RU2674305C1 - Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей - Google Patents

Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей Download PDF

Info

Publication number
RU2674305C1
RU2674305C1 RU2018101467A RU2018101467A RU2674305C1 RU 2674305 C1 RU2674305 C1 RU 2674305C1 RU 2018101467 A RU2018101467 A RU 2018101467A RU 2018101467 A RU2018101467 A RU 2018101467A RU 2674305 C1 RU2674305 C1 RU 2674305C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reflected
input face
beams
psl
wedge
Prior art date
Application number
RU2018101467A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Аркадьевич Мейтин
Андрей Леонидович Соколов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП")
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 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП")
Priority to RU2018101467A priority Critical patent/RU2674305C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2674305C1 publication Critical patent/RU2674305C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00605—Production of reflex reflectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Способ может быть использован при изготовлении высокоточных зеркально-призменных уголковых отражателей (УО). В способе размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и направляют пучок параллельных световых лучей (ПСЛ) на светоделительную пластину, отраженный от нее пучок направляют на входную грань УО, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО. Через светоделительную пластину пучки ПСЛ направляют в объектив, получают в его фокальной плоскости точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты. Коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления
Figure 00000133
отраженных УО пучков ПСЛ. Технический результат – повышение надежности и точности. 3 ил.

Description

Изобретение относится к технологии изготовления высокоточных зеркально-призменных уголковых отражателей.
Изобретение направленно на улучшение технологии изготовления призматического уголкового отражателя (УО) с тремя плоскими, ориентированными взаимно перпендикулярно, отражающими гранями, разделяющего падающий на него пучок параллельных световых лучей одного направления на отраженные пучки параллельных световых лучей двух заданных направлений.
Решение такой задачи (разделения падающего на УО пучка параллельных световых лучей одного направления на отраженные пучки параллельных световых лучей двух заданных направлений) связано с необходимостью уменьшения влияния скоростной аберрации при дальномерных измерениях, например, для ГЛОНАС и GPS. В этом случае от УО, установленного на спутнике с целью лазерной дальнометрии, можно получать отраженные сигналы с большей мощностью.
Известно [1], что УО разделяет падающий на него (проходящий через его входную грань) пучок параллельных световых лучей одного направления на шесть отраженных им пучков параллельных световых лучей, каждый из которых после отражения выходит через зону своего выходного окна, на общей выходной грани УО, совпадающей с входной гранью. Если имеется УО с тремя плоскими и строго перпендикулярными отражающими гранями, то в соответствии с геометрической оптикой все шесть пучков параллельных световых лучей отражаются по одному направлению, параллельному направлению падающего пучка.
Обычно два заданных направления для отраженных пучков параллельных световых лучей обеспечивают за счет нарушений взаимной перпендикулярности между отражающими гранями УО. Например, при изготовлении УО стремятся выдержать отклонение от перпендикулярности между первой и второй отражающими гранями близким к нулевому значению. Отклонение от перпендикулярности между второй и третьей отражающими гранями (обозначим его углом β) и отклонение от перпендикулярности между третьей и первой отражающими гранями (обозначим его углом α) стремятся выдержать равными
Figure 00000001
где V - угловая величина, определяемая скоростной аберрацией (например, 4''…10'');
n - показатель преломления стекла УО (n≈1,5).
Такой УО устанавливают на спутнике так, чтобы ребро, образованное первой и второй отражающими гранями, располагалось в плоскости перемещения приемо-передающей части локатора.
Применение для изготовления таких УО традиционной технологии [2] обеспечивает заданные отклонения для двугранных углов с погрешностями изготовления до угловых секунд, вместо необходимых отклонений с погрешностями изготовления до десятых долей угловой секунды. Для таких случаев выполняется специальная доработка. Для создания УО, обеспечивающего заданные направления отраженных пучков параллельных световых лучей, изменяют двугранные углы, например, методом вакуумного реактивного напыления клиновидных слоев стекла на отражающие грани [3]. В таком случае наилучшее решение задачи получается, когда три из шести отраженных УО пучка параллельных световых лучей имеют одно заданное направление под требуемым углом V к направлению падающего луча. При этом (по оптическим свойствам УО) три других, отраженных УО пучка параллельных световых лучей, будут иметь другое направление под углом V к направлению падающего пучка, которое можно построить по первому направлению, если его повернуть на 180 градусов вокруг направления падающего пучка лучей.
Недостатком известного способа является то, что сравнительно небольшие погрешности нанесения клиновидных слоев на отражающих гранях приводят к большим величинам угловых погрешностей для отраженных УО пучков параллельных световых лучей. Например, для вышеприведенного случая погрешность Δδ нанесения на отражающую грань клиновидного слоя в 0,2'' приводит к погрешности ΔV углового положения направления отраженных УО параллельных пучков световых лучей на величину примерно равную 1'', т.е.
