RU1841096C - Deformable mirror - Google Patents

Deformable mirror Download PDF

Info

Publication number
RU1841096C
RU1841096C SU4500288/28A SU4500288A RU1841096C RU 1841096 C RU1841096 C RU 1841096C SU 4500288/28 A SU4500288/28 A SU 4500288/28A SU 4500288 A SU4500288 A SU 4500288A RU 1841096 C RU1841096 C RU 1841096C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
max
profile
plate
mirror
thickness
Prior art date
Application number
SU4500288/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Борисович Пасько
Павел Николаевич Струк
Original Assignee
Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант" filed Critical Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority to SU4500288/28A priority Critical patent/RU1841096C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1841096C publication Critical patent/RU1841096C/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Telescopes (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to optical instrument-making, particularly deformable mirrors. The deformable mirror includes an elastic plate with a reflecting front surface and a variable-thickness profile of the back surface, attached on the periphery to a chassis, as well as deformation means linked to the centre of the plate. The thickness profile of the plate satisfies the expression: d y d x = 32 c 2 a 2 n 2 ( n 2 ) x n 3 ( α + β sin y ) 3 3 n ( n 1 + ν ) β cos y ( α + β sin y ) 2 x n 1 ,
Figure 00000037
where ν is Poisson's ratio; a
Figure 00000038
- is the diameter of the deformable mirror; c is the diameter of the deformation means in contact with its back surface; x = r a ,
Figure 00000039
where r is the current coordinate along the surface of the deformable mirror; n is a given constant 1≤n≤20; β = 0,5 h min h max h max ,
Figure 00000040
α = 0,5 h min + h max h max ,
Figure 00000041
where hmin, hmax denote the minimum and maximum thickness of the profile of the back surface of the plate, determined structurally; y = arcsin [ h ( x ) h max β α β ] ,
Figure 00000042
where h(x) is the current thickness of the profile of the plate.
EFFECT: high accuracy of aberration compensation.
4 dwg

Description

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к деформируемым планоидным зеркалам, предназначенным для компенсации аберраций в зеркальных оптических системах.The invention relates to optical instrumentation, in particular to deformable planoid mirrors designed to compensate for aberrations in mirror optical systems.

Зеркала со сложным асферическим профилем отражающей поверхности, получаемые из первоначально плоского зеркала, называются планоидными (Д.Д. Максутов, "Астрономическая оптика", Наука, 1979, стр. 319). Зеркальные оптические системы с такими зеркалами относятся к числу наиболее высококачественных, по формируемому ими изображению (Г.М. Попов, "Современная астрономическая оптика", Наука, 1988, стр. 145).Mirrors with a complex aspherical profile of the reflecting surface, obtained from an initially flat mirror, are called planoidal (D. D. Maksutov, Astronomical Optics, Nauka, 1979, p. 319). Mirror optical systems with such mirrors are among the most high-quality ones in the image they form (G. M. Popov, "Modern Astronomical Optics", Nauka, 1988, p. 145).

Известно деформируемое зеркало, используемое как вторичное зеркало в зеркальной системе Кассегрена, содержащее упругую пластину с отражающим передним слоем, связанную по периферии с несущим корпусом, средства ее деформирования, например столбик из пьезоэлектрического материала, связывающие центр упругой пластины и основание несущего корпуса (Патент Франции №2,519,151, М.Кл4 G02B 23/06).It is known that a deformable mirror is used as a secondary mirror in the Cassegrain mirror system, containing an elastic plate with a reflective front layer, peripherally connected to the bearing body, means of its deformation, for example, a column of piezoelectric material, connecting the center of the elastic plate and the base of the bearing body (French Patent No. 2.519.151, M.C. 4 G02B 23/06).

Качество компенсации аберраций зеркальной системы определяется формой отражающей поверхности деформируемого планоидного зеркала.The quality of compensation of the aberrations of the mirror system is determined by the shape of the reflecting surface of the deformable planoid mirror.

В устройстве-аналоге, как это показано в описании, форма отражающей поверхности, после деформации представляет собой профиль, близкий к параболическому.In an analog device, as shown in the description, the shape of the reflective surface after deformation is a profile close to parabolic.

