RU1841047C - Composite mirror - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to optical elements and can be used in optoelectronic guidance systems. The composite mirror (1) consists of a set of flat mirrors (2) mounted on a frame. Each of the flat mirrors (2) is provided with a pivot axis (3). The pivot axes (3) of all flat mirrors (2) are parallel to each other and lie in one plane. The flat mirrors (2) are capable of swinging relative to the plane making an angle α to the plane of the frame within an angle α/2.

EFFECT: higher quality of reflecting surfaces of the mirror, lower weight of the mirror without reducing rigidness thereof, smaller size and weight of the electromechanical swivel drive and the bearing structure without vignetting of overall beams, easier manufacture of the article.

1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к управляемым зеркалам, и может быть использовано в оптических системах локации и связи с большими углами наведения и апертурой. Известны облегченные оптические (авт. свид. №617759, заявл. 28.01.77 г. (заявка 2447508/10), кл. G02B 5/08, и №526841, заявл. 25.04.74 г. (заявка 2024270/10), кл. G02B 5/08, журнал ″Оптико-механическая промышленность″ 1977 г., №7, с. 44, 1977 г., №9, с. 3, и 1977 г., №1, с. 9), которые применяются в оптических системах для наведения оптической оси в требуемую точку пространства. В качестве прототипа выбраны устройства по авт. свид. №617759 и №526841. Предложенные в них конструкции зеркал позволяют значительно уменьшить их массу. Вместе с тем при использовании этих зеркал в высококачественных оптических системах с апертурой ⌀ 200 мм и более с целью наведения оптической оси в требуемую точку пространства с углами обзора по углу места ≥30° (по лучу) их массо-габаритные характеристики достигают значительных величин. The invention relates to the field of optical instrumentation, in particular to controlled mirrors, and can be used in optical systems for location and communication with large pointing angles and aperture. Lightweight optical ones are known (author's certificate. No. 617759, application form 28.01.77 (application 2447508/10), class G02B 5/08, and No. 526841, application form 25.04.74 (application 2024270/10), C. G02B 5/08, the journal "Optical-mechanical industry" 1977, No. 7, p. 44, 1977, No. 9, p. 3, and 1977, No. 1, p. 9), which used in optical systems for pointing the optical axis to the desired point in space. As a prototype of the selected device by ed. testimonial. No. 617759 and No. 526841. The mirror designs proposed in them can significantly reduce their mass. At the same time, when using these mirrors in high-quality optical systems with an aperture of ⌀ 200 mm or more in order to guide the optical axis to the desired point in space with viewing angles of elevation ≥30 ° (along the beam), their mass-dimensional characteristics reach significant values.

Большая масса зеркала 10 кг и более, даже при наличии облегчения, требует применения соответствующего привода для его управления, что приводит к увеличению массо-габаритных характеристик системы в целом или отказу от применения зеркала в качестве элемента наведения оптической оси системы, например, книга ″Лазерная локация″ М.: ″Машиностроение″, под ред. Н.Д. Устинова, 1984 г., стр. 185. Целью изобретения является обеспечение больших углов наведения с точностью не менее 20′′ оптической оси в плоскости отклонения луча при одновременном уменьшении массо-габаритных характеристик зеркала, исключение виньетирования в оптической системе, уменьшение мощности привода наведения зеркала, увеличение быстродействия наведения оптической оси системы в необходимую точку пространства, увеличение качества отражательной поверхности, упрощение технологических процессов изготовления.A large mass of the mirror of 10 kg or more, even if there is relief, requires the use of an appropriate drive to control it, which leads to an increase in the mass-dimensional characteristics of the system as a whole or to the refusal to use the mirror as an element of guidance of the optical axis of the system, for example, the book Laser location ″ M.: ″ Engineering ″, ed. N.D. Ustinova, 1984, p. 185. The aim of the invention is to provide large pointing angles with an accuracy of at least 20 ″ optical axis in the plane of beam deflection while reducing the mass-dimensional characteristics of the mirror, eliminating vignetting in the optical system, reducing the power of the mirror pointing drive , increasing the speed of pointing the optical axis of the system to the necessary point in space, increasing the quality of the reflective surface, simplifying manufacturing processes.