Figure 00000002
Невозможность создания в требуемой плоскости отраженных пучков параллельных световых лучей двух заданных направлений при произвольной ориентации УО вокруг направления падающего пучка лучей. Также при данной коррекции могут оставаться погрешности ΔV угловых положений направлений отраженных УО пучков параллельных световых лучей из-за неучтенных отступлений от плоскости реальных поверхностей УО и неоднородностей материала стекла. Данную коррекцию невозможно проводить для УО с уже нанесенными на отражающие грани покрытиями.
Кроме того, имеются проблемы с обязательным высокоточным технологическим контролем при такой коррекции: требуется проводить контроль углов до десятых долей угловой секунды.
Известен способ [4] коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем (УО) пучков параллельных световых лучей, при котором размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и формируют на выходе из объектива коллиматора пучок параллельных световых лучей, который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину, отражают этот пучок от нее и направляют его на, ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка, входную грань призматического уголкового отражателя, который после отражения разделяет входящий в него пучок параллельных лучей на шесть отраженных пучков параллельных лучей, которые через светоделительную пластину направляют в приемный канал с объективом и микрометром в фокальной плоскости объектива приемного канала, получают в фокальной плоскости объектива приемного канала шесть изображений точечной диафрагмы и измеряют микрометром координаты точечных изображений. Однако из-за наличия дифракции для отраженных пучков на зонах (на шести зональных выходных окон) для всех отраженных одновременно пучков, при наличии малых угловых отклонений между пучками, имеется сложность в их различении и идентификации из-за наложения получающихся дифракционных изображений.
По совокупности и последовательности технологических операций, способ [4] является наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению.
Задачей изобретения является создание способа коррекции направлений отраженных уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей, устраняющим указанные недостатки.
Технический результат - получение способа коррекции направлений отраженных уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей повышенной надежности и точности.
Это достигается тем, что в способе коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем (УО) пучков параллельных световых лучей, при котором размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и формируют на выходе из объектива коллиматора один пучок параллельных световых лучей (ПСЛ), который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину, отражают этот пучок от нее и направляют его на ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка входную грань УО, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО, через светоделительную пластину отраженные пучки ПСЛ направляют в приемный канал с объективом и микрометром, расположенным в фокальной плоскости приемного канала, получают в фокальной плоскости приемного канала точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты, - коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления
Figure 00000003
отраженных УО пучков ПСЛ, для этого выбор зон входной грани УО происходит следующим образом, после прохождения через светоделительную пластину шести отраженных пучков ПСЛ используют диафрагму с выходным окном, с помощью которого измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды, а именно, с помощью выходного окна диафрагмы выделяют один отраженный пучок ПСЛ направления
Figure 00000004
(i=1, 2, … 6), затем связывают с входной гранью УО прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО на входную грань, ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО, ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой и второй отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей отражающей грани с входной гранью, связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала систему координат X'O'Y', у которой оси O'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ, измеряют микрометром вдоль осей O'Х' и O'Y' координаты x'i и y'i точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, затем поворачивают УО и диафрагму вокруг направления пучка ПСЛ, падающего на УО, на 180° и вновь измеряют вдоль осей O'Х' и O'Y' микрометром координаты x''i и y''i полученного точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, указанные операции повторяют для каждого из шести отраженных пучков ПСЛ, меняя положение выходного окна диафрагмы, затем определяют угловые отклонения для каждого из шести направлений отраженных уголковым отражателем пучков ПСЛ, от направления падающего на УО пучка ПСЛ, как
Figure 00000005
где
ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала,
и определяют вектор направления
Figure 00000006
отраженных пучков ПСЛ, как
Figure 00000007
после чего, вычисляют корректирующий вектор отклонения
Figure 00000008
от требуемого направления
Figure 00000009
как
Figure 00000010
где Vxi и Vyi - заданные угловые отклонения требуемого направления
Figure 00000011
получают числовое значение ki модуля корректирующего вектора отклонения
Figure 00000012
для каждого из шести пучков ПСЛ как
Figure 00000013
отбирают из шести полученных значений модулей три их значения ki, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра и назначают их как модуль kj для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя,
далее определяют угол δj клиновидного слоя для нанесения на зону j входной грани УО, как
Figure 00000014
где
kj - значение модуля для выбранной зоны входной грани УО с номером j,
n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя для УО, после чего, определяют ориентацию направлений наносимых клиновидных слоев, для этого определяют в системе координат OXY входной грани полярный угол ϕj ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в окне с номером j, как ориентацию направления вектора
Figure 00000015
который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя, причем
Figure 00000016
или
Figure 00000017
если
Figure 00000018
Figure 00000019
или
Figure 00000020
если
Figure 00000021
Figure 00000022
или
Figure 00000023
если
Figure 00000024
Figure 00000025
или
Figure 00000026
если
Figure 00000027
угол ϕj отсчитывается как поворот радиус-вектора
Figure 00000028
от оси ОХ в системе координат OXY входной грани УО против часовой стрелки, если смотреть на ось Z (или на входную грань), после чего производят нанесение клиновидных слоев на выбранные зоны входной грани последовательно, при этом закрывают входную грань УО маской с доступом к одной из зон с номером j, наносят клиновидный слой с углом δj на эту зону, причем плоскость главного сечения клиновидного слоя ориентируют под полярным углом ϕj параллельно вектору
Figure 00000029
с толстым слоем, ориентированным по направлению этого вектора.
Коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ в предлагаемом изобретении производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления
Figure 00000030
отраженных УО пучков ПСЛ.
Для этого рассмотрим последовательность выполнения всех операций способа с помощью схематичного изображения установки для измерения - фиг. 1.
Как и в известном способе, в фокальной плоскости объектива коллиматора 1 размещают точечную диафрагму S, подсвечивают ее и формируют на выходе из объектива коллиматора один пучок параллельных световых лучей (ПСЛ) направления
Figure 00000031
который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину 2. Отражают этот пучок от светоделительной плоскопараллельной пластины 2 и направляют его на ориентированную перпендикулярно к направлению
Figure 00000032
падающего пучка входную грань УО 3, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО 3 (фиг. 2). Далее, шесть отраженных пучков ПСЛ проходят через ту же светоделительную пластину 2 и направляются в приемный канал 4 с объективом 5 и микрометром 6, расположенным в фокальной плоскости приемного канала. Получают в фокальной плоскости приемного канала точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты.
Однако, в отличие от известного способа, после прохождения через светоделительную пластину 2 шести отраженных пучков ПСЛ они встречают на своем пути диафрагму 7 с окном 8, которое выделяет только один отраженный пучок ПСЛ направления
Figure 00000033
выходящий из зоны УО с номером i (i=1, 2, … 6). При этом закрытой частью диафрагмы 7 перекрывают все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. С помощью такой диафрагмы 7 измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды.
Предварительно, для возможности дальнейшего однозначного определения расположения зон на входной (выходной) грани УО, мест для окна диафрагмы, задаваемых и измеряемых относительно зон направлений ПСЛ и ориентации нанесения на выбранные зоны клиновидных слоев, связывают с входной (выходной) гранью призматического УО с тремя отражающими плоскими гранями I, II и III (фиг. 2) прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО (под вершиной УО понимается точка пересечения трех его отражающих граней I, II и III) на входную грань. На входной (выходной) грани УО показаны шесть выходных зон i=1, i=2, i=3, i=4, i=5, i=6.
Ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО. Ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой I и второй II отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей III отражающей грани с входной гранью. Связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала 5 (фиг. 1) систему координат X'O'Y', у которой оси O'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ.
Делают первое измерение микрометром вдоль осей O'Х' и O'Y' координат x'i и y'i одного точечного изображения S'i от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала 4. Т.е. измеряют координаты изображения, которое получено только от одного пучка направления
Figure 00000034
прошедшего через открытую часть 8 диафрагмы 7. После чего поворачивают УО 3 и диафрагму 7 вокруг направления пучка ПСЛ падающего на УО на 180° и вновь измеряют вдоль осей O'Х' и O'Y' микрометром координаты x''i и y''i полученного точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала. Указанные операции повторяют для каждого из шести отраженных пучков ПСЛ, меняя положение окна 8 диафрагмы 7.
Затем определяют угловые отклонения для каждого из шести направлений отраженных уголковым отражателем пучков ПСЛ, от направления падающего на УО пучка ПСЛ, как
Figure 00000035
где ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала.
Определяют вектор направления
Figure 00000036
отраженных пучков ПСЛ, как
Figure 00000037
После этого вычисляют корректирующий вектор отклонения
Figure 00000038
от требуемого направления
Figure 00000039
как
Figure 00000040
где Vxi и Vyi - заданные угловые отклонения требуемого направления
Figure 00000041
Получают числовое значение ki модуля корректирующего вектора отклонения
Figure 00000042
для каждого из шести пучков ПСЛ как
Figure 00000043
Отбирают из шести полученных значений модулей три их значения ki, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра. Назначают их как модули kj для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя.
