RU183344U1

RU183344U1 - TELESCOP COLLIMATOR

Info

Publication number: RU183344U1
Application number: RU2018121400U
Authority: RU
Inventors: Олег Викторович Понин; Алексей Павлович Патрикеев; Александр Александрович Шаров; Игорь Рикафович Галявов; Павел Владимирович Симонов; Сергей Григорьевич Гаранин; Андрей Борисович Смирнов; Александр Викторович Домнин
Original assignee: Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла"
Priority date: 2018-06-09
Filing date: 2018-06-09
Publication date: 2018-09-18

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для коллимации оптического излучения, в частности лазерного и может быть использована при конструировании телескопов-коллиматоров. Телескоп-коллиматор содержит два внеосевых зеркала - выпуклое и вогнутое, выполненные в виде частично срезанных параболоидов вращения с совпадающими фокусами. Зеркала выполнены из стеклокристаллического материала с близким к нулю температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР) и помещены в общий металлический корпус. Выпуклое зеркало закреплено на одном торце корпуса через пластиковый компенсатор, а вогнутое зеркало закреплено на противоположном торце и имеет систему радиальной и торцевой механической разгрузки, а отношение ТКЛР компенсатора к ТКЛР корпуса примерно равно отношению длины корпуса к длине компенсатора. Технический результат - повышение стабильности оптической системы к температурным и весовым деформациям. 1 ил.The invention relates to devices for collimating optical radiation, in particular laser radiation, and can be used in the design of collimator telescopes. The collimator telescope contains two off-axis mirrors - convex and concave, made in the form of partially cut rotation paraboloids with matching foci. The mirrors are made of glass-crystalline material with a near-zero temperature coefficient of linear expansion (TEC) and are placed in a common metal case. A convex mirror is mounted on one end of the housing through a plastic compensator, and a concave mirror is mounted on the opposite end and has a radial and mechanical end-loading system, and the ratio of the expansion joint expansion joint to the housing expansion coefficient is approximately equal to the ratio of the length of the housing to the length of the expansion joint. The technical result is an increase in the stability of the optical system to temperature and weight deformations. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для коллимации оптического излучения, в частности лазерного и может быть использована при конструировании телескопов-коллиматоров.The invention relates to devices for collimating optical radiation, in particular laser radiation, and can be used in the design of collimator telescopes.

Известно устройство для коллимации оптического излучения в инфракрасном диапазоне, содержащее объектив в виде одиночного зеркала (Патент RU №2292067 С2, опубл. 20.01.2007 г.). Однако, в устройстве не предусмотрена защита объектива от нежелательного воздействия колебаний температуры.A device for the collimation of optical radiation in the infrared range, containing a lens in the form of a single mirror (Patent RU No. 2292067 C2, publ. 20.01.2007). However, the device does not provide for the protection of the lens from undesirable effects of temperature fluctuations.

Известно устройство для коллимации оптического излучения, содержащее внеосевое параболоидное зеркало и плоское зеркало (Li Gang е.a. Study on the optical properties of the off-axis parabolic collimator with eccentric pupil // Proc. of SPIE Vol. 10256. 2017, pp. 102564B-1 - 102564B-9).A device for collimating optical radiation containing an off-axis paraboloidal mirror and a flat mirror (Li Gang E.a. Study on the optical properties of the off-axis parabolic collimator with eccentric pupil // Proc. Of SPIE Vol. 10256. 2017, pp. 102564B-1 - 102564B-9).

Основным недостатком двух упомянутых устройств является существенный рост продольного габарита системы при необходимости обеспечения большого фокусного расстояния объектива.The main disadvantage of the two mentioned devices is a significant increase in the longitudinal dimension of the system when it is necessary to ensure a large focal length of the lens.

Известно устройство для коллимации лазерного излучения в приборах оптической локации, выбранное в качестве прототипа, представляющее собой афокальную систему, состоящую из двух внеосевых зеркал - выпуклого и вогнутого, выполненных в виде частично срезанных параболоидов вращения (Симонова Г.В., Максимов В.Г. Конструктивные решения системы коллимации многоволнового излучения Nd: YAG лазера // Интерэкспо Гео-Сибирь. Выпуск №3. Том 5. 2013 г., с. 63-67, рис. 1). Недостатком этого устройства является чувствительность к изменению формы зеркальных поверхностей и расстояния между зеркалами при изменении температуры. Другим недостатком устройства является значительные габариты и, соответственно, вес вогнутого зеркала, приводящий к весовой деформации поверхности зеркала и, вследствие этого, оно не выполняет поставленную задачу.A device is known for collimating laser radiation in optical location devices, selected as a prototype, which is an afocal system consisting of two off-axis mirrors - convex and concave, made in the form of partially cut rotation paraboloids (Simonova G.V., Maksimov V.G. Constructive solutions of the multi-wavelength Nd: YAG laser collimation system // Interexpo Geo-Siberia, Issue No. 3. Volume 5. 2013, p. 63-67, Fig. 1). The disadvantage of this device is its sensitivity to changes in the shape of mirror surfaces and the distance between mirrors when the temperature changes. Another disadvantage of the device is the significant dimensions and, accordingly, the weight of the concave mirror, leading to weight deformation of the surface of the mirror and, therefore, it does not fulfill the task.