Недостатками известной конструкции являются:The disadvantages of the known design are:

- необходимость использования в зеркальной системе с такими зеркалами первичных зеркал с асферическими поверхностями, для обеспечения минимума сферической аберрации и аберраций высших порядков, что приводит к повышению трудоемкости и снижению технологичности конструкции в целом;- the need to use primary mirrors with aspherical surfaces in such a mirror system with such mirrors to ensure a minimum of spherical aberration and higher order aberrations, which leads to an increase in labor input and a decrease in the manufacturability of the structure as a whole;

- низкое качество компенсации аберраций оптической системы т.к. устраняется лишь одна из низших аберраций - дефокусировка; (см. фиг. 3, кривая II);- low quality compensation of aberrations of the optical system since only one of the lower aberrations is eliminated - defocusing; (see Fig. 3, curve II);

- отсутствие строгой повторяемости и определенности профиля отражающей поверхности из-за сильного влияния не одного, а комплекса конструктивных параметров: способа защемления упругой пластинки, свойств и вида ее материала, а также конфигурации связи между торцом деформирующего привода и ее тыльной стороной.- the lack of strict repeatability and certainty of the profile of the reflecting surface due to the strong influence of not one but a set of design parameters: the method of pinching the elastic plate, the properties and type of its material, as well as the configuration of the connection between the end face of the deforming drive and its rear side.

Известна конструкция деформируемого планоидного зеркала, выбранного в качестве прототипа, содержащая упругую пластину с отражающим покрытием, защемленную по контуру в несущем корпусе, средства ее деформирования, связанные с ее центром, при этом ее толщина изменяется по уравнению:A known design of a deformable planoid mirror, selected as a prototype, containing an elastic plate with a reflective coating, pinched along the contour in the bearing housing, the means of its deformation associated with its center, while its thickness varies according to the equation:

h R = [ 12(1 ν)Ω P E ] 1/3 (iρ 2 + jlnρ 2 + k) 1/3                  (1)

Figure 00000001
h R = - [ 12 (1 - ν) Ω P E ] 1/3 (iρ 2 + jlnρ 2 + k) 1/3 (one)
Figure 00000001

где E и ν - модуль Юнга и коэффициент Пуассона соответственно;where E and ν are Young's modulus and Poisson's ratio, respectively;

R - радиус деформируемого зеркала;R is the radius of the deformable mirror;

Ω = r 4 R

Figure 00000002
, Ω = r four R
Figure 00000002
,

где r - радиус кривизны, формируемый деформируемым зеркалом;where r is the radius of curvature formed by the deformable mirror;

P - нагрузка на единицу поверхности;P is the load per unit surface;

ρ - нормированная координата вдоль поверхности;ρ is the normalized coordinate along the surface;

i, j, k - постоянные коэффициенты, величина которых равна 1, 0, -1 в зависимости от условий нагрузки и опоры (Патент Франции №2,343.262, М.Кл4 G02B 5/10).i, j, k are constant coefficients, the value of which is 1, 0, -1 depending on the load and support conditions (French Patent No. 2,343.262, M. Cl 4 G02B 5/10).

Задаваемое распределение толщины упругой пластины деформируемого зеркала снижает влияние других конструктивных параметров на его профиль и позволяет с большой точностью воспроизводить заданный параболический или сферический профиль ее поверхности.The preset distribution of the thickness of the elastic plate of the deformable mirror reduces the influence of other design parameters on its profile and makes it possible to reproduce the specified parabolic or spherical profile of its surface with high accuracy.

Недостатками известной конструкции являются:The disadvantages of the known design are:

- необходимость использования в зеркальной системе первичных зеркал с асферическими поверхностями для обеспечения компенсации сферической аберрации и аберрации высших порядков;- the need to use primary mirrors with aspherical surfaces in the mirror system to provide compensation for higher-order spherical aberration and aberration;

- низкое качество компенсации высших аберраций оптической системы.- low quality compensation of higher aberrations of the optical system.

Целью изобретения является повышение точности компенсации аберраций в зеркальной оптической системе.The aim of the invention is to increase the accuracy of compensation for aberrations in a mirror optical system.