Далее определяют угол δj клиновидного слоя для нанесения на зону j входной грани УО, как
Figure 00000044
где kj - значение модуля для выбранной зоны входной грани УО с номером j, n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя для УО. После чего, определяют ориентацию направлений наносимых клиновидных слоев. Для этого определяют в системе координат OXY входной грани полярный угол ϕj ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в окне с номером j, как ориентацию направления вектора
Figure 00000045
который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя, причем
Figure 00000046
или
Figure 00000047
если
Figure 00000048
Figure 00000049
или
Figure 00000050
если
Figure 00000051
Figure 00000052
или
Figure 00000053
если
Figure 00000054
Figure 00000055
или
Figure 00000056
если
Figure 00000057
Угол ϕj отсчитывается как поворот радиус-вектора
Figure 00000058
от оси ОХ в системе координат OXY входной грани УО против часовой стрелки, если смотреть на ось Z (или на входную грань).
После этого производят нанесение клиновидных слоев на выбранные зоны входной грани последовательно. При этом закрывают входную грань УО маской, с доступом к одной из зон с номером j. Наносят клиновидный слой с углом δj на эту зону, причем плоскость главного сечения клиновидного слоя ориентируют под полярным углом ϕj параллельно вектору
Figure 00000059
с толстым слоем, ориентированным по направлению этого вектора.
Нанесение клиновидного слоя может осуществляться, например, на установке методов вакуумного реактивного напыления [3]. Установка может наносить на горизонтальной плоскости заданные клиновидные слои по любому заданному направлению в этой плоскости. Тогда, для нанесения клиновидного слоя, закрывают, ориентированную горизонтально, входную грань УО маской с открытым окном для зоны с номером j. Над открытой зоной с номером j располагают установку для нанесения клиновидного слоя с углом δj, причем установку для нанесения клиновидного слоя поворачивают вокруг вертикальной оси на расчетный угол ϕj, ориентируя направление нанесения клиновидного слоя в системе координат OXY с учетом полярного угла ϕj (фиг. 3) параллельно вектору
Figure 00000060
с толстым слоем, направленным по направлению этого вектора. Затем наносят клиновидный слой. Такие же операции повторяют для зон со следующими номерами j.
Рассмотрим конкретный пример применения способа коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей. Например, после изготовления УО по традиционной технологии [2] его контролируют на установке фиг. 1 с фокусным расстоянием ƒ'' приемного канала 4, равным 1000 мм.
В отличие от известного способа выделяют окном 8 диафрагмы 7 пучок параллельных световых лучей, выходящий из зоны УО с номером i=1. При этом перекрываются все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти зон. С помощью такой диафрагмы 7 измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды.
Предварительно, в первоначальном положении уголкового отражателя, для возможности дальнейшего однозначного определения расположения зон на входной (выходной) грани УО, мест для окна диафрагмы, задаваемых и измеряемых относительно зон направлений ПСЛ и ориентации нанесения на выбранные зоны клиновидных слоев, связывают с входной (выходной) гранью призматического УО с тремя отражающими плоскими гранями I, II и III (фиг. 2) прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО (под вершиной УО понимается точка пересечения трех его отражающих граней I, II и III) на входную грань. На входной (выходной) грани УО показаны шесть выходных зон i=1, i=2, i=3, i=4, i=5, i=6.
Ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО. Ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой I и второй II отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей III отражающей грани с входной гранью. Связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала 5 (фиг. 1) систему координат X'O'Y', у которой оси O'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ.
В таком положении УО измеряют микрометром (в качестве микрометра используется современный матричный приемник с размерами пикселя до микрон) координаты x'1 и y'1 точечного изображения в фокальной плоскости объектива 5 приемного канала 4. Например, получено x'1=-5,5 мкм, y'1=7 мкм.
Выбирают для УО второе положение, при котором его и диафрагму 7 поворачивают вокруг направления падающего на него пучка параллельных световых лучей на 180°.
Вновь выделяют диафрагмой 7, ее открытым окном 8, только один пучок параллельных лучей, выходящий из зоны с номером i=1, при этом остаются перекрытыми все остальные отраженные пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. Измеряют микрометром координаты x''1 и y''1 точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, x''1=25,5 мкм и у''1=13 мкм.
Возвращают УО в первоначальное положение, выделяют диафрагмой 7, ее открытым окном 8, пучок параллельных световых лучей, выходящий из зоны УО с номером i=2. При этом перекрываются все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. В таком положении УО измеряют микрометром координаты x'2 и у'2 точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, получено x'2=-5,5 мкм, y'2=18,5 мкм.