Задачей полезной модели является повышение стабильности оптической системы к температурным и весовым деформациям.The objective of the utility model is to increase the stability of the optical system to temperature and weight deformations.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в телескопе-коллиматоре, содержащем два внеосевых частично срезанных параболоидных зеркала - выпуклое и вогнутое - с совпадающими фокусами, в отличие от известного, зеркала выполнены из стеклокристаллического материала, например, ситалла, с близким к нулю температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), помещены в металлический корпус, при этом выпуклое зеркало закреплено на одном торце корпуса через пластиковый компенсатор, а вогнутое зеркало закреплено на противоположном торце корпуса и имеет систему радиальной и торцевой механической разгрузки, а отношение ТКЛР компенсатора к ТКЛР корпуса примерно равно отношению длины корпуса к длине компенсатора.The technical result due to the task is achieved by the fact that in a collimator telescope containing two off-axis partially cut paraboloidal mirrors - convex and concave - with matching foci, in contrast to the known one, the mirrors are made of glass-crystalline material, for example, glass, with close to zero temperature coefficient of linear expansion (TEC), are placed in a metal case, while a convex mirror is mounted on one end of the case through a plastic compensator, and the concave mirror is closed captivity at the opposite end of the housing and has a system of radial and end of discharge machining, and the ratio of coefficient of linear expansion compensator to the body CTE approximately equal to the ratio of length to the length of the housing of the compensator.

Выполнение зеркал из ситалла минимизирует изменение их формы при колебаниях температуры, а крепление одного из зеркал через компенсатор на одном торце корпуса и наличие механических опор-разгрузок на другом зеркале и торце устраняет температурные и весовые деформации корпуса и стабилизирует взаимное расположение зеркал, т.е. всю оптическую систему телескопа.The implementation of mirrors made of glass minimizes the change in their shape during temperature fluctuations, and the fastening of one of the mirrors through a compensator on one end of the body and the presence of mechanical bearings-unloading on the other mirror and end eliminates temperature and weight deformation of the body and stabilizes the relative position of the mirrors, i.e. the entire optical system of the telescope.

Полезная модель поясняется чертежом, где представлено конструктивное решение возможного варианта исполнения телескопа-коллиматора.The utility model is illustrated in the drawing, which presents a constructive solution of a possible embodiment of a collimator telescope.

Телескоп-коллиматор содержит внеосевые (частично срезанные) выпуклое параболоидное зеркало 1 и вогнутое параболоидное зеркало 2, фокусы которых F'₁ и F'₂ совпадают, металлический корпус 3, температурный компенсатор 4, систему радиальной разгрузки и систему торцевой механической разгрузки. Система радиальной разгрузки может состоять из нескольких узлов, включающих опоры шарнирного типа 5 с подшипником, например, сферическим, и коромысло 6 с противовесом, которое имеет сферический наконечник, входящий во втулку 7, закрепленную на зеркале 2 (например, клеем). Система радиальной разгрузки также включает одну неподвижную опору 8, имеющую сферический наконечник, входящий во втулку 7, закрепленную на зеркале 2, и фиксирующую положение зеркала 2 поперек оптической оси. Система торцевой разгрузки может быть выполнена из нескольких узлов, включающих опоры шарнирного типа 9 с подшипником, и коромысло 6 с противовесом, которое имеет сферический наконечник, контактирующий с опорой 10, закрепленной на зеркале 2 (например, клеем). Система торцевой разгрузки также включает три неподвижных опоры 11, каждая из которых имеет сферический наконечник, контактирующий с шайбой 12, закрепленной на зеркале 2 (например, клеем), и фиксирующую положение зеркала 2 вдоль оптической оси.The collimator telescope contains off-axis (partially cut off) convex paraboloidal mirror 1 and a concave paraboloidal mirror 2, the foci of which F ' ₁ and F' ₂ coincide, a metal casing 3, a temperature compensator 4, a radial unloading system, and a mechanical mechanical unloading system. The radial unloading system may consist of several nodes, including the hinge type support 5 with a bearing, for example, spherical, and a rocker 6 with a counterweight, which has a spherical tip included in the sleeve 7, mounted on the mirror 2 (for example, with glue). The radial unloading system also includes one fixed support 8 having a spherical tip included in the sleeve 7, mounted on the mirror 2, and fixing the position of the mirror 2 across the optical axis. The end unloading system can be made up of several nodes, including hinged type bearings 9 with a bearing, and a rocker 6 with a counterweight, which has a spherical tip in contact with the support 10 mounted on the mirror 2 (for example, with glue). The end unloading system also includes three fixed supports 11, each of which has a spherical tip in contact with the washer 12 mounted on the mirror 2 (for example, with glue), and fixing the position of the mirror 2 along the optical axis.

