RU2690723C1 - Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов - Google Patents
Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2690723C1 RU2690723C1 RU2017144706A RU2017144706A RU2690723C1 RU 2690723 C1 RU2690723 C1 RU 2690723C1 RU 2017144706 A RU2017144706 A RU 2017144706A RU 2017144706 A RU2017144706 A RU 2017144706A RU 2690723 C1 RU2690723 C1 RU 2690723C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- telescope
- displacement
- axis
- control
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 55
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 39
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 97
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
- G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Telescopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматической юстировки двухзеркальных осевых телескопов в процессе эксплуатации. По первому варианту устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного 1 и вторичного 2 зеркал, содержит измерительный модуль 3 и контрольный элемент. В качестве контрольного элемента выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом 1 телескопа контрольное зеркало КЗГЗ 4, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала 1 и представляющее собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность 5 имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая по ходу лучей поверхность контрольного зеркала 6 имеет зеркальное отражающее покрытие. Устройство содержит модуль измерительный 3, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения 7 и 8 разных спектральных диапазонов λи λ, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор 9(10) и вспомогательные оптические элементы: зеркало 11; пластина-смеситель 12; светоделительная пластина 13, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство 14. Модуль измерительный 3 дополнительно включает объектив сопряжения 15 и микролинзовый растр 16. Совместно с матричным фотоприемным устройством 14 микролинзовый растр 16 образует датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана. Изобретение обеспечивает оперативный контроль и стабилизацию оптических параметров юстировки телескопов в процессе эксплуатации при воздействии неблагоприятных факторов, в том числе температуры, механических, силовых и ветровых нагрузок. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматической юстировки двухзеркальных осевых телескопов в процессе эксплуатации.
Известно устройство юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы (патент на изобретение RU 2 467 286, 20.11.2012), содержащее монохроматический источник света, коллиматор и светоделитель для формирования опорной и рабочей ветвей. В рабочей ветви установлены фокусирующий объектив, две осевые отражательные котировочные синтезированные голограммы, выполненные на отражающей поверхности вторичного зеркала, преимущественно в его краевой зоне, соосно с его оптической осью. В центральном отверстии главного зеркала установлена диафрагма с отверстием, центр которого совмещен с вершиной отражающей поверхности этого зеркала и фокусом фокусирующего объектива. В опорной ветви установлено плоское опорное зеркало перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, который может быть выполнен в виде призмы-куба, поверхность грани которого с нанесенным на нее отражающим покрытием со стороны опорной ветви является плоским опорным зеркалом. В регистрирующей части установлены второй фокусирующий объектив, позиционно чувствительное фотоприемное устройство с выходом на блок отображения и обработки информации.
Известен способ юстировки двухзеркальных оптических систем, заключающийся в формировании автоколлимационных изображений монохроматического точечного источника света, расположенного на оптической оси системы, посредством трех вспомогательных осевых синтезированных голограмм, выполненных соосно на общей подложке и расположенных между зеркальными элементами юстируемой системы (патент на изобретение RU 2 375 676, 10.12.2009).
Недостатками способа и устройства, описанных в этих патентах, является то, что в них возможен контроль только одного параметра, а именно продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа, кроме того, способ реализуется только в лабораторных условиях, используется для начальной юстировки двухзеркальной центрированной оптической системы. Для осуществления автоматической юстировки в штатном режиме при эксплуатации телескопа данные изобретения не предназначены.
Известно устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения (патент на изобретение RU 2 611 604, 28.02.2017 г.), содержащее главное зеркало (ГЗ), вторичное зеркало (ВЗ), первое плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, и второе плоское зеркало-имитатор оптической оси ВЗ, жестко связанное с ВЗ и перпендикулярное его оптической оси; первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ), первую перископическую систему, два привода наклонов и три привода смещений; первую и вторую пентапризмы. Первое и второе зеркала-имитаторы оптически связаны с первым АКФ. Устройство включает объектив с центральным осевым отверстием, жестко связанный с ГЗ, светящуюся марку, жестко связанную с ВЗ, расположенную на его оптической оси вблизи его вершины и в фокальной плоскости объектива, третье плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, жестко связанное с ГЗ и перпендикулярное его оптической оси; второй АКФ, первую и вторую поворотные ромб-призмы с приводами, оптически связанные со вторым АКФ, диагональное зеркало с двумя приводами наклонов между ГЗ и ВЗ. Технический результат - сохранность в автоматическом режиме юстировки двухзеркальной телескопической системы и параллельности вышедших из системы лучей оптической оси ГЗ.
