и обработки информации, причем отверстие первой диафрагмы выполнено круглым, минимальный диаметр которого определяется из условия d=2.44f′λ/D, где d - диаметр круглого отверстия диафрагмы, D и f′ - соответственно диаметр входного зрачка и фокусное расстояние первого фокусирующего объектива, λ - длина волны излучения монохроматического источника света.
и
2
2
и
В отличие от прототипа в устройство дополнительно введены мира с центральным перекрестием, вторая диафрагма с круглым центральным отверстием, второе плоское зеркало и второй монохроматический источник света, причем мира выполнена в виде стеклянной плоскопараллельной пластины, а центр ее перекрестия расположен на одной оптической оси по ходу оптического луча в переднем фокусе объектива коллиматора, вторая диафрагма установлена соосно в центральное отверстие базовой трубы со стороны, противоположной вторичному зеркалу, так, что центр ее отверстия совмещен с осью базовой трубы, второй монохроматический источник света выполнен в виде лазерной «указки», объединен с второй диафрагмой в один узел и центрирован относительно ее оси, отражающая поверхность плоского зеркала обращена к отражающей поверхности главного зеркала и перпендикулярна к оси этой трубы, первый фокусирующий объектив и первая диафрагма объединены в один узел, установленный в центральном отверстии главного зеркала и центрированный так, что оптическая ось первого фокусирующего объектива совмещена с геометрической осью первой диафрагмы и перпендикулярна плоскости первой диафрагмы, задний фокус первого объектива совмещен с центром первой диафрагмы и с эквивалентным фокусом юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы, диаметр отверстия второй диафрагмы определяется соотношением d=d·f′/(f′+L), где d - диаметр круглого отверстия второй диафрагмы, d - минимальный диаметр изображения отверстия этой диафрагмы, ограниченный разрешающей способностью фотоприемного устройства, L и f′ - соответственно расстояние от центра отверстия второй диафрагмы до узловой точки второго фокусирующего объектива и его фокусное расстояние.
и
2
2
и
Сущность полезной модели заключается в том, что, благодаря введению миры с центральным перекрестием, второй диафрагма с круглым центральным отверстием, второго плоского зеркала и второго монохроматического источника света, причем мира выполнена в виде стеклянной плоскопараллельной пластины, а центр ее перекрестия расположен на одной оптической оси по ходу оптического луча в переднем фокусе объектива коллиматора, вторая диафрагма установлена соосно в центральное отверстие базовой трубы со стороны, противоположной вторичному зеркалу, так, что центр ее отверстия совмещен с осью базовой трубы, второй монохроматический источник света выполнен в виде лазерной «указки», объединен с второй диафрагмой в один узел и центрирован относительно ее оси, отражающая поверхность плоского зеркала обращена к отражающей поверхности главного зеркала и перпендикулярна к оси этой трубы, первый фокусирующий объектив и первая диафрагма объединены в один узел, установленный в центральном отверстии главного зеркала и центрированный так, что оптическая ось первого фокусирующего объектива совмещена с геометрической осью первой диафрагмы и перпендикулярна плоскости первой диафрагмы, задний фокус первого объектива совмещен с центром первой диафрагмы и с эквивалентным фокусом юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы, диаметр отверстия второй диафрагмы определяется соотношением d=d·f′/(f′+L), где d - диаметр круглого отверстия второй диафрагмы, d - минимальный диаметр изображения отверстия этой диафрагмы, ограниченный разрешающей способностью фотоприемного устройства, L и f′ - соответственно расстояние от центра отверстия второй диафрагмы до узловой точки второго фокусирующего объектива и его фокусное расстояние, и их взаимодействием с остальными элементами устройства юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы обеспечивает использование автоколлимационных методов в процессе согласования оптических элементов устройства юстировки и юстируемой системы, что является главным условием обеспечения высокого качества юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы. При этом исключается необходимость изготовления отражательных синтезированных голограмм на элементах юстируемых оптических систем и использования специального дорогостоящего оборудования, что улучшает энергетические, массогабаритные и экономические характеристики двухзеркальных центрированных оптических систем. Объединение в предварительно центрированные узлы первого фокусирующего объектива с первой диафрагмы, а второй диафрагмы с вторым монохроматическим источником света улучшает качество центровки этих элементов и, следовательно, качество и надежность юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем.