Выбирают для УО второе положение, при котором его и диафрагму 7 поворачивают вокруг направления падающего на него пучка параллельных световых лучей на 180°.
Диафрагмой 7, ее открытым окном 8, выделяют только один пучок параллельных лучей, выходящий из зоны с номером i=2, при этом остаются перекрытыми все остальные отраженные пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. Измеряют микрометром координаты x''1 и y''1 точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, х''2=25,5 мкм и y''12=1,5 мкм.
Возвращают УО в первоначальное положение, выделяют диафрагмой 7, ее открытым окном 8, пучок параллельных световых лучей, выходящий из третьей зоны с i=3. При этом перекрываются все остальные отраженные УО пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. В таком положении УО измеряют микрометром координаты x'3 и y'3 точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, получено x'3=5 мкм, у'3=24,5 мкм.
Выбирают для УО второе положение, при котором его и диафрагму 7 поворачивают вокруг направления падающего на него пучка параллельных световых лучей на 180°.
Диафрагмой 7, ее открытым окном 8, выделяют только один пучок параллельных лучей, выходящий из зоны с номером i=3, при этом остаются перекрытыми все остальные отраженные пучки, выходящие из остальных пяти выходных зон. Измеряют микрометром координаты x''1 и y''1 точечного изображения в фокальной плоскости объектива приемного канала. Например, x''3=15 мкм, у''3=-4,5 мкм.
Таким же образом получают координаты для остальных зон, например, получено: x'4=25,5 мкм и y'4=13 мкм, x''4=-5,5 мкм и у''4=7 мкм; x'5=25,5 мкм и y'5=1,5 мкм, x''5=-5,5 мкм и y''5=18,5 мкм; x'6=15 мкм и y'6=-4,5 мкм, x''6=5 мкм и y''6=24,5 мкм.
Определяют угловые отклонения для направления отраженного УО пучка параллельных световых лучей, выходящего из зоны с номером i, от направления падающего на УО пучка параллельных лучей, как
Figure 00000061
где ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала, указанные операции последовательно повторяют для каждой выходной зоны с остальными номерами i, определяют единичный вектор направления
Figure 00000062
отраженного УО и вышедшего из зоны с номером i, как
Figure 00000063
При ƒ'=1000 мм, для данного примера, получается (в радианной мере):
а'х1=-15,5⋅10-6 и а'y1=-3⋅10-6, а'х2=-15,5⋅10-6 и а'y2=8,5⋅10-6,
а'х3=-5⋅10-6 и а'y3=14,5⋅10-6, а'х4=15,5⋅10-6 и а'y4=3⋅10-6,
а'х5=15,5⋅10-6 и а'y5=-8,5⋅10-6, a'x6=5⋅10-6 и а'y6=-14,5⋅10-6.
Рассмотрим близкий к практике случай, когда требуемое направление
Figure 00000064
для всех выходных зон задано одним и тем же вектором, например,
Figure 00000065
Выбирают, из полученных при измерениях шести направлений
Figure 00000066
три направления, которые имеют выход из разных выходных зон не симметричных друг к другу относительно точки О на входной (выходной) грани УО и которые имеют наименьшие отклонения от требуемого направления
Figure 00000067
задаваемого на выходе зоны с номером i, путем вычисления отклонения
Figure 00000068
от требуемого направления, как
Figure 00000069
получения числового значения модуля ki для каждой выходной зоны i, как
Figure 00000070
т.е. для полученных выше значений
Figure 00000071
получаются модули
Figure 00000072
для каждой выходной зоны i:
Figure 00000073
Figure 00000074
Figure 00000075
Figure 00000076
Figure 00000077
Figure 00000078
Отбирают из шести полученных значений модулей три их значения ki, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра и назначают их как модуль kj для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя.
Таким образом выбираются три направления
Figure 00000079
ПСЛ, которые имеют выход из разных выходных зон не симметричных друг к другу относительно точки О на входной (выходной) грани УО и которые имеют наименьшие по абсолютной величине значения отклонений
Figure 00000080
от требуемого направления
Figure 00000081
задаваемого на выходе зоны с номером i. Это получились направления:
Figure 00000082
у которого k4=5,4⋅10-6;
Figure 00000083
у которого k5=9,6⋅10-6;
Figure 00000084
у которого k6=20,9⋅10-6; - из разных выходных зон не симметричных друг к другу относительно точки О на входной (выходной) грани УО и которые имеют наименьшие отклонения
Figure 00000085
от требуемого направления
Figure 00000086
задаваемого на выходе зоны с номером i.
Каждому из них присваивают новый номер j из множества j=1, 2, 3, не совпадающий с номером для другой переназначенной зоны, т.е. по-новому обозначаются kj=1 вместо k4, kj=2 вместо k5, kj=3 вместо k6.