Недостатками данного устройства являются, во-первых, невозможность его применения в инфракрасных приемных системах из-за фонового излучения, создаваемого светящейся маркой, расположенной вблизи вершины ВЗ; во-вторых, необходимость использования термонерасстраиваемых оптических узлов, в том числе АКФ и первой и второй пентапризм, что приводит к усложнению конструкции и увеличению габаритов.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ и устройство юстировки двухзеркальных телескопов, предложенные Савицким A.M. (Савицкий A.M., автореферат диссертации «Принципы построения оптических систем термостабилизированных телескопов дистанционного зондирования земли», Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, 2012, стр. 12-14).
Способ заключается в формировании и анализе автоколлимационных изображений (АКИ) точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве (ФПУ) путем расчета линейного поперечного смещения, углового поперечного смещения и продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа.
На основе полученных данных система управления (СУ) вырабатывает управляющие команды приводам узла вторичного зеркала таким образом, чтобы они содержали знак и величину требуемых разворотов и смещений.
Устройство для реализации способа юстировки телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержит две подсистемы: систему автоматической юстировки (САЮ) и систему автоматической фокусировки (САФ).
Система автоматической юстировки (САЮ) предназначена для измерения линейных и угловых поперечных смещений вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа. Система автоматической фокусировки (САФ) предназначена для измерения продольного смещения (расфокусировки) вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа.
САЮ содержит два контрольных элемента, расположенных на вторичном зеркале, один из которых является плоским зеркалом (КЭУ - контрольный элемент угловых смещений) и расположен вблизи краевой зоны вторичного зеркала. Второй контрольный элемент - призма триэдр (КЭЛ - контрольный элемент линейных перемещений), расположен в вершинной зоне центрального отверстия вторичного зеркала. САЮ также включает два модуля измерительных: измеритель АФЛ (анализатор фокусировки линейный) для измерения линейных смещений, и измеритель АФУ (анализатор фокусировки угловой) для измерения угловых смещений. Каждый модуль измерительный включает точечный монохроматический источник излучения (лазерный диод «ЛД»), матричное фотоприемное устройство («ФПУ»), объектив-коллиматор, вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится в область центрального отверстия главного зеркала телескопа, два базовых контрольных плоских зеркала («КЭ»), которые установлены на тыльной поверхности главного зеркала и служат для формирования опорной ветви автоколлимационных измерений в измерителях АФУ и АФЛ.
САФ содержит модуль измерительный, в состав которого входит точечный монохроматический источник излучения (излучатель САФ), матричное фотоприемное устройство (приемник излучения САФ), объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы (световозвращатели и корректор поля), служащие для формирования необходимого направления излучения).
Недостатком данного устройства является то, что световозвращатели и корректор поля из состава САФ и контрольные элементы из состава САЮ вносят экранирование в схему оптическую телескопа. Недостатком является также невозможность обеспечения юстировки и фокусировки телескопа в штатном режиме из-за возможного попадания излучения в фотоприемное устройство приемного канала телескопа.
Задачей предлагаемого технического решения является осуществление автоматической юстировки зеркального телескопа: оперативного контроля и стабилизации оптических параметров юстировки телескопов в процессе эксплуатации при воздействии неблагоприятных факторов, в том числе температуры, механических, силовых и ветровых нагрузок.