Кроме того, введение указанных отличий в известное устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы преобразуют его в практически универсальное средство для юстировки широкого касса таких систем. В результате повышается технологичность, снижаются трудоемкость и стоимость устройства юстировки и юстируемой системы, обеспечивается расширение типов юстируемых двухзеркальных центрированных оптических систем при их сборке и юстировке, а также их контроля в процессе их эксплуатации.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - изображена принципиальная оптическая схема предложенного устройства юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы;
0
1
на фиг. 2 - показаны расположение автоколлимационных изображений (опорного А и рабочего A) перекрестия миры на экране блока отображения и обработки информации при описании работы устройства юстировки;
0
2
на фиг. 3 - показаны расположение автоколлимационных изображений (опорного А и рабочего А) перекрестия миры на экране блока отображения и обработки информации на первом этапе процесса согласования визирной оси единого блока с базовой осью;
0
3
на фиг. 4 - показаны расположение опорного А изображения перекрестия миры и прямого А изображения отверстия второй диафрагмы на экране блока отображения и обработки информации на втором этапе процесса центровки визирной оси единого блока с базовой осью;
0
4
на фиг. 5 - показаны расположение опорного А изображения перекрестия миры и рабочего А («светящаяся» точка) изображения отверстия первой диафрагмы на экране блока отображения и обработки информации в процессе предварительной центровки оптической оси главного зеркала с базовой осью.
Предлагаемое устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы содержит расположенные на одной оптической оси по ходу оптического луча монохроматический источник света 1 (фиг. 1), миру 2, выполненную в виде стеклянной плоскопараллельной пластины, центр перекрестия которой расположен на одной оптической оси по ходу оптического луча в переднем фокусе объектива коллиматора 3, светоделитель 4 в виде призмы-куба с полупрозрачным слоем 5, разделяющим падающий на него пучок лучей на две части, одна из которых (отраженная от полупрозрачного слоя 5) поступает в опорную ветвь, а другая (прошедшая полупрозрачный слой 5) - в рабочую ветвь устройства. В опорной ветви перпендикулярно к лучам, распространяющимся от полупрозрачного слоя 5 светоделителя 4, последовательно установлены опорное плоское зеркало 6, которое выполнено в виде поверхности грани светоделителя 4 с нанесенным на нее отражающим покрытием со стороны опорной ветви, второй фокусирующий объектив 7, задняя фокальная плоскость которого совмещена со светочувствительной поверхностью 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9, к выходу которого подключен блок отображения и обработки информации 10.
В рабочей ветви по ходу лучей последовательно установлены фокусирующий объектив 11 (фиг. 1) и первая диафрагма 12 с отверстием, юстируемое вторичное зеркало 13, центрированное в базовой трубе 14, юстируемое главное зеркало 15, второе плоское зеркало 16, вторая диафрагма 17 с центральным отверстием, установленная соосно в центральном отверстии базовой трубы 14 юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы, и второй монохроматический источник света 18, выполненный в виде лазерной «указки».
При этом фокусирующий объектив 11 и первая диафрагма 12 объединены в один узел, установленный соосно в центральном отверстии главного зеркала 15, и центрированы таким образом, что оптическая ось первого фокусирующего объектива 11 совмещена с геометрической осью первой диафрагмы 12 и перпендикулярна плоскости первой диафрагмы 12, центр отверстия которой совмещен с задним фокусом первого объектива 11 и с эквивалентным фокусом F0 (фиг. 1) юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы. Плоское зеркало 16 установлено перпендикулярно к базовой оси юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы (например, к торцу базовой трубы 14). Вторая диафрагма 17 и второй источник света 18 собраны во второй единый узел таким образом, что бы оптическая ось второго источника света 18 совпадала с осью вращения второй диафрагмы 17, установленной соосно в центральном отверстии базовой трубы 14.
Фокусирующий объектив 11 выбирают таким, чтобы выполнялось условие f′/D=d/Dвз,
где D и f′ - соответственно диаметр входного зрачка и фокусное расстояние фокусирующего объектива 11;
1
d - расстояние от вершины O2 отражающей поверхности вторичного зеркала 13 до центра O отверстия диафрагмы 12, совмещенного с расчетным положением F0 эквивалентного фокуса двухзеркальной центрированной оптической системы.
