Деформируемое зеркало
DEFORMABLE MIRROR

Устройство относится к оптическому приборостроению и, в частности, к средствам адаптивной оптики и может быть использовано для коррекции статических и динамических искажений в световых пучках широкого класса оптических приборов и систем.
Известно деформируемое зеркало, содержащее отражающую пластину с периодически меняющейся толщиной, защемленную по контуру, установленные параллельно ее оси привода с выпуклыми криволинейными торцами, оси которых совпадают с точками наименьшей толщины отражающей пластины, а профиль отражающей пластины меняется по закону:
где r, φ - полярные координаты в плоскости отражающей пластины;
i
i
r, φ - координаты размещения i-го привода;
о
N - число приводов; h - максимальная толщина отражающей пластины; ℓ - глубина впадины в профиле отражающей пластины; R - радиус отражающей пластины α, n - постоянные для данной конструкции (0≤α≤10, 1≤n≤5).
Недостатками указанного устройства являются:
- необходимость длительное время стабильно поддерживать профиль отражающей поверхности системой приводов при коррекции статических искажений и аберраций, характерных для широкого класса оптических приборов, что приводит к существенным энергозатратам /69-канальное деформируемое зеркало потребляет 40 кВт электроэнергии /М.А. Воронцов, В.И. Шмальгаузен, Принципы адаптивной оптики, 1985 г., стр. 321/;
- низкая температурная стабильность деформируемого зеркала при поддержании заданного профиля отражающей пластины, что вызвано нагревом приводов непосредственно контактирующих с тыльной стороной отражающей пластины. Наиболее близким по технической сущности является выбранное в качестве прототипа, адаптивное деформируемое зеркало, содержащее деформируемую отражающую пластину, систему дискретных приводов и неподвижное основание, а также толкатели с возможностью их осевого перемещения в неподвижном основании, причем толкатели связаны с одного конца с приводом, а с другого с тыльной стороной отражающей пластины /авт. свид. СССР № 1805522 по заявке 3076867, G02B 5/08 от 9.11.83/.
Недостатками прототипа являются:
- высокие энергозатраты при компенсации статических искажений;
- внесение дополнительных флуктуационных шумов в фазовую коррекцию статических искажений системой измерения, обработки информации, питания приводов, что снижает стабильность поддержания заданного профиля отражающей поверхности;
- сложность демонтажа системы приводов при ее замене.
Целью изобретения является повышение стабильности поддержания заданного профиля отражающей поверхности при компенсации статических искажений.
Поставленная цель достигается тем, что в деформируемое зеркало, содержащее отражающую пластину, защемленную по контуру с периодически меняющейся толщиной, установленные параллельно ее оси N приводов, N толкателей, связанных одним концом с тыльной стороной отражающей пластины в точках ее наименьшей толщины, а другим с соответствующими приводами, дополнительно введена плита с внутренней полостью для ввода полимеризующегося вещества, содержащие N отверстий, в которых установлены указанные толкатели, при этом плита размещена между приводами и отражающей пластиной, жестко связана с отражающей пластиной по контуру ее защемления, при этом часть поверхности каждого толкателя находится в указанной полости и имеет винтовую нарезку.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое деформируемое зеркало отличается введением плиты с внутренней полостью для ввода полимеризующегося вещества. Таким образом, заявляемое деформируемое зеркало соответствует критерию "новизна". Анализ известных технических решений в данной и смежных областях техники позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого деформируемого зеркала, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".
Сущность изобретения заключается в следующем.
В большинстве оптических приборов статические искажения и аберрации превалируют над динамическими. В системах же, где имеются еще и значительные динамические искажения, наличие статических искажений сужает диапазон управляемых деформируемых зеркал. Устранение статических искажений для каждого конкретного прибора можно реализовать специальным предназначенным для этой цели зеркалом. В таком зеркале компенсация достигается за счет деформации отражающей пластины управляющими приводами, воздействующими на нее через толкатели, свободно перемещающиеся в плите, жестко связанной с отражающей пластиной по контуру ее защемления. По достижении полной компенсации статических искажений и аберраций отражающая пластина находится в некотором сдеформированном стационарном состоянии. Такое состояние поддерживается за счет управляющих напряжений приводов. Для фиксации этого состояния фиксируется положение толкателей и во внутреннюю полость плиты вводится полимеризующееся вещество, например клей К-400. Для повышения надежности фиксации толкателей на части их поверхности, контактирующей с полимеризующимся веществом, наносится винтовая нарезка. После окончательной полимеризации привода обесточиваются и совместно с жестким основанием демонтируются для дальнейшего использования. Профиль деформируемого зеркала при этом остается в изогнутом состоянии, соответствующем компенсации стационарных искажений в оптическом приборе. Таким образом, заявляемое деформируемое зеркало позволяет его использовать в статическом и динамическом режимах с фиксацией отражающей поверхности в последнем случае.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 - предпочтительная реализация деформируемого зеркала.