Указанная задача по первому варианту конструкции решается тем, что в устройстве автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащем контрольный элемент, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, - точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны, в качестве контрольного элемента выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом телескопа контрольное зеркало КЗГЗ, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала, и представляющее собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность имеет зеркальное отражающее покрытие, при этом модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
Указанная задача по второму варианту конструкции решается тем, что в предлагаемом устройстве автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащем контрольные элементы, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, - точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны, в качестве контрольных элементов выступают расположенные соосно и неподвижно с главным зеркалом и вторичным зеркалом телескопа соответственно контрольное зеркало КЗГЗ, установленное в зоне центрального отверстия главного зеркала, и контрольное зеркало КЗВЗ, установленное в центральном отверстии вторичного зеркала, при этом контрольное зеркало КЗГЗ представляет собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность имеет зеркальное отражающее покрытие, при этом контрольное зеркало КЗВЗ имеет только одну рабочую сферическую поверхность, модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе автоматической юстировки зеркального телескопа, заключающемся в формировании и анализе изображений точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве путем расчетов линейного поперечного смещения, углового поперечного смещения и продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа, формирование и анализ изображений выполняют в два этапа, для излучения с длиной волны λ1 и для излучения с длиной волны λ2, при этом расчет смещений вторичного зеркала выполняют путем математической обработки гартманограммы, формируемой датчиком волнового фронта типа Шака-Гартмана, причем на первом этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ1 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерение смещений Δz'1, Δx'1, Δy'1 изображения, по которым формируют первую систему уравнений для расчета пяти параметров юстировки, а именно продольное смещение Δz, два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения ϕх и ϕу вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δz'1 - продольное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Z';
Δx'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δy'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
Δz - продольное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Z;
Δх - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси X;
Δy - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Y;
ϕх - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси X;
ϕy - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси Y;
а1, b1, c1 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
а на втором этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ2 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерения смещений Δх'2, Δу'2 изображения, по которым формируют вторую систему уравнений для расчета четырех параметров юстировки, а именно два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения ϕх и ϕу вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δх'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δу'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
a2, b2, c2 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве;
α2, β2 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
совместным решением первой и второй систем уравнений вычисляют смещения Δz, Δх, Δу, ϕу, ϕх вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
фиг. 1 - структурная схема устройства автоматической юстировки телескопа по первому варианту;
фиг. 2 - структурная схема устройства автоматической юстировки телескопа по второму варианту;
фиг. 3 и 4 - показан ход лучей по первому варианту устройства;
фиг. 5 и 6 - показан ход лучей по второму варианту устройства.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - главное зеркало;
2 - вторичное зеркало;
3 - модуль измерительный;
4 - контрольное зеркало КЗГЗ;
5 - первая по ходу лучей поверхность контрольного зеркала КЗГЗ;
6 - вторая по ходу лучей поверхность контрольного зеркала КЗГЗ;
7 - точечный монохроматический источник излучения с длиной волны λ1;
8 - точечный монохроматический источник излучения с длиной волны λ2;
9 - объектив-коллиматор для излучения λ1;
10 - объектив-коллиматор для излучения λ2;
11 - зеркало;
12 - пластина-смеситель;
13 - светоделительная пластина;
14 - матричное фотоприемное устройство (МФПУ);
15 - объектив сопряжения;
16 - микролинзовый растр;
17 - датчик волнового фронта;
18 - система управления;
19 - приводы узла вторичного зеркала;
20 - контрольное зеркало КЗВЗ.
Рассмотрим устройство по первому варианту (фиг. 1).
Устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного 1 и вторичного зеркал 2, содержит модуль измерительный 3 и контрольный элемент, в качестве которого выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом 1 телескопа контрольное зеркало КЗГЗ 4, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала 1 и представляющее собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность 5 имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность 6 имеет зеркальное отражающее покрытие. Модуль измерительный 3 состоит из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения 7 и 8 разных спектральных диапазонов λ1 и λ2 соответственно, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор 9(10) и вспомогательные оптические элементы: зеркало 11; пластина-смеситель 12; светоделительная пластина 13, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство 14. Модуль измерительный 3, расположенный на оптической оси телескопа на тыльной стороне вторичного зеркала 2 и жестко с ним связанный, дополнительно включает объектив сопряжения 15 и микролинзовый растр 16. Совместно с матричным фотоприемным устройством 14 микролинзовый растр 16 образует датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана, который передает видеосигнал в систему управления 18 для формирования управляющих команд на приводы 19 узла вторичного зеркала 2.
Во втором варианте устройства (фиг. 2) используют два контрольных элемента, в качестве которых выступают расположенные соосно и неподвижно с главным зеркалом 1 и вторичным зеркалом 2 телескопа соответственно контрольное зеркало КЗГЗ 4, установленное в зоне центрального отверстия главного зеркала 1, и контрольное зеркало КЗВЗ 20, установленное в центральном отверстии вторичного зеркала 2. Контрольное зеркало КЗГЗ 4 представляет собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность 5 имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность 6 имеет зеркальное отражающее покрытие, а контрольное зеркало КЗВЗ 20 имеет только одну рабочую сферическую поверхность.