Dвз - диаметр вторичного зеркала 13.
Отверстие первой диафрагмы 12 выполнено круглым, минимальный диаметр которого определяется из условия
1
d=2.44f′λ/D,
1
где d - диаметр круглого отверстия диафрагмы;
D и f′ - соответственно диаметр входного зрачка и фокусное расстояние фокусирующего объектива 11;
λ - длина волны излучения монохроматического источника света.
Отверстие второй диафрагмы 17 выполнено круглым, диаметр которого выбирается из условия
и
2
d≤0.2d·f′(f′+L),
2
где d - диаметр круглого отверстия второй диафрагмы;
и
d - минимально допустимый диаметр изображения отверстия второй диафрагмы, ограниченный разрешающей способностью фотоприемного устройства;
L и f′ - соответственно расстояние от центра отверстия диафрагмы 17 до узловой точки второго фокусирующего объектива 7 и его фокусное расстояние.
Устройство работает следующим образом.
0
0
Световой пучок лучей от источника монохроматического излучения 1 через миру 2 с центральным прозрачным перекрестием, расположенную на одной оптической оси по ходу оптического луча в фокусе объектива коллиматора 3, поступает в коллиматор 3 и преобразуется им в расширенный параллельный пучок световых лучей, который поступает в светоделитель 4, где частично проходит полупрозрачный слой 5 и частично отражается им. Отраженная часть пучка световых лучей поступает в опорную ветвь, падает на опорное плоское зеркало 6 светоделителя 4, ориентированное перпендикулярно к световым лучам этого пучка, отражается от него и в автоколлимационном ходе частично отражается от полупрозрачного слоя 5 и частично проходит его. Отраженная часть опорного пучка световых лучей проходит в обратном направлении коллиматор 3, миру 2 и падает в отверстие выходного окна источника света 1, а прошедшая полупрозрачный слой 5 часть опорного пучка поступает на второй фокусирующий объектив 7, который формирует опорное автоколлимационное изображение А (фиг. 2) перекрестия миры 2 на светочувствительной поверхности 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9, расположенной в задней фокальной плоскости объектива 7. Изображение А перекрестия миры 2 выводится на экран блока отображения и обработки информации 10 (в центре экрана, фиг. 2). Оно играет роль опорной системы координат XOY при выполнении процесса юстировки двухзеркальной системы.
1
1
1
0
1
0
1
0
В рабочую ветвь устройства юстировки поступает прошедшая полупрозрачный слой 5 светоделителя 4 часть пучка световых лучей, вышедшего из коллиматора 3, которая затем проходит первый фокусирующий объектив 6 и преобразуется им в сходящийся гомоцентрический пучок лучей с центром в его заднем фокусе, формируя промежуточное изображение перекрестия миры 2 в центре отверстия диафрагмы 12, которое совмещено с задним фокусом объектива 11 и эквивалентным фокусом юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы F0, и расходящимся гомоцентрическим пучком световых лучей последовательно отражается сначала от отражающей поверхности вторичного зеркала 13, а за тем от отражающей поверхности главного зеркала 15 и преобразуется в параллельный пучок световых лучей, падающий на плоское зеркало 16, расположенное перпендикулярно к базовой оси юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы, которая совпадает с геометрической осью базовой трубы. Световые лучи, отраженные поверхностью второго плоского зеркала 16 в обратном направлении, формируют рабочий автоколлимационный световой поток, который последовательно отражаясь сначала от поверхности главного зеркала 15, а затем от поверхности вторичного зеркала 13, преобразуется в сходящийся гомоцентрический пучок лучей с центром в эквивалентном фокусе юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы F0, совпадающим с центром отверстия диафрагмы 12 и задним фокусом объектива 11, и расходящимся гомоцентрическим пучком световых лучей поступает на объектив 11. В результате расходящийся гомоцентрический пучок световых лучей преобразуется в параллельный пучок лучей, часть которого отражается от полупрозрачного слоя 5 светоделителя 4 и поступает на второй фокусирующий объектив 7, который формирует рабочее автоколлимационное изображение А (справа от центра экрана, фиг. 2) перекрестия миры 2 на светочувствительной поверхности 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9, расположенной в задней фокальной плоскости объектива 7. Это изображение A перекрестия маркера выводится на экран блока отображения и обработки информации 10. В его формировании участвуют отражающие поверхности обоих зеркал юстируемой двухзеркальной системы, что позволяет оценивать качество этих зеркал. При этом по размеру и резкости рабочего автоколлимационного изображения A перекрестия миры 2 на экране блока 10 оценивают