При изменении температуры окружающей среды происходит изменение длины корпуса 3, которое компенсируется изменением длины компенсатора 4, для чего материал компенсатора подбирается таким, чтобы отношение ТКЛР компенсатора к ТКЛР корпуса было приблизительно равно отношению длины корпуса к длине компенсатора. Корпус может быть выполнен из металла с невысоким ТКЛР, например, титана (α₁=8,5⋅10^-6 1/К для диапазона температур 0…+100°С), а компенсатор из пластика с высоким температурным коэффициентом линейного расширения, например, полиамида (α₂=9⋅10^-5 1/К для диапазона температур 0…+100°С). При таком соотношении ТКЛР материалов корпуса и компенсатора длина корпуса должна быть /,=1000 мм, а длина компенсатора

When the ambient temperature changes, the length of the housing 3 changes, which is compensated by the change in the length of the compensator 4, for which the compensator material is selected so that the ratio of the expansion coefficient of expansion joint to the expansion coefficient of the housing is approximately equal to the ratio of the length of the housing to the length of the expansion joint. The housing can be made of metal with a low thermal expansion coefficient, for example, titanium (α ₁ = 8.5⋅10 ^-6 1 / K for the temperature range 0 ... + 100 ° С), and the expansion joint is made of plastic with a high temperature coefficient of linear expansion, for example polyamide (α ₂ = 9⋅10 ^-5 1 / K for the temperature range 0 ... + 100 ° С). With such a ratio of thermal expansion coefficient of the materials of the housing and the compensator, the length of the housing should be /, = 1000 mm, and the length of the compensator

Тогда, например, при изменении температуры на 10 градусов корпус удлинится на 0,085 мм и компенсатор удлинится на 0,085 мм, то есть, расстояние между точками крепления зеркал останется неизменным и взаимное расположение зеркал 1 и 2 остается постоянным при изменении температуры. Стабильность формы зеркал при изменении температуры достигается тем, что зеркала выполнены из стеклокристаллического материала с близким к пулю ТКЛР (например, ситалла). Для минимизации весовых деформаций зеркала 2 в радиальном направлении служит радиальная разгрузка 5…8, содержащая, по меньшей мере, одну механическую опору. Для минимизации весовых деформаций зеркала 2 в осевом направлении служит торцевая разгрузка 9, 6, 10, 11, 12, содержащая, по меньшей мере, три механические опоры. Телескоп работает следующим образом.Then, for example, when the temperature changes by 10 degrees, the body will lengthen by 0.085 mm and the compensator will lengthen by 0.085 mm, that is, the distance between the mirror attachment points will remain unchanged and the relative position of mirrors 1 and 2 remains constant when the temperature changes. The stability of the shape of the mirrors with a change in temperature is achieved by the fact that the mirrors are made of glass-crystalline material close to the thermal expansion coefficient (for example, glass metal). To minimize weight deformations of the mirror 2 in the radial direction, a radial unloading of 5 ... 8 is used, containing at least one mechanical support. To minimize weight deformations of the mirror 2 in the axial direction, there is an end unloading 9, 6, 10, 11, 12, containing at least three mechanical bearings. The telescope operates as follows.

Пучок лучей малой расходимости от источника света, например, лазера, падает на отражающую поверхность внеосевого выпуклого параболоидного зеркала 1. После отражения от зеркала 1 пучок лучей попадает па внеосевое вогнутое параболоидное зеркало 2, на выходе которого образуется пучок лучей близкий к параллельному, с расходимостью меньшей, чем у исходного пучка лучей. Система разгрузок обеспечивает работу зеркала 2 без деформаций при положении оси телескопа большем 0 градусов относительно линии горизонта.A beam of rays of small divergence from a light source, for example, a laser, falls on the reflecting surface of an off-axis convex paraboloidal mirror 1. After reflection from a mirror 1, the beam of rays hits an off-axis concave paraboloidal mirror 2, at the output of which a beam of rays is formed close to parallel, with a divergence less than the original beam of rays. The unloading system allows the mirror 2 to work without deformation when the telescope axis is greater than 0 degrees relative to the horizon.

Полезная модель промышленно применима. Использование разгрузок в сочетании с выбором материалов элементов конструкции компенсирует температурные и весовые деформации, стабилизирует всю систему.The utility model is industrially applicable. The use of unloading in combination with the choice of materials of structural elements compensates for temperature and weight deformations, stabilizes the entire system.

Claims

A collimator telescope containing two off-axis mirrors - convex and concave, made in the form of partially cut rotation paraboloids with matching foci, characterized in that the mirrors are made of glass-crystalline material with a temperature-linear expansion coefficient close to zero (TEC), placed in a common metal case while a convex mirror is mounted on one end of the housing through a plastic compensator, and a concave mirror is mounted on the opposite end of the housing and has a radial and end system howl discharge machining, and the ratio of coefficient of linear expansion compensator to the body CTE approximately equal to the ratio of length to the length of the housing of the compensator.