В итоге, после выбора, получилось, что kj=1=k4=5,4⋅10-6;
kj=2=k5=9,6⋅10-6; kj=3=k6=20,9⋅10-6;
Теперь определяют угол δj клиновидного слоя для нанесения на выходную зону с номером j по формуле
Figure 00000087
где
kj - численное значение модуля
Figure 00000088
для выбранной выходной зоны с номером j,
n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя (стекла) для УО,
т.е. при n=1,5 получим
Figure 00000089
Figure 00000090
Figure 00000091
Далее, определяют в плоскости OXY входной грани полярный угол ϕj ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в зоне с номером j, как ориентацию направления вектора
Figure 00000092
который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя. В рассматриваемом случае:
Figure 00000093
или
Figure 00000094
при
0-3<0, 20-15,5>0,
Figure 00000095
или
Figure 00000096
при
0+8,5>0, 20-15,5>0,
Figure 00000097
или
Figure 00000098
при
0+14,5>0, 20-5>0.
На фиг. 3а показана зона с обозначением j=1 (по первому обозначению - это зона с номером i=4), на эту зону должен быть нанесен рассчитанный выше клиновидный слой с углом
δj=1=10,8⋅10-6 рад ≈ 2,2 угл. сек.
При этом плоскость главного сечения наносимого клиновидного слоя должна быть ориентирована под углом ϕj=1≈5,7 рад ≈ 326° параллельно вектору
Figure 00000099
фиг. 3а.
Закрывают входную грань маской (фиг. 3а) с открытым окном для зоны с номером j=1. Наносят клиновидный слой (фиг. 3б) с углом δj=1=10,8⋅10-6 рад ≈ 2,2 угл. сек. на эту зону выходного окна.
Затем, повторяют такие же операции для выходных зон со следующими номерами j=2 и j=3.
Предлагаемый способ является более эффективным по сравнению с известным способом, он позволяет обеспечивать большую точность и надежность коррекции направлений отраженных уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей.
В предлагаемом способе можно создавать параллельные световые пучки лучей двух заданных направлений при произвольной ориентации УО вокруг направления падающего пучка лучей. Также, при необходимости, можно использовать один УО для различных высот (например, для спутников, переходящих на другие высоты), т.е. можно создавать параллельные пучки не только двух, но и четырех, и шести направлений, задавая для одного УО различные значения
Figure 00000100
В предложенном способе, при необходимости, коррекцию можно проводить для УО с уже нанесенными на отражающие грани покрытиями. В известном способе такую коррекцию проводить невозможно.
В предложенном способе выделяется и измеряется угловое положение каждого из шести отдельных направлений отраженного от УО пучка параллельных световых лучей, при этом исключаются наложения дифракционных изображений отдельных пучков, что обеспечивает повышение точности на порядки в определении направлений отраженных пучков. В известном же способе, при измерениях угловых отклонений направлений отраженных пучков параллельных лучей, на входную грань УО направляют пучок параллельных лучей, перекрывающих одновременно всю входную грань УО. В этом случае, из-за наличия дифракции для отраженных пучков на выходных зонах для всех отраженных одновременно пучков (и при малых угловых отклонениях между пучками) имеется сложность в их различении (из-за наложений получающихся дифракционных изображений) и их идентификации, поэтому снижается точность в определении таких направлений.
Таким образом, предложенный способ является более эффективным по сравнению с известным способом, он позволяет обеспечивать большую точность и надежность коррекции направлений отраженных УО пучков параллельных световых лучей.
Источники информации
1. Ритынь Н.Э. Оптические свойства уголковых отражателей. «Оптико-механическая промышленность», 1967, №4, стр. 1.
2. Технология оптических деталей. Семибратов М.Н., Зубаков В.Г., Штандель С.К., Кузнецов С.М., изд-во «Машиностроение», 1978, 415 стр.
3. Ненадович В.Д, Бублий В.В, Соколов А.Л, Садовников М.А. Перспективы применения методов вакуумного реактивного напыления для коррекции двугранного угла лазерного ретрорефлектора. Тезисы докладов VI научно-технической конференции АО «НПК «СПП», 25-28 мая 2016, стр. 19.
4. Тудоровский А.И. Отражательная система с тремя взаимно перпендикулярными плоскостями в случае небольших отклонений углов от прямых. Труды ГОИ, XIV, 1941.