Указанная цель достигается тем, что в деформируемом зеркале, содержащем упругую пластину с отражающей передней поверхностью и переменным по толщине профилем тыльной поверхности, закрепленную по периферии на несущем корпусе, а также связанные с центром пластины средства деформирования, профиль толщины пластины выполнен по закону задаваемым выражением:This goal is achieved by the fact that in a deformable mirror containing an elastic plate with a reflecting front surface and a thickness profile of the back surface fixed on the periphery on the supporting body, as well as deformation means connected to the center of the plate, the plate thickness profile is made according to the law with the given expression:

dy dx = 32 c 2 a 2 n 2 (n 2)x n 3 + βsiny) 3 3n(n 1 + ν)β cosy(α + βsiny) 2 x n-1                 (2)

Figure 00000003
dy dx = 32 c 2 a 2 - n 2 (n - 2) x n - 3 + βsiny) 3 3n (n - one + ν) β cozy (α + βsiny) 2 x n-1 (2)
Figure 00000003

где ν - коэффициент Пуассона,where ν is the Poisson's ratio,

a - диаметр адеформируемого зеркала; a is the diameter of the deformable mirror;

c - диаметр контактирующего с его тыльной поверхностью средства деформирования;c is the diameter of the deforming means in contact with its rear surface;

x = r a

Figure 00000004
x = r a
Figure 00000004

где r - текущая координата вдоль поверхности деформируемого зеркала;where r is the current coordinate along the surface of the deformable mirror;

n - задаваемая константа 1≤n≤20;n is a given constant 1≤n≤20;

β = 0,5 h min h max h max

Figure 00000005
, α = h min + h max h max 0,5
Figure 00000006
β = 0.5 h min - h max h max
Figure 00000005
, α = h min + h max h max 0.5
Figure 00000006

где hmin, hmax - минимальные и максимальные толщины профиля пластины, задаваемые из конструктивных соображений,where h min , h max - the minimum and maximum thickness of the plate profile, specified from design considerations,

y = arcsin [ h(r) h max β α β ]

Figure 00000007
y = arcsin [ h (r) h max β - α β ]
Figure 00000007

где h(r) - профиль значения текущей толщины пластины.where h (r) is the profile of the current plate thickness.

Указанный профиль переменной толщины пластины (2) может быть реализован традиционными методами на металлообрабатывающем оборудовании (И.А. Дружинский, "Сложные поверхности", Машиностроение, 1985 г., стр. 241). Получаемый при этом профиль толщины упругой пластины при ее деформации центрально приложенной силой позволяет воспроизвести форму вида WoXn, где Wo - максимальный прогиб пластины, что позволяет скомпенсировать все расчетные аберрации зеркальных оптических систем. Константа n определяется на основании расчета суммарной волновой аберрации зеркальной системы.The specified profile of variable thickness of the plate (2) can be implemented by traditional methods on metalworking equipment (I. A. Druzhinsky, "Complex surfaces", Engineering, 1985, p. 241). The resulting profile of the thickness of the elastic plate during its deformation by a centrally applied force makes it possible to reproduce a form of the form W o X n , where W o is the maximum deflection of the plate, which makes it possible to compensate for all the calculated aberrations of mirror optical systems. The constant n is determined based on the calculation of the total wave aberration of the mirror system.

При компенсации сферической аберрации n=4 (Д.Д. Максутов, "Астрономическая оптика", Наука, 1979, стр. 319). Кроме этого соотношение (2) задает профиль толщины упругой пластины с возможностью ограничения его изменения величинами hmin, hmax, задаваемыми на этапе конструирования.When compensating for spherical aberration n = 4 (D. D. Maksutov, Astronomical Optics, Nauka, 1979, p. 319). In addition, relation (2) sets the profile of the thickness of the elastic plate with the possibility of limiting its changes to the values of h min , h max specified at the design stage.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое деформируемое зеркало отличается профилем, изменяющимся по толщине, в соответствии с задаваемым соотношением (2).Comparative analysis with the prototype shows that the inventive deformable mirror has a profile that varies in thickness, in accordance with a given ratio (2).