отклонение от расчетного значения расстояния от заднего фокуса объектива 11, совмещенного с расчетным положением эквивалентного фокуса юстируемой оптической системы, до вершины O2 отражающей поверхности вторичного зеркала 13, а по поперечному смещению относительно центра опорного изображения А перекрестия миры 2 - суммарную величину децентрировки вторичного зеркала 13 и главного зеркала 15. Продольным смещением вторичного зеркала 13 вдоль базовой оси юстируемой системы добиваются максимального качества рабочего автоколлимационного изображения A (его размер и резкость должны практически совпадать с этими же параметрами опорного изображения А перекрестия миры 2) перекрестия миры 2 на экране блока 10. Завершения юстировки добиваются путем полного совмещения рабочего изображения А перекрестия миры 2 с опорным изображением А перекрестия миры 2 (фиг. 2) посредством угловых поворотов и поперечных подвижек главного зеркала 15 юстируемой системы.
В результате вторичное зеркало 13 будет установлено на расчетном расстоянии от заднего фокуса объектива 11, совмещенным с расчетным положением F0 эквивалентного фокуса юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы. Полное совмещение обоих изображений перекрестия миры 2 соответствует тому, что двухзеркальная система отъюстирована, а ее оптическая ось совмещена с базовой осью прибора.
Для проведении юстировки зеркал 8 и 9 двухзеркальной системы предварительно создают и настраивают единый блок из элементов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9, первый единый узел, включающий фокусирующий объектив 11 и первую диафрагму 12 и второй единый узел, включающий вторую диафрагму 17 и второй источник света 18.
Первый фокусирующий объектив 11 и первую диафрагму 12 объединяют в один узел и центрируют, используя известные технологические способы [7], таким образом, что бы оптическая ось первого фокусирующего объектива 11 была совмещена с геометрической осью первой диафрагмы 12 и перпендикулярна плоскости первой диафрагмы 12, центр отверстия которой совмещают с задним фокусом первого объектива 11. Вторую диафрагму 17 и второй источник света 18, выполненный в виде лазерной «указки», объединяют в один узел и центрируют, используя известные технологические способы [7], таким образом, что бы оптическая ось второго источника света 18 совпадала с осью вращения второй диафрагмы 17 и центром ее отверстия.
В едином блоке предварительно устанавливают миру 2 так, что бы центр ее перекрестия был совмещен с передним фокусом объектива коллиматора 3. Для этого перпендикулярно визирной оси объектива коллиматора 3 (например, к торцу трубы коллиматора 3 со стороны его объектива) временно устанавливают второе плоское зеркало 16 и, перемещая миру 2, освещенную первым источником света 1, вдоль визирной оси коллиматора 3, добиваются, визуально контролируя, совмещения перекрестия миры 2 с ее автоколлимационным изображением, создаваемым объективом коллиматора 3 из отраженного вторым плоским зеркалом 16 пучка параллельных лучей, вышедших из коллиматора 3. Далее устанавливают второе плоское зеркало 16 к грани светоделителя 4 со стороны, противоположной коллиматору 3, и ориентируют светоделитель 4 так, чтобы пучок параллельных лучей, вышедший из коллиматора 3 и отраженный полупрозрачным слоем 5 светоделителя 4, падал перпендикулярно на плоское опорное зеркало 5 (грань светоделителя 4), а прошедший полупрозрачный слой 5 светоделителя 4 падал перпендикулярно на второе плоское зеркало 16. Это контролируют визуально по положению автоколлимационных изображений перекрестия миры 2, образованных коллиматором 3 из отраженных опорным зеркалом 5 и вторым зеркалом 16 пучков световых лучей, относительно перекрестия самой миры 2. Поворотами светоделителя 4 совмещают оба изображения с перекрестием миры 2. Затем совмещают светочувствительную поверхность 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9 с задней фокальной плоскостью второго фокусирующего объектива 7, добиваясь одного резкого автоколлимационного изображения перекрестия миры 2, образованных вторым фокусирующим объективом 7 из отраженных зеркалом 5 и зеркалом 16 пучков световых лучей, контролируя качество этого изображения на экране блока отображения и обработки информации 10. При этом двоение изображения перекрестия миры 2, а так же обрезание линий перекрестия или их расфокусировка относительно центра перекрестия устраняется небольшими наклонами и поперечными подвижками второго фокусирующего объектива 7. Полное совмещение обоих изображений перекрестия миры 2 свидетельствует о достижении центрирования визирной оси коллиматора 3, светоделителя 4 и оптической оси второго фокусирующего объектива 7, что не обеспечено в прототипе.