Claims (25)

  1. Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем (УО) пучков параллельных световых лучей, при котором размещают точечную диафрагму в фокальной плоскости объектива коллиматора, подсвечивают диафрагму и формируют на выходе из объектива коллиматора один пучок параллельных световых лучей (ПСЛ), который направляют на светоделительную плоскопараллельную пластину, отражают этот пучок от нее и направляют его на ориентированную перпендикулярно к направлению падающего пучка входную грань УО, который разделяет пучок ПСЛ на шесть отраженных пучков ПСЛ, каждый из которых принадлежит к одной из шести зон входной грани УО, через светоделительную пластину отраженные пучки ПСЛ направляют в приемный канал с объективом и микрометром, расположенным в фокальной плоскости приемного канала, получают в фокальной плоскости приемного канала точечные изображения от шести отраженных пучков ПСЛ и измеряют микрометром их координаты, отличающийся тем, что коррекцию направлений отраженных УО пучков ПСЛ производят с помощью нанесения клиновидных слоев на три выбранные зоны входной грани УО, предварительно выбрав эти зоны и выполнив операции расчета углов и определения ориентации направлений наносимых клиновидных слоев с учетом требуемого направления
    Figure 00000101
    отраженных УО пучков ПСЛ, для этого выбор зон входной грани УО происходит следующим образом,
  2. после прохождения через светоделительную пластину шести отраженных пучков ПСЛ используют диафрагму с выходным окном, с помощью которого измерения координат точечных изображений шести отраженных пучков ПСЛ ведут дважды, а именно, с помощью окна диафрагмы выделяют один отраженный пучок ПСЛ направления
    Figure 00000102
    (i=1,2,…6),
  3. затем связывают с входной гранью УО прямоугольную систему координат OXYZ, у которой точка О начала координат совпадает с проекцией вершины УО на входную грань, ось Z перпендикулярна входной грани УО и направлена по направлению от вершины к входной грани УО, ось X параллельна проекции ребра УО, образованного пересечением первой и второй отражающих граней, на входную грань УО и направлена по направлению от точки О к ребру УО, образованному пересечением третьей отражающей грани с входной гранью, связывают с фокальной плоскостью объектива приемного канала систему координат X'O'Y', у которой оси О'Х' и O'Y' соответственно параллельны плоскостям XOZ и YOZ,
  4. измеряют микрометром вдоль осей О'Х' и O'Y' координаты х'i и y'i точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, затем поворачивают УО и диафрагму вокруг направления пучка ПСЛ, падающего на УО, на 180° и вновь измеряют вдоль осей О'Х' и O'Y' микрометром координаты х''i и y''i полученного точечного изображения от отраженного пучка ПСЛ в фокальной плоскости приемного канала, указанные операции повторяют для каждого из шести отраженных пучков ПСЛ, меняя положение выходного окна диафрагмы,
  5. затем определяют угловые отклонения для каждого из шести направлений отраженных уголковым отражателем пучков ПСЛ, от направления падающего на УО пучка ПСЛ, как
  6. Figure 00000103
    Figure 00000104
    где
  7. ƒ' - фокусное расстояние объектива приемного канала,
  8. и определяют вектор направления
    Figure 00000105
    отраженных пучков ПСЛ,
  9. как
    Figure 00000106
    после чего, вычисляют корректирующий вектор отклонения
    Figure 00000107
    от требуемого направления
    Figure 00000108
    , как
  10. Figure 00000109
  11. где Vxi и Vyi - заданные угловые отклонения требуемого направления
    Figure 00000110
  12. получают числовое значение ki модуля корректирующего вектора отклонения
    Figure 00000111
    для каждого из шести пучков ПСЛ как
  13. Figure 00000112
  14. отбирают из шести полученных значений модулей три их значения ki, с наименьшими по абсолютной величине значениями, не принадлежащие к симметрично расположенным зонам входной грани УО относительно его центра, и назначают их как модуль kj для выбранных трех зон j (j=1, 2, 3) входной грани УО для нанесения клиновидного слоя,
  15. далее определяют угол δj клиновидного слоя для нанесения на зону j входной грани УО как
  16. Figure 00000113
    , где
  17. kj - значение модуля для выбранной зоны входной грани УО с номером j,
  18. n - показатель преломления материала нанесения клиновидного слоя для УО,
  19. после чего, определяют ориентацию направлений наносимых клиновидных слоев, для этого определяют в системе координат OXY входной грани полярный угол ϕj ориентации наносимого клиновидного слоя на входной грани УО в окне с номером j как ориентацию направления вектора
    Figure 00000114
    , который здесь рассматривается в плоскости входной грани УО как радиус-вектор в системе координат OXY, параллельный главному сечению клиновидного слоя и направленный от тонкого края клиновидного слоя к толстому краю клиновидного слоя, причем
  20. Figure 00000115
    или
    Figure 00000116
    при
    Figure 00000117
    ,
    Figure 00000118
    ,
  21. Figure 00000119
    или
    Figure 00000120
    при
    Figure 00000121
    ,
    Figure 00000122
    ,
  22. Figure 00000123
    или
    Figure 00000124
    при
    Figure 00000125
    ,
    Figure 00000126
    ,
  23. Figure 00000127
    или
    Figure 00000128
    при
    Figure 00000129
    ,
    Figure 00000130
  24. угол ϕj отсчитывается как поворот радиус-вектора
    Figure 00000131
    от оси ОХ в системе координат OXY входной грани УО против часовой стрелки, если смотреть на ось Z (или на входную грань),
  25. после чего производят нанесение клиновидных слоев на выбранные зоны входной грани последовательно, при этом закрывают входную грань УО маской с доступом к одной из зон с номером j, наносят клиновидный слой с углом δj на эту зону, причем плоскость главного сечения клиновидного слоя ориентируют под полярным углом ϕj параллельно вектору
    Figure 00000132
    с толстым слоем, ориентированным по направлению этого вектора.