Таким образом, заявляемое деформируемое зеркало соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".Thus, the claimed deformable mirror meets the criterion of "novelty." Comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

Возможность компенсировать при помощи заявляемого деформируемого зеркала высшие аберрации, повышающая качество зеркальных оптических систем по сравнению с компенсацией низких аберраций зеркалом-прототипом, позволяет заключить, что заявляемое решение соответствует критерию "положительный эффект".The ability to compensate for the higher aberrations using the inventive deformable mirror, which improves the quality of mirror optical systems in comparison with the compensation of low aberrations by the prototype mirror, allows us to conclude that the claimed solution meets the criterion of "positive effect".

Изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

На фиг. 1 представлен общий вид конструктивного исполнения устройства;In FIG. 1 shows a General view of the structural design of the device;

На фиг. 2 представлена конструкция ручного привода для микродеформаций отражающей поверхности устройства.In FIG. 2 shows the design of a manual drive for microdeformations of the reflective surface of the device.

На фиг. 3 представлены, утрированно, профили отражающих поверхностей аналога и заявляемого устройства при компенсации ими сферической аберрации.In FIG. 3 presents, exaggerated, the profiles of the reflective surfaces of the analogue and the claimed device when compensating for spherical aberration.

На фиг. 4 изображена конструкция зеркальной оптической системы с заявляемым устройством.In FIG. 4 shows the design of a mirror optical system with the claimed device.

Деформируемое зеркало содержит (см. фиг. 1) упругую пластину 1, выполненную из металла, например из меди, с отражающим передним слоем 2, полученным чистовым алмазным точением поверхности пластинки 1, толщина которой изменяется по профилю 3, связанной при помощи кольца 4 по своей периферии с несущим корпусом 5, выполненным из материала с тем же коэффициентом теплового расширения, что и пластинка 1, средство деформирования пластины 1 в виде ручного привода микроперемещений 6, один конец которого связан с центром пластин 1, а другой жестко связан с корпусом 5. Привод микроперемещений (см. фиг. 2) содержит гайки 7 и 8, трубку 9 с прорезями 10 и винт 11 с коническим хвостиком.The deformable mirror contains (see Fig. 1) an elastic plate 1 made of metal, for example, copper, with a reflective front layer 2 obtained by fine diamond turning of the surface of the plate 1, the thickness of which varies along the profile 3, connected by a ring 4 in its the periphery with a supporting body 5 made of a material with the same coefficient of thermal expansion as the plate 1, means for deforming the plate 1 in the form of a manual drive of micro displacements 6, one end of which is connected to the center of the plates 1 and the other is rigidly connected to 5. rpusom micromovings actuator (see. Fig. 2) comprises a nut 7 and 8, the pipe 9 with openings 10 and screw 11 with a conical tail.

Деформируемое зеркало работает следующим образом: при вращении винта с коническим хвостиком 11 в гайке 8 он перемещается, раздвигая стенки трубки 9, которая за счет прорезей 10 симметрично деформируется. При такой деформации (см. фиг. 2) длина привода уменьшается и гайки 7 и 8 сближаются. Поскольку одна гайка 8 зажата в несущем корпусе 5 (см. фиг. 1), а другая 7 связана с центром упругой пластины 1, пластина деформируется. Как известно, (С.П. Тимошенко, "Пластины и оболочки", Наука, 1966 г., стр. 334), деформация пластины с профилем переменной толщины описывается уравнением:The deformable mirror works as follows: when the screw with the tapered tail 11 in the nut 8 rotates, it moves, pushing the walls of the tube 9, which is symmetrically deformed due to the slots 10. With such a deformation (see Fig. 2), the drive length decreases and the nuts 7 and 8 come together. Since one nut 8 is clamped in the bearing housing 5 (see Fig. 1), and the other 7 is connected with the center of the elastic plate 1, the plate is deformed. As you know, (S.P. Timoshenko, "Plates and Shells", Nauka, 1966, p. 334), the deformation of a plate with a profile of variable thickness is described by the equation:

D d dr ( d ϕ dr + ϕ r ) + dD dr ( d ϕ dr + ν ϕ r ) = 1 r 0 r q(r)rdr                    (3)

Figure 00000008
D d dr ( d ϕ dr + ϕ r ) + dD dr ( d ϕ dr + ν ϕ r ) = one r 0 r q (r) rdr (3)
Figure 00000008

где D - цилиндрическая жесткость; ϕ = dw dr

Figure 00000009
where D is the cylindrical stiffness; ϕ = - dw dr
Figure 00000009

w - прогиб упругой пластины;w is the deflection of the elastic plate;

ν - коэффициент Пуассона;ν is the Poisson's ratio;

r - поперечная координата.r is the transverse coordinate.