Отличительной особенностью способа является то, что формирование и анализ изображений точечных монохроматических источников излучения 7 и 8 на матричном фотоприемном устройстве 14 происходит во время штатной работы телескопа.
Способ автоматической юстировки телескопа заключается в том, что формирование и анализ изображений точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве 14 путем расчета смещений вторичного зеркала 2 относительно главного зеркала 1 телескопа, выполняют последовательно в два этапа, для излучения с длиной волны λ1 и для излучения с длиной волны λ2.
Расчет смещений вторичного зеркала 2 выполняют путем математической обработки гартманограмм, формируемых датчиком волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана.
Рассмотрим реализацию способа для второго варианта устройства.
Ход лучей по второму варианту устройства показан на фиг. 5 и фиг. 6. На первом этапе излучение (фиг. 5) от источника излучения 7 с длиной волны λ1, коллимированное с помощью объектива-коллиматора 9, отражается от зеркала 11, проходит через смеситель 12, отражается от внешней поверхности светоделителя 13 и фокусируется объективом сопряжения 15 в точке F1, находящейся вблизи вершины вторичного зеркала 2 и вершины контрольного зеркала КЗВЗ 20. Затем свет направляется на контрольное зеркало КЗГЗ 4, отражается от его первой поверхности 5, покрытой селективным отражающим покрытием. Поверхность 5 фокусирует отраженный пучок света в точку F2.
Точка F2 является оптически сопряженной с точкой F1, и одновременно является центром кривизны зеркальной поверхности контрольного зеркала КЗВЗ 20, на которую опирается отраженный пучок света. Излучение автоколлимационно отражается от контрольного зеркала КЗВЗ 20 в сторону контрольного зеркала КЗГЗ 4, и затем вновь отражается от контрольного зеркала КЗГЗ 4 и вновь собирается в точке F1. Двойное автоколлимационное отражение позволяет повысить чувствительность схемы измерений как для поперечных линейных и угловых смещений вторичного зеркала 2, так и для продольных смещений.
Далее изображение, сфокусированное в точке F1, коллимируется объективом сопряжения 15, проходит светоделитель 13 и фокусируется микролинзовым растром 16 на матричном фотоприемном устройстве 14. Группа элементов 14 и 16 представляют собой датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана.
Объектив сопряжения 15 также выполняет функцию стабилизации пучка. Он переносит изображение контрольного зеркала КЗГЗ 4 на микролинзовый растр 16. Таким образом, в оптически сопряженных плоскостях падающий пучок света стабилизируется и исключаются ошибки сдвигов и масштабирования изображения при смещении вторичного зеркала 2. Сходящийся пучок в области вершины вторичного зеркала 2 обеспечивает минимальное отверстие, необходимое для прохода излучения, и минимальный дополнительный фоновый тепловой поток излучения.
Смещения Δz'1, Δx'1, Δy'1 изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 относительно исходной точки F1 сводят в первую систему уравнений, записываемую следующим образом:
где Δz'1 - продольное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
Δx'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси X';
Δy'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси Y';
Δz - продольное смещение вторичного зеркала 2 телескопа вдоль оси Z;
Δх - линейное поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа вдоль оси X;
Δу - линейное поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа вдоль оси Y;
ϕх - угловое поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа относительно оси X;
ϕу - угловое поперечное смещение вторичного зеркала 2 телескопа относительно оси Y;
a1, b1, c1 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
α1, β1 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14.
Линейные Δх, Δу и угловые ϕx, ϕу поперечные смещения приводят к линейному смещению Δx'1, Δy'1 изображения на матричном фотоприемном устройстве 14.
Для преодоления неопределенности одновременного действия линейных и угловых смещений вводят дополнительное измерение для восстановления истинных смещений Δх, Δу, ϕу, ϕх.
Далее, на втором этапе, источник излучения 7 с длиной волны λ1 выключается. Включается источник излучения 8 с длиной волны λ2 (фиг. 6). Излучение λ2 коллимируется объективом-коллиматором 10, отражается от внешней поверхности пластины-смесителя 12, отражается от внешней поверхности светоделительной пластины 13, фокусируется объективом сопряжения 15, формируя вторичный источник в точке F1. Далее излучение на длине волны λ2 проходит через первую поверхность 5 контрольного зеркала КЗГЗ 4, покрытие которой для λ2 прозрачно, отражается от второй зеркальной поверхности 6, и, пройдя в обратном направлении, формирует автоколлимационное изображение в зоне точки F1.