Цель достигается тем, что зеркало для больших углов наведения оптической оси в плоскости отклонения с точностью не менее 20′′ приемо-передающих оптических систем при отсутствии виньетирования пучков лучей выполнено из n-составных частей, по крайней мере не менее 3-х частей, каждая из которых имеет собственную ось качания, при этом оси параллельны между собой и расположены в одной плоскости, составляющей с осью отклоняемого пучка лучей угол, равный $$\frac{{\alpha }_{\max }}{2}$$

максимального угла наведения оптической оси, а отражающие поверхности частей зеркала параллельны между собой, и их оси соединены с приводом синхронного движения.The goal is achieved in that the mirror for large angles of guidance of the optical axis in the plane of deviation with an accuracy of at least 20 ″ transceiving optical systems in the absence of vignetting of the beam of rays is made of n-component parts, at least at least 3 parts, each of which has its own swing axis, while the axes are parallel to each other and are located in the same plane, which constitutes an angle equal to the axis of the deflected beam of rays $$\frac{{\alpha }_{\max }}{2}$$

the maximum pointing angle of the optical axis, and the reflecting surfaces of the mirror parts are parallel to each other, and their axes are connected to the synchronous drive.

Анализ признаков формулы изобретения прототипа, а также аналогов, пат. США №4218114, кл. 350-292, 1980 г., пат. США №3712715, кл. 350-304, 1973, показывает, что цель создания облегченного зеркала, работающего с точностью наведения не менее 20′′, при отсутствии виньетирования падающих пучков лучей достигаемая предварительной установкой плоскости отражения под углом α_max/2 максимального угла наведения, и разбиением зеркала на n-составных частей, авторами указанных изобретений не рассматривалась.Analysis of the features of the claims of the prototype, as well as analogues, US Pat. U.S. No. 4,218,114, cl. 350-292, 1980, US Pat. US No. 3712715, CL 350-304, 1973, shows that the goal of creating a lightweight mirror operating with a pointing accuracy of at least 20 ″, in the absence of vignetting of incident beams of rays, is achieved by pre-setting the reflection plane at an angle α _max / 2 of the maximum pointing angle, and dividing the mirror into n -components, the authors of these inventions was not considered.

Авторы предлагаемого изобретения считают, что указанные признаки соответствуют критерию ″существенного отличия″ и позволяют создать ряд конструкций с облегченными высокоточными зеркалами наведения оптической оси в пространстве.The authors of the invention believe that these features meet the criterion of "significant differences" and allow you to create a number of designs with lightweight high-precision mirrors pointing the optical axis in space.

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором изображено зеркало, предлагаемое авторами. Зеркало 1 состоит из n-составных частей 2, каждая из которых имеет ось качания 3. Оси качания всех частей параллельны между собой и расположены в одной плоскости, которая параллельна максимальной по размеру плоскости отражения 4, получаемой при $$\frac{{\alpha }_{\max }}{2}$$

максимального угла наведения оптической оси. При указанном начальном положении отражательных поверхностей зеркал изменение углов наведения оптической оси происходит от максимального до минимального, имеющиеся зазоры между частями зеркала перекрываются, что гарантирует отсутствие виньетирования пучков лучей.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a mirror proposed by the authors. Mirror 1 consists of n-component parts 2, each of which has a swing axis 3. The swing axes of all parts are parallel to each other and are located in the same plane, which is parallel to the maximum-sized reflection plane 4 obtained when $$\frac{{\alpha }_{\max }}{2}$$

the maximum pointing angle of the optical axis. At the indicated initial position of the reflective surfaces of the mirrors, the change in the pointing angles of the optical axis occurs from maximum to minimum, the existing gaps between the parts of the mirror overlap, which guarantees the absence of vignetting of the beam.

При работе такого зеркала отражательные поверхности его составных частей остаются параллельными друг другу во всем диапазоне углов наведения от α_max до α_min (в пределах точности механизма синхронного движения).During the operation of such a mirror, the reflective surfaces of its components remain parallel to each other in the entire range of pointing angles from α _max to α _min (within the accuracy of the synchronous movement mechanism).

Предлагаемое зеркало позволяет изготавливать его на обычном оборудовании (станки типа ЗПД-250, ПД-500М, ПД-750), по стандартной технологии, по сравнению с прототипом, что является определяющим, так как уменьшается трудоемкость изготовления зеркал и их стоимость.The proposed mirror allows it to be manufactured on conventional equipment (machine tools such as ZPD-250, PD-500M, PD-750), using standard technology, compared to the prototype, which is decisive, since the complexity of manufacturing mirrors and their cost are reduced.