В свою очередь D = E  h 3 12 ( 1 ν 2 )

Figure 00000010
, где E - модуль Юнга; h - распределение толщины упругой пластины. Для отыскания распределения толщины h(r), позволяющего воспроизвести заданный профиль зеркала w(r), необходимо ввести ограничение hmax≤h(r)≤hmin, что обеспечит его конструктивное воссоздание. Такое ограничение может быть учтено за счет подстановки в (3) вместо h(r) вспомогательной функции „y", связанной с h(r) соотношением:In its turn D = E h 3 12 ( one - ν 2 )
Figure 00000010
where E is Young's modulus; h is the distribution of the thickness of the elastic plate. To find the distribution of thickness h (r), which allows reproducing a given mirror profile w (r), it is necessary to introduce the restriction h max ≤h (r) ≤h min , which will ensure its constructive reconstruction. This restriction can be taken into account by substituting in (3) instead of h (r) the auxiliary function “y” associated with h (r) by the relation:

h(r) h max = 0 ,5 h min + h max h max + 0 ,5 h min h max h max siny

Figure 00000011
h (r) h max = 0 ,5 h min + h max h max + 0 ,5 h min - h max h max siny
Figure 00000011

Вводя также безразмерную переменную x = r a

Figure 00000012
, где a - диаметр деформируемого зеркала, величину c - диаметр контакта деформирующего привода с упругой пластиной из (3), имеем:Introducing also the dimensionless variable x = r a
Figure 00000012
, where a is the diameter of the deformable mirror, c is the diameter of the contact of the deforming drive with the elastic plate from (3), we have:

d y d x = q c 2 a 6 ( 1 ν 2 ) E h m a x 3 x d d x ( d ϕ d x + ϕ x ) ( α + β sin y ) 3 ( d ϕ d x + ν ϕ x ) 3 β cos y ( α + β sin y ) 2             (4)

Figure 00000013
d y d x = - q c 2 a 6 ( one - ν 2 ) E h m a x 3 x - d d x ( d ϕ d x + ϕ x ) ( α + β sin y ) 3 ( d ϕ d x + ν ϕ x ) 3 β cos y ( α + β sin y ) 2 (four)
Figure 00000013

α = 0 ,5 h min + h max h max

Figure 00000014
; β = 0 ,5 h min h max h max
Figure 00000015
α = 0 ,5 h min + h max h max
Figure 00000014
; β = 0 ,5 h min - h max h max
Figure 00000015

Для центрированной зеркальной оптической системы совокупную симметричную относительно оптической оси аберрацию, в общем случае, можно выразить соотношением вида:For a centered mirror optical system, the total aberration, symmetric with respect to the optical axis, can generally be expressed by a relation of the form:

w ' ( x ) = w max x n                          (5)

Figure 00000016
w '' ( x ) = w max x n (5)
Figure 00000016

Поэтому упругая пластина для обеспечения ее компенсации должна изогнуться по кривой w(x)=w′(x),Therefore, the elastic plate must be bent along the curve w (x) = w ′ (x) to ensure its compensation

где w(x) - профиль прогнутой пластины.where w (x) is the profile of the curved plate.