Регулировку объектива-коллиматора 10 выполняют таким образом, чтобы изображения от вторичных источников F1(λ1) и F1(λ2) совпадали по положению на матричном фотоприемном устройстве 14.
Смещения Δу'2, Δх'2 изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 для излучения с длиной волны λ2 сводят во вторую систему уравнений для дальнейшего вычисления истинных смещений:
где b2, c2 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
α2, β2 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала 2 и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве 14;
Δх'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси X';
Δу'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве 14 по оси Y'.
Нечувствительность способа автоматической юстировки для излучения λ2 к угловым смещениям ϕх и ϕу (α2=β2=0) объясняется тем, что поворот изображения выполняют относительно центра кривизны сферической поверхности 6 контрольного зеркала КЗГЗ 4.
Совместным решением первой (1) и второй (2) систем уравнений вычисляют смещения Δz, Δх, Δу, ϕу, ϕх вторичного зеркала 2 относительно главного зеркала 1 телескопа:
На основе выполненных расчетов система управления 18 вырабатывает управляющие команды, содержащие знак и величину требуемых разворотов и смещений для приводов 19 узла вторичного зеркала 2.
Реализация способа для первого варианта устройства (фиг. 1) происходит так же, как в рассмотренном выше примере для второго варианта устройства, а именно по тому же принципу расчетов смещений вторичного зеркала, выполненных в два этапа по тем же системам уравнений путем математической обработки гартманограммы, формируемой датчиком волнового фронта типа Шака-Гартмана.
Ход лучей по первому варианту устройства показан на фиг. 3 и фиг. 4. На первом этапе (фиг. 3) излучение от источника излучения 7 с длиной волны λ1, коллимированное с помощью объектива-коллиматора 9, отражается от зеркала 11, проходит через смеситель 12, отражается от внешней поверхности светоделителя 13 и фокусируется объективом сопряжения 15 в точке F1, находящейся вблизи вершины вторичного зеркала 2. Затем свет направляется на контрольное зеркало КЗГЗ 4, отражается от его первой поверхности 5, покрытой селективным отражающим покрытием. Поверхность 5 фокусирует отраженный пучок света в точку F2.
Точка F2 является оптически сопряженной с точкой F1, и одновременно является центром кривизны зеркальной поверхности вторичного зеркала 2, на которую опирается отраженный пучок света. Излучение автоколлимационно отражается от вторичного зеркала 2 в сторону контрольного зеркала КЗГЗ 4, и затем вновь отражается от контрольного зеркала КЗГЗ 4 и вновь собирается в точке F1.
На втором этапе (фиг. 4) ход лучей для излучения от источника излучения 6 с длиной волны λ2 аналогичен ходу лучей на втором этапе по второму варианту устройства (фиг. 6), который описан выше.
Измерение параметров юстировки телескопа происходит в реальном времени и при этом система автоматической юстировки не мешает выполнению основных задач телескопа, так как излучение от источников с длинами волны λ1 и λ2 проходит в оптически изолированной зоне телескопа.
Измерения с разными длинами волн λ1 и λ2 позволяют на одном приемнике независимо определять смещения автоколлимационных изображений и осуществлять контроль по пяти параметрам положения вторичного зеркала 2.
В измерительных каналах применяется датчик волнового фронта 17 типа Шака-Гартмана, который позволяет повысить чувствительность системы автоматической юстировки к продольной расфокусировке (Δz) вторичного зеркала 2 относительно главного зеркала 1 телескопа. Предложенный способ использует геометрические методы анализа изображений, при этом исключаются группы методов юстировки и фокусировки по энергетическим критериям, что в свою очередь также позволяет избежать задач стабилизации яркости источников света с точностью долей процента, трудно реализуемых на практике. Кроме того, применение датчика Шака-Гартмана позволяет усреднить влияние остаточной турбулентности внутри открытой трубы телескопа.