2
0
Далее совмещают визирную ось единого блока с базовой осью юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы. Для этого извлекают единый узел, включающий фокусирующий объектив 11 и первую диафрагму 12 из центрального отверстия главного зеркала 15, второй единый узел, включающий вторую диафрагму 17 и второй источник света 17, и вторичное зеркало 13 из отверстия базовой трубы 14. Затем направляют пучок параллельных лучей, вышедший из коллиматора 3, через светоделитель 4, центральные отверстия главного зеркала 15 и базовой трубы 14 перпендикулярно на плоское зеркало 16, расположенное перпендикулярно к базовой оси юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы. Этого добиваются поперечными подвижками единого блока, совмещая центр автоколлимационного изображение А (фиг. 3) перекрестия маркера рабочей ветви, образованного фокусирующим объективом 7 из отраженного зеркалом 16 и частично полупрозрачным слоем 5 светоделителя 4 пучком световых лучей, с опорным изображением А (фиг. 3) перекрестия миры 2, формируемым в опорной ветви, контролируя это на экране блока отображения и обработки информации 10.
Затем устанавливают в центральное отверстие базовой трубы 15 со стороны противоположной главному зеркалу второй единый узел, включающий вторую диафрагму 17 и второй источник света 18, освещающий отверстие диафрагмы 17 практически параллельным пучком световых лучей. Световой поток второго источника света 18 проходит через отверстие диафрагмы 17, центральные отверстия базовой трубы 14 и главного зеркала 15 на светоделитель 4, частично отражается полупрозрачным слоем 5 светоделителя 4 и частично проходит его.
3
и
2
Отраженная часть светового потока второго источника света 18 поступает на фокусирующий объектив 7, который формирует практически точечное прямое изображение А (фиг. 4) отверстия диафрагмы 17 на светочувствительной поверхности 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9, размер которого связан с диаметром отверстия диафрагмы 17 и его удаленностью от узловой точки фокусирующего объектива 7 соотношением d=d·f′/(f′+L),
2
где d - диаметр круглого отверстия второй диафрагмы 17;
и
d - минимальный диаметр изображения отверстия этой диафрагмы 17, ограниченный разрешающей способностью фотоприемного устройства 10;
L и f′ - соответственно расстояние от центра отверстия диафрагмы 17 до узловой точки фокусирующего объектива 7 и его фокусное расстояние.
0
3
0
3
0
Освещают первым источником света 1 миру 2 и наблюдают наличие опорного изображения А (фиг. 4) перекрестия миры 2 на экране блока отображения и обработки информации 10, сформированное пучком параллельных лучей, вышедших из коллиматора 3. Затем небольшими поперечными подвижками добиваются совмещения центра изображения А с центром опорного изображения А (фиг. 4), контролируя это на экране блока отображения и обработки информации 10. Очевидно, совмещение центров изображений А и А (фиг. 4) произойдет при условии перпендикулярности светового потока второго источника света 18 соответствующей грани светоделителя 4 и совпадением с визирной осью единого блока, что является свидетельством согласования визирной оси единого блока с базовой осью юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы.
Далее проводится согласование оптической оси главного зеркала 16 с базовой осью юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы. Для этого единый узел, содержащий первый фокусирующий объектив 11 и первую диафрагму 12 устанавливают в центральное отверстие главного зеркала 15, совместив плоскость первой диафрагмы 12 с положением эквивалентного фокуса юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы F0, а второе плоское зеркало 16 перпендикулярно к базовой оси юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы (например, к торцу базовой трубы 14).