С учетом этого выражения (4) перепишем:Given this expression (4), we rewrite:

d y d x = 32 c 2 a 2 n 2 ( n 2 ) x n 3 ( α + β sin y ) 3 3 n ( n 1 + ν ) β cos y ( α + β sin y ) 2 x n 1             (6)

Figure 00000017
d y d x = 32 c 2 a 2 - n 2 ( n - 2 ) x n - 3 ( α + β sin y ) 3 3 n ( n - one + ν ) β cos y ( α + β sin y ) 2 x n - one (6)
Figure 00000017

Искомое распределение толщины находится из соотношения:The desired distribution of thickness is found from the ratio:

h(r) h max = α + βsiny                             (7)

Figure 00000018
h (r) h max = α + βsiny (7)
Figure 00000018

Вычисление функции y по соотношению (6) занимает на микрокалькуляторе МК-61 с использованием программы из (А.Н. Цветков, В.А. Енанечников, "Прикладные программы для микроЭВМ", Финансы и статистика, 1984 г., стр. 60) 15 минут.The calculation of the function y according to relation (6) is carried out on a MK-61 microcalculator using a program from (A.N. Tsvetkov, V.A. Enanechnikov, "Application Programs for Microcomputers", Finance and Statistics, 1984, p. 60) 15 minutes.

Допуск на технологическую воспроизводимость профиля определим из следующих соображений. Как известно, прогиб упругой пластины в общем виде может быть представлен:The tolerance for technological reproducibility of the profile is determined from the following considerations. As is known, the deflection of an elastic plate in general form can be represented:

w ( x ) = α q a 4 12 ( 1 ν 2 ) E h 3 ( x ) β ( x )                   (8)

Figure 00000019
w ( x ) = α q a four 12 ( one - ν 2 ) E h 3 ( x ) β ( x ) (8)
Figure 00000019

где α - коэффициент, зависящий от начальных условий задачи, а β(x) - функция постоянная при заданных начальных условиях.where α is a coefficient depending on the initial conditions of the problem, and β (x) is a constant function for given initial conditions.

Дифференцируя соотношение (8) по h, имеем:Differentiating relation (8) with respect to h, we have:

d w d h = α β ( x ) 12 q a 4 ( 1 ν 2 ) E 3 h 4                   (9)

Figure 00000020
d w d h = - α β ( x ) 12 q a four ( one - ν 2 ) E 3 h four (9)
Figure 00000020

Т.к. наибольшая ошибка возникает при x=0,5, поскольку при x=0, -1; +1 на прогиб налагаются граничные условия, имеем:Because the greatest error occurs at x = 0.5, since at x = 0, -1; +1 the boundary conditions are imposed on the deflection, we have:

Δ w max = α β ( x ) | x = 0,5 12 q a 4 ( 1 ν 2 ) E 3 Δ h h 4                 (10)

Figure 00000021
Δ w max = - α β ( x ) | x = 0.5 12 q a four ( one - ν 2 ) E 3 Δ h h four (10)
Figure 00000021

Поскольку, в нашем случае, β(x) определяется соотношением (5), имеем:Since, in our case, β (x) is determined by relation (5), we have:

Δ w max = ( 0,5 ) n w max 3 Δ h h                       (11)

Figure 00000022
Δ w max = - ( 0.5 ) n w max 3 Δ h h (eleven)
Figure 00000022

Полагая h=0,5(hmin+hmax); Δ w max = ± λ 20

Figure 00000023
; wmax=±kλAssuming h = 0.5 (h min + h max ); Δ w max = ± λ twenty
Figure 00000023
; w max = ± kλ

где λ - длина волны, а k - количество длин волн, укладывающихся в максимальной амплитуде компенсируемой аберрации, окончательно имеем:where λ is the wavelength, and k is the number of wavelengths that fit in the maximum amplitude of the compensated aberration, we finally have:

Δ h = h min + h max 120 k ( 0,5 ) n                    (12)

Figure 00000024
Δ h = h min + h max 120 k ( 0.5 ) n (12)
Figure 00000024

в частном случае сферической аберрации n=4, а k=20-30, при hmin=5 мм hmax=20 мм имеем:in the particular case of spherical aberration n = 4, and k = 20-30, with h min = 5 mm h max = 20 mm, we have:

Δh=0,17-0,11 ммΔh = 0.17-0.11 mm

Воспроизведение переменного профиля упругой пластины с таким допуском достигается механической отработкой его торцевой поверхности перпендикулярно к оси вращения и может быть обеспечено:Reproduction of a variable profile of an elastic plate with such a tolerance is achieved by mechanical testing of its end surface perpendicular to the axis of rotation and can be provided:

- на токарном станке. При этом заданный профиль обеспечивается продольно-поперечным смещением суппорта;- on a lathe. In this case, the specified profile is provided by the longitudinal-transverse displacement of the caliper;

- на фрезерном станке фрезой со специальным профилем. Фрезерование может осуществлять в несколько переходов зависимости от глубины профиля h(r).- on a milling machine a milling cutter with a special profile. Milling can be carried out in several transitions depending on the profile depth h (r).

