Корректор волнового фронта

 

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и прежде всего к адаптивной оптике. Целью изобретения является повышение точности коррекции волнового фронта. Для этого в корректор волнового фронта, содержащий пластину из электрически деформируемого материала, жестко соединенную по всей поверхности с отражающей пластиной, имеющей зеркальную внешнюю поверхность, общий электрод, помещенный между пластинами, набор управляющих электродов, расположенных на противоположной от общего электрода поверхности пластины из электрически деформируемого материала, блок управления, усилители, выходы которых соединены с управляющими электродами, отражающая пластина изготовлена из деформируемого электрическим полем материала, ее зеркальная внешняя поверхность выполнена в виде тонкого слоя проводящего вещества, выходы блока управления соединены с входами формирующего блока, выходы которого соединены с входами усилителей, причем зеркальная внешняя поверхность подключена к дополнительному выходу формирующего блока. Кроме того, формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и масштабирующий сумматор сигналов, входы которого соединены с входами формирующего блока, а выход подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока. В другом варианте выполнения формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и соединенные последовательно масштабирующий сумматор сигналов и интегратор, причем входы масштабирующего сумматора сигналов соединены с выходами формирующего блока, а выход интегратора подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 02 В 5/10, 26/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИНМ

ПРИ П1НТ СССР

1 (21) 448.5761/24-10 (22) 22.09.88 . (46) 23.12.90.. Бюп. Р 47 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В,И. Бойков, С.В. Быстров и А.В. Смирнов . (53) 535.8(088.8)

I(56) Квантовая электроника. 1984, т. 11, В 6, с. 1247. (54) КОРРЕКТОР ВОЛНОВОГО ФРОНТА (57) Изобретение относится к оптикомеханической промышпенности и прежде всerо к адаптивной оптике. Целью изобретения является повышение точности коррекции волнового фронта. Для этого в корректор волнового фронта, со держащий пластину из электрически деформируемого материала, жестко соединенную по всей поверхности с отражающей пластиной, имеющей зеркальную внешнюю поверхность, общий электрод, помещенный между пластинами, набор управляющих электродов, расположенных на противоположной от общего электрода поверхности пластины из электрически деформируемого материала, блок управления, усилите° ли, выходы которых соединены с управляющими электродами, отражающая пластина изготовлена из деформируемого электрическим полем материала, ее

Изобретение относится к оптикомеханической промышленности, а именно к адаптивной оптике, и может быть использовано в системах оптической обработки информации.

„.,80„„1615655 A 1

2 зеркальная внешняя поверхность выполнена в виде тонкого слоя проводящего вещества, выходы блока управления соединены с входами формирующего блока, выходы которого соединены с входами усилителей, причем зеркальная внешняя поверхность подключена к дополнительному выходу формирующего блока. Кроме того, формирующий блок сбдержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и масштаби-. рующнй сумматор сигналов, входы которого соединены с входами формирующего блока, а выход подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом кана- д ле и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока. В другом варианте выполнения формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и соединенные последовательно масштабирующий сумматор сигналов и интегратор, причем входы масштабируt ющего сумматора сигналов соединены (ау с выходами формирующего блока, а выход интегратора подключен. к устрой- . ствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с до-; полнительным выходом формирующего бло- W ка. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. Сд

Целью изобретения является повышение точности коррекции волнового фронта.

На фиг ° 1 показан корректор волнового фронта (ВФ); на фиг. 2 и 3 — фор1615655 ь1ирующий блок, варианты; на фиг. 4 у иаграммы управляющих напряжений прототипа и предлагаемого корректора.

Корректор состоит из пластины 1 из деформируемого электрически материала, жестко соединенной (склеенной, спаянной и т.д.) с отражающей пластин ой 2 также из электрически деформир емого материала. На внешней поверх- t0 ости пластины 1 расположены управл ющие электроды 3, а общий электрод

4 размещен между пластинами 1 и 2.

Н внешнюю поверхность отражающей п астины 2 нанесен дополнительный равляющий электрод 5 в виде тонког зеркального слоя проводящего веества. Управляющие электроды 3 подючены через усилители 6 и формируй блок 7 к блоку 8 управления, 20

Р полнительный выход формирующего б ока 7 подключен к дополнительному равляющему электроду 5.

Корректор ВФ по п. 2 формулы изобр етения (фиг. 2) отличается от корректора ВФ по п. 1 формулы тем, что формирующий блок 7 содержит устройс ва 9 вычитания сигналов, включеннь е между его входами и выходами в канд ом канал е, и ма с шта бирующи и с умтор 10 сигналов, входы которого соединены с входами формирующего б ока 7, а выход подключен к устройствам. 9 вычитания сигналов и через д опопнительный усилитель 11 соединен с дополнительным выходом формирующего

35 б пока 7.