0
4
Освещают первым источником света 1 миру 2 и наблюдают наличие опорного автоколлимационного изображения А (фиг. 5) перекрестия миры 2 на экране блока отображения и обработки информации 10, сформированное пучком параллельных лучей, вышедших из коллиматора 3. Затем вторым источником света 18 освещают через отверстие диафрагмы 17 отверстие первой диафрагмы 12, формирующее практически точечный источник («светящаяся» точка). Объектив 11 преобразует исходящий от точечного источника пучок световых лучей в параллельный, который, частично отразившись от полупрозрачного слоя 5 светоделителя 4, поступает на фокусирующий объектив 7, формирующий точечное изображение А отверстия диафрагмы 12 («светящаяся» точка) на светочувствительной поверхности 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9.
4
0
4
0
Небольшими поперечными перемещениями главного зеркала 15 в плоскости, перпендикулярной базовой оси юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы добиваются совмещения центра изображения А с центром опорного изображения А (фиг. 5) перекрестия миры 2, контролируя это на экране блока отображения и обработки информации 10. Достижение совмещения центра изображения А с центром опорного изображения А является свидетельством допустимого уровня согласования оптической оси главного зеркала с визирной осью единого блока и базовой осью юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы.
0
0
Далее проводят окончательное согласование взаимного расположения главного зеркала 15 и вторичного зеркала 13. Для этого в отверстие базовой трубы 14 со стороны главного зеркала 15 устанавливают вторичное зеркало 13, к противоположному торцу базовой трубы 14 устанавливают плоское зеркало 16. Источником света 1 освещают миру 2 с центральным прозрачным перекрестием, расположенную на одной оптической оси в фокусе объектива коллиматора 3, на выходе которого формируется расширенный параллельный пучок световых лучей, который поступает в светоделитель 4, где частично проходит полупрозрачный слой 5 и частично отражается им. Отраженная часть пучка световых лучей поступает в опорную ветвь, падает на плоскую зеркальную поверхность 6 светоделителя 4, ориентированную перпендикулярно к световым лучам этого пучка, отражается от нее и в автоколлимационном ходе частично отражается от полупрозрачного слоя 5 и частично проходит его. Прошедшая полупрозрачный слой 5 часть опорного пучка поступает на второй фокусирующий объектив 7, который формирует автоколлимационное опорное изображение А перекрестия миры 2 на светочувствительной поверхности 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9, расположенной в задней фокальной плоскости объектива 7. Изображение А перекрестия миры 2 выводится на экран блока отображения и обработки информации 10 (в центре экрана, фиг. 2). Оно играет роль опорной системы координат XOY при выполнении процесса юстировки двухзеркальной системы.
В рабочую ветвь устройства юстировки поступает прошедшая полупрозрачный слой 5 часть пучка световых лучей, вышедшего из коллиматора 3, которая затем проходит первый фокусирующий объектив 11 и преобразуется им в сходящийся гомоцентрический пучок лучей с центром в его заднем фокусе, формируя промежуточное изображение перекрестия миры 2 в центре отверстия диафрагмы 13, который совмещен с задним фокусом объектива 11 и эквивалентным фокусом юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы F0, и расходящимся гомоцентрическим пучком световых лучей последовательно отражается сначала от отражающей поверхности вторичного зеркала 13, а затем от отражающей поверхности главного зеркала 15 и преобразуется в параллельный пучок световых лучей, падающий на плоское зеркало 16, расположенное перпендикулярно к базовой оси юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы.