- на станке с ЧПУ.- on a CNC machine.

Ошибка воспроизведения формы поверхности этими способами на стенках обычной степени точности составляет ±0,04 мм, что в несколько раз меньше допустимой ошибки (12).The error in reproducing the surface shape by these methods on the walls of the usual degree of accuracy is ± 0.04 mm, which is several times less than the permissible error (12).

Свободный допуск (12) на воспроизведение заданного профиля h(x) является важным технологическим условием для широкого использования метода модуляции жесткости для деформируемых зеркал.The free tolerance (12) for reproducing a given profile h (x) is an important technological condition for the wide use of the stiffness modulation method for deformable mirrors.

Изготовление упругой пластины с переменным профилем, задаваемым соотношением (2), позволяет:The manufacture of an elastic plate with a variable profile defined by relation (2) allows:

- обеспечить высокое качество компенсации аберраций высших порядков, обладающих осевой симметрией (см. фиг. 3 кривая 1), что позволяет в зеркальных оптических системах (см. фиг. 4), используя в качестве главных зеркал сферические, добиться высокого качества формируемого изображения;- to provide high quality compensation of higher order aberrations with axial symmetry (see Fig. 3 curve 1), which allows mirror optical systems (see Fig. 4), using spherical as the main mirrors, to achieve high quality of the formed image;

- обеспечить возможность применения в зеркальных системах сферической оптики, что позволяет существенно повысить технологичность процесса ее изготовления, а также снизить стоимость и время производства.- to provide the possibility of using spherical optics in mirror systems, which can significantly increase the manufacturability of the manufacturing process, as well as reduce the cost and time of production.

Так, для реальной зеркальной системы (см. фиг. 4) с параметрами: радиус кривизны сферического зеркала - 494,3 мм, расстояние между первичным и вторичным зеркалом - 122,6 мм световой диаметр первичного зеркала - 206 мм.So, for a real mirror system (see Fig. 4) with parameters: the radius of curvature of the spherical mirror is 494.3 mm, the distance between the primary and secondary mirror is 122.6 mm, the light diameter of the primary mirror is 206 mm.

Идеальный профиль вторичного зеркала выражается соотношением: w(x)=1,15·10-7 x3,527 (в мм) (см. фиг. 3 кривая 1).The ideal profile of the secondary mirror is expressed by the ratio: w (x) = 1.15 · 10 -7 x 3.527 (in mm) (see Fig. 3 curve 1).

Если использовать в качестве вторичного зеркала зеркало-прототип, форма поверхности будет иметь вид кривой 2 на фиг. 3 и в пучке излучения в плоскости вторичного зеркала будет присутствовать остаточная ошибка с максимальным значением 112 мкм. Остаточная ошибка при использовании заявляемого зеркала составляет ±0,15 мкм, что удовлетворяет критерию качества (Д.Д. Максутов, "Астрономическая оптика", 1979 г., стр. 319) при длине волн λ≥1 мкм.If a prototype mirror is used as a secondary mirror, the surface shape will look like curve 2 in FIG. 3 and a residual error with a maximum value of 112 μm will be present in the radiation beam in the plane of the secondary mirror. The residual error when using the inventive mirror is ± 0.15 μm, which meets the quality criterion (DD Maksutov, "Astronomical Optics", 1979, p. 319) at a wavelength of λ≥1 μm.