Корректор ВФ по п, 3 формулы изобр етения (фиг „3) отличается от кор! р ектора ВФ по п, 1 формулы тем, что

40 ормирующий блок ? содержит устройс тва 9 вычитания сигналов, включень1ые между его входами и выходами н каждом канале, и соединенные после,довательно масштабирующий сумматор

1 0 сигналон и интегратор 12, причем ходы масштабирующего сумматора 10 сигналов соединены с выходами формирующего блока 7, а выход интеграл ора 12 подключен к устройствам 9

50 ычитания сигналов в каждом канале

И через усилитель 11 соединен с доПолнительным выходом формирующего блока 7.

На фиг. 4 показаны диаграммы управ55

Ляющнх напряжений прототипа и предлаs àåMoãî корректора в случае применения

< .еми управляющих электродов, где цифрами обозначены: 13 — диаграмма упра вляющих на ир яжений, сформир она нных блоком управления; 14 — диаграмма управляющих напряжений, ограниченных усилителями н прототипе; 15 — уровень ограничения управляющих напряжений, опр еделя емый напряженностью электрического поля, деполяризующей пьезокерамику, или напряжением пробоя электрострикционной керамики; 16 — по- стоянная по амплитуде составляющая входиor о сигнала на выходе масштабирующего сумматора сигналов; 17 — переменная по амплитуде составляющая входного сигнала на выходе усилителей н предлагаемом корректоре устройстна.

Работа предлагаемого корректора основана на той закономерности, что при снижении порядка;:-берраций в задачах общего характера (атмосферной оптики) растет доля искажений оптического излучения, вносимых данными аберрациями, При этом дефокусировка, являясь аберрацией низкого порядка, вносит один из наиболее значительных вкладов в общее искажение оптического и злуч ения, Особенностью биморфных гибких зеркал является то, что при подаче одинаковых напряжений на все управляющие электроды отражающая поверхность принимает сферическую форму, следовательно, для .омпенсации дефокусировки биморфным гибким зеркалом достаточно использовать один упранляюший электрод, покрывающий всю поверхность пьезоэлектрической пластины„

Таким образом, постоянная по амплитуде составляющая в спектре многомерного сигнала управления биморфным гибким з ер калом (или ср еднее значение вектора управляющих сигналов) пропорциональна величине дефокусировки корректируемого сигнала.

Определение средней составляющей вектора управляющих биморфным гибким зеркалом сигналов, затем вычитание ее из этого вектора сигналов и одновременное использование для управления дополнительным приводом компенса П н дефокусиронки приводит к тому, что ocÒÿòÎ÷íüé вектор сигналов, подаваемый на управляющие электроды гибкого зеркала для компенсации искажений более высокого порядка, уменьшается по амплитуде, что ведет к увеличению амплитудного диапазона корректируемых искажений ВФ, при котором упранляющие коррект ром ВФ сигналы

1615655

S0 не входят в зону насыщения, что повышает точность работы устройства .

Корректор ВФ работает следующим об разом.

Управляющие напряжения с выходов блока 8 управления подаются на входы формирующего блока 7. Примерный вид диаграмм управляющих напряжений в случае применения семиканального корректора ВФ показан на фиг. 4 под номером 13. Под номером 15 показан уровень напряжения насыщения усилителей 6, который устанавливается при их настройке в зависимости от напряженности электрического поля деполяризации.пьезокерамики, примененной в корректоре ВФ, и ее толщины. На фиг. 4 видно, что управляющие напряжения 13 выходят за пределы уровня напряжения насыщения 15, что при непосредственной подаче их на управляющие электроды 3 приведет к тому, что управляющие напряжения будут ограничены усилителями 6 до уровня

15 и примут вид 14. Следовательно, погрешность аппроксимации корректором ВФ заданной формы ВФ будет велика.

В предлагаемом корректоре формирующий блок 7 разделяет многомерный управляющий сигнал блока 8 управления на постоянную и переменную по амплитуде составляющие. Постоянная по амплитуде составляющая 16 управляющего сигнала (фиг. 4) подается на дополнительный управляющий электрод

5, который обеспечивает. сферическую деформацию отражающей поверхности корректора ВФ, т. е. компенсацию дефокусировки. Переменная по амплитуде составляющая 17 управляющего сигнала (фиг. 4) через усилители 6 подается на управляющие электроды 3, обеспечивающие компенсацию остальных (кроме дефокусировки) искажений ВФ. Как видно из диаграмм на фиг. 4, предлагаемый корректор обеспечивает сохранение точности компенсации искажений

ВФ даже в случае значительного превьппения управляющими напряжениями, формируемыми блоком 8 управления, уровня напряжения насьпцения усили: телей 6.