RU2018101467A 2018-01-16 2018-01-16 Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей RU2674305C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101467A RU2674305C1 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101467A RU2674305C1 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674305C1 true RU2674305C1 (ru) 2018-12-06

Family

ID=64603523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101467A RU2674305C1 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674305C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697436C1 (ru) * 2018-12-19 2019-08-14 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") Способ измерений угловых параметров уголкового отражателя и устройство для его осуществления

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU756337A1 (ru) * 1978-12-15 1980-08-15 Vladimir F Vantorin Способ изготовления оптических уголковых отражателей 1
SU1290233A2 (ru) * 1985-05-06 1987-02-15 Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина Устройство дл контрол оптических световозвращателей
RU2055377C1 (ru) * 1992-12-08 1996-02-27 Владимир Павлович Васильев Светоотражатель
US20070258142A1 (en) * 2003-12-24 2007-11-08 Couzin Dennis I Cube corner retroreflector with limited range

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU756337A1 (ru) * 1978-12-15 1980-08-15 Vladimir F Vantorin Способ изготовления оптических уголковых отражателей 1
SU1290233A2 (ru) * 1985-05-06 1987-02-15 Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина Устройство дл контрол оптических световозвращателей
RU2055377C1 (ru) * 1992-12-08 1996-02-27 Владимир Павлович Васильев Светоотражатель
US20070258142A1 (en) * 2003-12-24 2007-11-08 Couzin Dennis I Cube corner retroreflector with limited range

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тудоровский А.И. Отражательная система с тремя взаимно перпендикулярными плоскостями в случае небольших отклонений углов от прямых. Труды ГОИ, XIV, 1941. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697436C1 (ru) * 2018-12-19 2019-08-14 Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (АО "НПК "СПП") Способ измерений угловых параметров уголкового отражателя и устройство для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102116642B (zh) 一种恒星敏感器的模拟器
CN107228638A (zh) 基于光束漂移补偿的五自由度误差同时测量的方法与装置
CN103116209B (zh) 一种多光轴成像仪的光轴平行性调校方法
Li et al. Cube-corner autocollimator with expanded measurement range
RU2674305C1 (ru) Способ коррекции направлений отраженных призматическим уголковым отражателем пучков параллельных световых лучей
Konyakhin et al. Three-axis optic-electronic autocollimation system for the inspection of large-scale objects
RU2697436C1 (ru) Способ измерений угловых параметров уголкового отражателя и устройство для его осуществления
CN113310434B (zh) 一种二维线性运动平台垂直度的测量方法
US2906161A (en) Optical system for alignment inspection
CN103217066A (zh) 一种双自准直光学***检调管
CN103226240A (zh) 一种多通道正入射成像***及其装调方法
CN106323198A (zh) 一种高精度、宽范围和大工作距激光自准直装置与方法
US6219146B1 (en) Laser reflector alignment
US2588974A (en) Optical aligner
CN110375708B (zh) 一种三维角度测量***
CN105674913A (zh) 一种长程光学表面面形检测***
CN102749808A (zh) 一种调焦调平测量装置
US6657219B2 (en) Optical detection and measurement system
US3471237A (en) Method of alignment of concave parabolic reflective optics
Kolosov et al. Optical system of a turning-angle sensor based on a BR-180° prism and a photoelectric autocollimator
US20230366675A1 (en) Optical-based validation of orientations of internal facets
RU2800187C1 (ru) Устройство определения астрономического азимута
Gebgart et al. Nonmisadjustable optical systems of goniometers with a fixed line of sight
Jones The Optical Micrometer
Moiseeva et al. Investigation of optical-electronic autocollimator with quadrangular pyramidal reflector for measuring the angular position of the object