Claims (1)

Деформируемое зеркало, содержащее упругую пластину с отражающей передней поверхностью и переменным по толщине профилем тыльной поверхности, закрепленную по периферии на несущем корпусе, а также связанные с центром пластины средства деформирования, отличающееся тем, что, с целью повышения точности компенсации аберраций, профиль пластины выполнен по закону:
d y d x = 32 c 2 a 2 n 2 ( n 2 ) x n 3 ( α + β sin y ) 3 3 n ( n 1 + ν ) β  cosy ( α + β siny) 2 x n 1
Figure 00000025

где y = arcsin [ h ( x ) h max β α β ]
Figure 00000026

h(x) - текущее значение толщины профиля пластины,
hmin, hmax - соответственно минимальные и максимальные толщины профиля тыльной поверхности пластины, задаваемые конструктивно,
β = 0,5 h min h max h max
Figure 00000027
; α = 0,5 h min + h max h max
Figure 00000028

c - диаметр контактирующего с тыльной стороной зеркала средства деформирования,
a - диаметр деформируемого зеркала,
n - заданная константа 1≤n≤20
x = r a
Figure 00000029

r - текущая координата вдоль поверхности зеркала,
ν - коэффициент Пуассона для данного материала.
A deformable mirror containing an elastic plate with a reflecting front surface and a thickness profile of the back surface fixed peripherally to the bearing body, as well as deformation means connected to the center of the plate, characterized in that, in order to increase the accuracy of aberration compensation, the plate profile is made according to the law:
d y d x = 32 c 2 a 2 - n 2 ( n - 2 ) x n - 3 ( α + β sin y ) 3 3 n ( n - one + ν ) β cozy ( α + β siny) 2 x n - one
Figure 00000025

Where y = arcsin [ h ( x ) h max β - α β ]
Figure 00000026

h (x) is the current value of the thickness of the plate profile,
h min , h max - respectively, the minimum and maximum thickness of the profile of the back surface of the plate, set structurally,
β = 0.5 h min - h max h max
Figure 00000027
; α = 0.5 h min + h max h max
Figure 00000028

c is the diameter of the deforming means in contact with the rear side of the mirror,
a is the diameter of the deformable mirror,
n is a given constant 1≤n≤20
x = r a
Figure 00000029

r is the current coordinate along the surface of the mirror,
ν - Poisson's ratio for a given material.
SU4500288/28A 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror RU1841096C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4500288/28A RU1841096C (en) 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4500288/28A RU1841096C (en) 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1841096C true RU1841096C (en) 2015-06-10

Family

ID=53294669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4500288/28A RU1841096C (en) 1988-10-06 1988-10-06 Deformable mirror

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1841096C (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2343262B1 (en) * 1976-03-05 1978-08-25 Anvar

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2343262B1 (en) * 1976-03-05 1978-08-25 Anvar

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4119366A (en) Mirrors with a variable focal distance
US4043644A (en) Elastically compensated off-axis mirror
US5005960A (en) Relay lens system with four optical elements in symmetrical arrangement
US4382657A (en) Semi-fixed astronomical mirrors and aspherical gratings and methods for manufacturing same by elastic flexion
CA1143196A (en) Device for coupling two optical fibres
JPH03148602A (en) Non-spherical mirror and manufacture and replication thereof
US4185885A (en) Optical fiber connector
RU1841096C (en) Deformable mirror
JPS57195205A (en) Optical waveguide
US11934032B2 (en) Mounting of optical elements in a barrel using a resilient spacer
US4433897A (en) Lens supporting assembly
US4639100A (en) Astigmatic optical element, its manufacturing process, illuminating apparatus including the same and articles treated by the same
US4046460A (en) Objective for video disks
US5257136A (en) Reverse telephoto agron objective lens
US3494688A (en) Color corrected mangin mirror
Himmer et al. Off-axis variable focus and aberration control mirrors
Lemaître et al. Spectrographic development of diffraction gratings aspherized by elastic relaxation
JPS61277913A (en) Image forming lens
EP0139979B1 (en) Optical assemblies
US4643535A (en) Optical information recording/reproducing element
US5893549A (en) Slotted support for x-ray focusing mirrors
CN1104338A (en) Multi-wavelength confocal diffraction optical element
SU1280558A1 (en) Lens with extended entrance pupil
JPH043850B2 (en)
JPH01312521A (en) Optical system for vacuum device