На фиг. 2, 3, 4 - схематичное изображение последовательности компенсации стационарных искажений в оптическом приборе.
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
1
N
Согласно изобретению /см. фиг. 1/ отражающая пластина 1 с периодически меняющейся толщиной, жестко защемлена по контуру гайкой 2. Параллельно ее оси установлены привода 3…3, жестко связанные с корпусом 4. С приводами 3…3 контактируют толкатели 5…5, жестко связанные с отражающей пластиной 1 в точках ее наименьшей толщины. Толкатели 5…5 установлены в отверстиях плиты 6, соосно приводам 3…3, имеющей внутреннюю полость 7, связанную с внешним объемом штуцерами 8 и 9. Плита 6 жестко связана с отражающей пластиной 1 по контуру ее защемления, а толкатели 5…5 частью своей поверхности пересекают полость 7. На этой части толкателей 5…5 нанесена винтовая нарезка 10. Стрелками указано направление подачи в полость 7 полимеризующегося вещества 11, например клея К-400. Штуцер 8 служит для подачи в полость 7 полимеризующегося вещества, а штуцер 9 - дренажный.
1
N
1
N
1
N
1
N
Предлагаемое деформируемое зеркало работает следующим образом: при компенсации стационарных искажений управляющие привода 3…3 /см. фиг. 2/ отрабатывают управляющий сигнал коррекции искажения оптического прибора 12 и деформируют отражающую пластину 1. По достижении полной фазовой коррекции и отсутствии динамических возмущений, профиль отражающей пластины занимает некоторое стабильное положение. После этого через штуцер 8 /см. фиг. 1/ в полость 7 подается полимеризующееся вещество 11 /см. фиг. 3/. В момент появления полимеризующегося вещества 11 через дренажный штуцер 9 подача его прекращается. По истечении времени, достаточного для полимеризации вещества 11, с приводов 3…3 снимается управляющее напряжение и привода могут быть демонтированы вместе с корпусом 4 /см. фиг. 4/. Винтовая нарезка 10 обеспечивает надежность сцепления полимеризующегося вещества 11 с толкателями 5…5. Привода 3…3 совместно с корпусом 4 могут неоднократно использоваться для организации фазовой коррекции. Одного блока приводов с корпусом, в этом случае, оказывается достаточно для компенсации статических искажении в целой группе приборов. Эта возможность может быть использована для расширения технологических допусков массовой сборки целого ряда оптических приборов и систем с последующей фазовой коррекцией на этапе их юстировки.
При этом необходимо отметить, что заявляемое деформируемое зеркало может быть использовано и для традиционной, для таких устройств, динамической компенсации.
1
N
Временная стабильность профиля деформируемого зеркала обеспечивается за счет выбора однотипных материалов плиты, толкателей и отражающей пластины. Температурные расширение и усадка полимеризующегося вещества 11 на стабильности положения толкателей не сказываются, т.к. вызывают лишь поперечные напряжения в зоне контакта с толкателями 5…5.
Заявляемое деформируемое зеркало может использоваться с различными типами приводов, без специфических ограничений на их форму. Применение дополнительно введенной плиты с внутренней полостью с N отверстиями, в которых установлены N толкателей, контактирующих с управляемыми приводами и жестко связанных с отражающей пластиной, позволяет:
- повысить стабильность поддержания заданного профиля отражающей поверхности деформируемого зеркала за счет исключения его энергопитания после компенсации статических искажений;
- устранить энергопитание при компенсации статических фазовых искажений в оптических приборах /0,6 кВт на 1 канал управления/;
- снизить стоимость комплекта устройств, т.к. для фазовой коррекции статических искажений может быть использован один комплект управляющих приводов;
- расширить динамический диапазон управляющих деформируемых зеркал в адаптивных оптических системах, т.к. при этом компенсируется постоянная составляющая динамических фазовых искажений;
- расширить функциональные возможности устройства.