Габариты и масса каждой части зеркала определяется из условия оптимального облегчения его известными способами, приведенными в материалах заявки, журнал ″Оптико-механическая промышленность″ №1, с. 9, №7, с. 44, №9, с. 3, 1977 г.The dimensions and mass of each part of the mirror is determined from the condition of optimal lightening by known methods given in the application materials, journal ″ Optical-mechanical industry ″ No. 1, p. 9, No. 7, p. 44, No. 9, p. 3, 1977

При условии сохранения жесткости толщина каждой части меньше по сравнению с зеркалом прототипа в n-раз.Provided that the stiffness is maintained, the thickness of each part is n-times smaller than the mirror of the prototype.

В итоге суммарная масса частей предлагаемого зеркала меньше массы монолитного зеркала прототипа при одновременном увеличении углов наведения оптической оси и упрощения конструкции зеркала, так как отпадает необходимость применения специальных мер его разгрузки.As a result, the total mass of the parts of the proposed mirror is less than the mass of the monolithic mirror of the prototype while increasing the pointing angles of the optical axis and simplifying the design of the mirror, since there is no need to use special measures for its unloading.

При уменьшении массы и габаритов зеркала до габарита его составных частей уменьшается его момент инерции относительно оси вращения и мощность привода наведения, что позволяет увеличить быстродействие электромеханических устройств наведения оптической оси в пространстве.With a decrease in the mass and dimensions of the mirror to the size of its components, its moment of inertia relative to the axis of rotation and the drive power of the guidance decrease, which allows to increase the speed of electromechanical guidance devices of the optical axis in space.

Зависимость массы и момента инерции зеркала от количества его составных частей приведена в таблице №1.The dependence of the mass and moment of inertia of the mirror on the number of its components is given in table No. 1.

Таблица №1Table number 1 Число частей зеркала nThe number of mirror parts n 1one 33 4four 55 Масса, mMass, m 1one 0,260.26 0,180.18 0,140.14 Момент инерции, JMoment of inertia, j 1one 0,210.21 0,150.15 0,130.13

Преимуществом предлагаемого изобретения является возможность получения больших отражательных поверхностей по известной технологии, что при отсутствии виньетирования, что значительно расширяет область применения плоских зеркал в многоканальных оптических системах.An advantage of the present invention is the ability to obtain large reflective surfaces by known technology, which in the absence of vignetting, which greatly expands the scope of flat mirrors in multi-channel optical systems.

Предлагаемое зеркало с возможностью реализации больших углов наведения оптической оси в пространстве при отсутствии виньетирования в отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературе не встречалось.The proposed mirror with the possibility of realizing large angles of pointing the optical axis in space in the absence of vignetting has not been encountered in the domestic and foreign scientific, technical and patent literature.

В разработанных высокоточных оптических системах применяются монолитные зеркала, например система PATS, ″Лазерная локация″, М., ″Машиностроение″, под. ред. Н.Д. Устинова, 1984 г., стр. 197, а также стр. 209.In the developed high-precision optical systems, monolithic mirrors are used, for example, the PATS system, ″ Laser location ″, M., ″ Engineering ″, under. ed. N.D. Ustinova, 1984, p. 197, and also p. 209.

Базовых объектов для сравнения не имеется.Basic objects for comparison are not available.

Claims (1)

Составное зеркало, выполненное из набора плоских зеркал, каждое из которых снабжено осью качания, закрепленных в раме, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности использования зеркала, оси зеркал размещены в их плоскости и параллельны между собой, а зеркала установлены с возможностью качания относительно плоскости, составляющей угол α к плоскости рамы, в пределах угла $$\raisebox{1ex}{$\alpha $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.$$

. A composite mirror made of a set of flat mirrors, each of which is equipped with a swing axis fixed in the frame, characterized in that, in order to increase the efficiency of use of the mirror, the axis of the mirrors are placed in their plane and parallel to each other, and the mirrors are mounted with the possibility of swinging relative to a plane making an angle α to the plane of the frame, within the angle $$\raisebox{1ex}{$\alpha $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$2$}\right.$$

.