Claims (31)
1. Устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащее контрольный элемент, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, отличающееся тем,
что точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны,
в качестве контрольного элемента выступает расположенное соосно и неподвижно с главным зеркалом телескопа контрольное зеркало КЗГЗ, закрепленное в зоне центрального отверстия главного зеркала и представляющее собой зеркало Манжена,
у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность контрольного зеркала имеет зеркальное отражающее покрытие,
при этом модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
2. Устройство автоматической юстировки зеркального телескопа, состоящего из главного и вторичного зеркал, центрированных в базовой трубе телескопа, содержащее контрольные элементы, модуль измерительный, состоящий из двух параллельно расположенных точечных монохроматических источников излучения, за каждым из которых последовательно размещены объектив-коллиматор и вспомогательные оптические элементы, посредством которых оптическое излучение вводится на оптическую ось телескопа, и матричное фотоприемное устройство, отличающееся тем,
что точечные монохроматические источники излучения имеют разные рабочие спектральные диапазоны,
в качестве контрольных элементов выступают расположенные соосно и неподвижно с главным зеркалом и вторичным зеркалом телескопа соответственно контрольное зеркало КЗГЗ, установленное в зоне центрального отверстия главного зеркала, и контрольное зеркало КЗВЗ, установленное в центральном отверстии вторичного зеркала, при этом контрольное зеркало КЗГ3-представляет собой зеркало Манжена, у которого первая по ходу лучей поверхность имеет диэлектрическое селективное покрытие, а вторая поверхность имеет зеркальное отражающее покрытие,
при этом контрольное зеркало КЗВЗ имеет только одну рабочую сферическую поверхность,
модуль измерительный, расположенный на тыльной стороне вторичного зеркала и жестко с ним связанный, дополнительно включает микролинзовый растр, который совместно с матричным фотоприемным устройством образует датчик волнового фронта типа Шака-Гартмана, и объектив сопряжения.
3. Способ автоматической юстировки зеркального телескопа, заключающийся в формировании и анализе изображений точечных монохроматических источников излучения на матричном фотоприемном устройстве путем расчета линейного поперечного смещения, углового поперечного смещения и продольного смещения вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа, отличающийся тем, что
формирование и анализ изображений выполняют в два этапа, для излучения с длиной волны λ1 и для излучения с длиной волны λ2, при этом
расчет смещений вторичного зеркала выполняют путем математической обработки гартманограммы, формируемой датчиком волнового фронта типа Шака-Гартмана, причем на первом этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ1 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерения первого этапа смещений Δz'1, Δx'1, Δy'1 изображения, по которым формируют первую систему уравнений для расчета пяти параметров юстировки, а именно продольное смещение Δz, два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения (ϕх и ϕу) вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δz'1 - продольное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Z';
Δx'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δy'1 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
Δz - продольное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Z;
Δх - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси X;
Δу - линейное поперечное смещение вторичного зеркала телескопа вдоль оси Y;
ϕх - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси X;
ϕу - угловое поперечное смещение вторичного зеркала телескопа относительно оси Y;
a1, b1, c1 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
а на втором этапе для излучения точечного монохроматического источника с длиной волны λ2 на матричном фотоприемном устройстве проводят измерения смещений Δх'2, Δу'2 изображения, по которым формируют вторую систему уравнений для расчета четырех параметров юстировки, а именно два линейных поперечных смещения Δх и Δу, два угловых смещения ϕх и ϕу вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа:
Δх'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси X';
Δу'2 - линейное поперечное смещение изображения на матричном фотоприемном устройстве по оси Y';
а2, b2, с2 - коэффициенты пропорциональности между линейными смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве;
α2, β2 - коэффициенты пропорциональности между угловыми смещениями вторичного зеркала и смещением изображения на матричном фотоприемном устройстве,