Формирующий блок работает следующим образом (фиг. 2) .

Управляющие сигналы с выходов блока 8 управления подаются одновременно на первые входы устройств 9

2О

40 вычитания сигналов и маспгтабируюший сумматор 10 сигналов, на выходе которого формируется напряжение, пропорциональное среднему (постоянному по амплитуде) значению управляющих сигналов. Это напряжение подается одновременно на вторые входы устройств 9 вычитания сигналов и через усилитель

11 — на дополнительный управляющий электрод 5. На выходах устройств 9 вычитания сигналов формируется многомерный сигнал, равный переменной по амплитуде составляющей сигнала управления, который через усилители 6 подается на управляющие электроды 3.

Действие формирующего блока 7 согласно фиг. 3 отличается от действия этого блока согласно фиг. 2 тем, что в нем применяется не прямая, а обратная связь по средней составляющей мчогомерного управляющего сигнала.

Средняя (постоянная по амплитуде) составляющая сигнала управления формируется путем подачи на входы масштабкрующего сумматора 10 сигналов напряжений с выходов устройств 9 вычитания сигналов. На выходе масштабирующего сумматора 10 сигналов вклю-. чен интегратор 12, ликвидирующий статическую ошибку средней составляющей сигнала управления.

Корректор ВФ может быть изготовлен из следующих элементов. Пластины 1 и 2 из пьезокерамики ЦТС-19 или ЦТБС-3, Жесткое соединение между пластинами и 2, содержащее общий электрод 4, может быть реализова.но вакуумным напыпением серебра на поверхноСти обеих пластин и затем спайкой их припоем

ПОСВ-33 или ПОКС-50 с использованием серебряной фольги в качестве электрич ес к or о вывода .

Управляющие электроды 3 и дополнительный зеркальный управляющий электрод 5 могут быть получены также методом вакуумного напыления серебра или алюминия с последующей полировкой электрода 5. Усилители 6 и 11 могут быть изготовлены по схеме высоковольтного усилителя, Блок 8 управления может быть изготовлен по самым различным схемам в зависимости от алгоритма настройки корректора

ВФ. Масштабирующий сумматор 10 электрических сигналов и интегратор 12 могут быть изготовлены на операционных усилителях.

1615655

Формула изобретения

1. Корректор волнового фронта, сОдержащий пластину, выполненную из электрически деформируемого материала„жестко соединенную по всей нове хности с отражающей пластиной с зе кальной внешней .поверхностью, об и электрод, расположенный меяду пл стинами, набор управляющих электро ов, расположенных на противоположно от общего электрода поверхности пл стины из электрически деформируем го материала, блок управления, ус ит ели, выходы которых соединены с авляющими электродами, о т— л чающийся тем, что, с цель повышения точности коррекции во нового фронта, отражающая пластина изготовлена из электрически дефо мируемого материала, ее зеркальна внешняя поверхность выполнена в иде слоя проводящего вещества, вь оды блока упранпения соединены с ходами формирующего блока, выходы ко орого соединены с входами усилит ей, а зеркальная внешняя поверхно ть подключена к дополнительному вь оду формирующего блока.

2, Корректор по и. 1, о.т л и ч а ю. шийся тем, что формирующий блок содержит устройства вычи-, 5 тания сигналов включенные между его

Э входами и выходами в каждом канале, и масштабирующий сумматор сигналов, входы которого соединены с входами формирующего блока, а выход подклю1О чен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока.

3. Корректор rro rr. 1 ° . o т л и ч а ю шийся тем, что формирующий блок содержит устройства вычитания сигналов, включенные между его входами и выходами в каждом канале, и соединенные последовательно масштабирующий сумматор сигналов и интегратор, причем входы масштабирующего сумматора сигналов соединены с выходами формирующего блока, а

25 выход интегратора подключен к устройствам вычитания сигналов в каждом канале и через усилитель соединен с дополнительным выходом формирующего блока.

1615655

1615655

1 2 д Ф 5 6 7Цц

Фи@4

Составитель Л. Перебейносова

Техред М.Дидык Корректор Т.Малец

Редактор А. Б!андор

Заказ 3985 Тираж 465 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул..Гагарина, 101