1
1
0
Световые лучи, отраженные от поверхности плоского зеркала 16 в обратном направлении, формируют рабочий автоколлимационный световой поток, который последовательно отражаясь сначала от поверхности главного зеркала 15, а затем от поверхности вторичного зеркала 13, преобразуется в сходящийся гомоцентрический пучок лучей с центром в эквивалентном фокусе юстируемой двузеркальной центрированной оптической системы F0, совпадающим с центром отверстия диафрагмы 12 и задним фокусом объектива 11, и расходящимся гомоцентрическим пучком световых лучей поступает на объектив 11. В результате расходящийся гомоцентрический пучок световых лучей преобразуется в параллельный пучок лучей, часть которого отражается от полупрозрачного слоя 5 светоделителя 4 и поступает на второй фокусирующий объектив 7, который формирует рабочее автоколлимационное A изображение перекрестия миры 2 на светочувствительной поверхности 8 позиционно чувствительного фотоприемного устройства 9, расположенной в задней фокальной плоскости объектива 7. Это изображение A перекрестия миры 2 выводится на экран блока отображения и обработки информации 10. В его формировании участвуют оба зеркала юстируемой двухзеркальной системы. При этом по размеру и резкости рабочего автоколлимационного изображения перекрестия миры 2 на экране блока 10 оценивают отклонение от расчетного значения расстояния от заднего фокуса объектива 11, совмещенным с расчетным положением F0 эквивалентного фокуса юстируемой оптической системы, до вершины O2 отражающей поверхности вторичного зеркала 14, а по поперечному смещению относительно центра опорного изображения А перекрестия миры 2 - суммарную величину децентрировки вторичного зеркала 13 и главного зеркала 15. При этом положение F0 эквивалентного фокуса юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы в зависимости от ее конструктивных особенностей может совпадать (Фиг. 1) с вершиной O1 отражающей поверхности главного зеркала или располагаться выше или ниже вершины O1 отражающей поверхности главного зеркала, что расширяет возможности применения предлагаемого устройства юстировки.
1
1
1
0
После проведения указанных юстировочных операций при отсутствии автоколлимационного изображения A перекрестия миры 2 небольшими поперечными и угловыми подвижками главного зеркала 15 выводят на экран блока 10 отсутствующее рабочее автоколлимационное изображение А, а смещением вторичного зеркала 13 вдоль базовой оптической оси получают его резкое изображение. После этого дополнительными подвижками главного зеркала 15 совмещают центр рабочего автоколлимационного изображения А с центром опорного изображения А перекрестия миры 2. В результате вторичное зеркало 13 будет установлено на расчетном расстоянии от заднего фокуса объектива 11, совмещенным с расчетным положением F0 эквивалентного фокуса юстируемой двухзеркальной центрированной оптической системы. При этом оптические оси главного 15 и вторичного 13 зеркал будут совмещены между собой и с базовой осью прибора.
Итак, из приведенных выше обоснований следует, что в предложенном устройстве юстировки на всех этапах согласования оптических элементов самого устройства юстировки и юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы использованы технически реализуемые, в основном автоколлимационные методы, что является главным условием обеспечения точности согласования оптических элементов устройства юстировки и юстируемой системы, и, следовательно, высокого качества юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы. При этом исключается необходимость изготовления отражательных синтезированных голограмм на элементах юстируемых оптических систем и использования специального дорогостоящего оборудования, что улучшает энергетические, массогабаритные и экономические характеристики двухзеркальных центрированных оптических систем. Кроме того, введенные отличия в устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы преобразуют его в практически универсальное средство для юстировки широкого касса сложных оптических систем. В результате повышается технологичность, снижаются трудоемкость и стоимость устройства юстировки и юстируемой системы, обеспечивается расширение типов юстируемых двухзеркальных центрированных оптических систем при их сборке и юстировке, а также контроля в процессе их эксплуатации.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Михельсон Н.Н. Взаимная выверка зеркал в двузеркальных телескопах // Оптический журнал. 1996. 3. С. 66-68.
2. Иванов В.П., Ларионов Н.П., Лукин А.В., Нюшкин А.А. Юстировка двузеркальных центрированных оптических систем с использованием синтезированных голограммных оптических элементов // Оптический журнал. 2010. Т. 77. 6. С. 14-18.
3. Российская Федерация, патент на изобретение №2467286, МПК: G01B 11/27, G02B 27/62, 2012 г. - прототип.
4. Российская Федерация, свидетельство на полезную модель №7210, МПК: G01S 1/66, 1998 г.
5. В.Е. Зуев. Лазер-метеоролог, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1974, с. 37, рис. 3.
6. Российская Федерация, патент на изобретение №2540137, МПК: G01S 17/95, G02B 23/04, 2013 г.
7. Ушаков О.К. Теория юстировки: учебное пособие для вузов: Новосибирск. 2009, с 120-128.