совместным решением первой и второй систем уравнений вычисляют смещения Δz, Δх, Δу, ϕу, ϕх вторичного зеркала относительно главного зеркала телескопа
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144706A RU2690723C1 (ru) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017144706A RU2690723C1 (ru) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2690723C1 true RU2690723C1 (ru) | 2019-06-05 |
Family
ID=67037440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017144706A RU2690723C1 (ru) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2690723C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110793755A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 反射长焦望远镜装调中测量焦距的刀口装置与测量方法 |
| CN112946852A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-06-11 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种主次镜系统装调装置及装调工艺 |
| CN113701561A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-26 | 西安应用光学研究所 | 用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置及方法 |
| WO2023167654A1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | Rekrom Optoelektronik Muhendislik Sistem Teknolojileri Anonim Sirketi | A mirror alignment system and method for telescopic systems |
| CN117054053A (zh) * | 2023-08-16 | 2023-11-14 | 同济大学 | 一种用于反射望远镜焦面标定的装置及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7079259B1 (en) * | 2003-12-15 | 2006-07-18 | Raytheon Company | Optical alignment for a multi-mirror telescope |
| RU2375676C2 (ru) * | 2007-12-13 | 2009-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО ГИПО") | Способ юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем |
| US8186069B1 (en) * | 2010-03-23 | 2012-05-29 | David Gian-Teh Ho | Multi-beam laser optical alignment method and system |
-
2017
- 2017-12-19 RU RU2017144706A patent/RU2690723C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7079259B1 (en) * | 2003-12-15 | 2006-07-18 | Raytheon Company | Optical alignment for a multi-mirror telescope |
| RU2375676C2 (ru) * | 2007-12-13 | 2009-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (ФГУП "НПО ГИПО") | Способ юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем |
| US8186069B1 (en) * | 2010-03-23 | 2012-05-29 | David Gian-Teh Ho | Multi-beam laser optical alignment method and system |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110793755A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-14 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 反射长焦望远镜装调中测量焦距的刀口装置与测量方法 |
| CN112946852A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-06-11 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种主次镜系统装调装置及装调工艺 |
| CN112946852B (zh) * | 2021-03-24 | 2023-04-11 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种主次镜系统装调方法 |
| CN113701561A (zh) * | 2021-08-25 | 2021-11-26 | 西安应用光学研究所 | 用于机载多光谱多光轴光电系统空中动态校轴装置及方法 |
| WO2023167654A1 (en) * | 2022-03-03 | 2023-09-07 | Rekrom Optoelektronik Muhendislik Sistem Teknolojileri Anonim Sirketi | A mirror alignment system and method for telescopic systems |
| CN117054053A (zh) * | 2023-08-16 | 2023-11-14 | 同济大学 | 一种用于反射望远镜焦面标定的装置及方法 |
| CN117054053B (zh) * | 2023-08-16 | 2024-03-12 | 同济大学 | 一种用于反射望远镜焦面标定的装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2690723C1 (ru) | Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов | |
| JP5755891B2 (ja) | 座標測定装置 | |
| CN109100876B (zh) | 多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法 | |
| US20180029164A1 (en) | Apparatus and method for beam diagnosis on laser processing optics | |
| JP2009523235A5 (ru) | ||
| CN108132026B (zh) | 半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置 | |
| CN107894208A (zh) | 光谱共焦距离传感器 | |
| CN104748720A (zh) | 空间测角装置及测角方法 | |
| KR100763974B1 (ko) | 중적외선 파면센서의 광축정렬 장치 및 그 방법 | |
| RU2470258C1 (ru) | Углоизмерительный прибор | |
| CN110501074B (zh) | 高通量宽谱段高分辨率的相干色散光谱成像方法及装置 | |
| CN110579284B (zh) | 一种干涉式激光波长测量装置及其使用方法 | |
| JP6581720B2 (ja) | 光学的距離測定システム | |
| KR102642068B1 (ko) | 별 추적기 상에 장착된 미러를 구비한 오토콜리메이터를 포함하는 관찰 기구 | |
| EP2864742B1 (en) | Serially addressed sub-pupil screen for in situ electro-optical sensor wavefront measurement | |
| CN112629680B (zh) | 基于夏克-哈特曼波前传感的航空相机检焦装置及方法 | |
| US20220244519A1 (en) | Telescopes | |
| RU2554599C1 (ru) | Углоизмерительный прибор | |
| RU2461797C1 (ru) | Устройство для измерения изгиба артиллерийского ствола | |
| RU2359224C2 (ru) | Лазерное устройство для измерения отклонений отдельных участков поверхностей объектов от референтного направления | |
| CN105698698B (zh) | 一种单透镜型检测晶片基底二维形貌和温度的装置 | |
| JP2020012782A (ja) | 波面計測装置、波面計測方法、および、製造方法 | |
| Mozurkewich et al. | An imaging interferometer for compact sources | |
| CN115343257B (zh) | 一种多位相同步观测的纹影仪光学系统及流场观测方法 | |
| CN202420818U (zh) | 单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置 |