Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Исследование влияния угловых аберраций объектива оптико-электронного координатора на погрешности измерения взаимного углового рассогласования осей лазерных пучков

# 11, ноябрь 2012
DOI: 10.7463/1112.0479575
Файл статьи: Пискунов_P.pdf (522.14Кб)
авторы: Барышников Н. В., Животовский И. В., Пискунов Т. С.

УДК 681.7.014.3

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

thedistorted@yandex.ru

baryshnikov@bmstu.ru

ilja@rl2.bmstu.ru

 

При проектировании, эксплуатации и юстировках сложных лазерных оптико-электронных систем (ОЭС) достаточно часто требуется проводить измерения взаимного углового положения осей лазерных пучков. В частности, такие измерения проводятся в системе автоюстировки (САЮ) высокоточных лазерных ОЭС. (Барышников Н.В., 2011; Барышников Н.В., Пискунов Т.С., 2011; Барышников Н.В., Карачунский В.В., Свигач О.А., 2011).

            Такая САЮ должна обеспечивать взаимную угловую юстировку оптических осей приёмного и передающего каналов ОЭС в реальном времени и с высокой точностью, составляющей в некоторых случаях нескольких угловых секунд. Это достигается измерением с последующей отработкой взаимного углового рассогласования осей двух пучков лазерного излучения: рабочего лазера (РЛ) и дополнительного маломощного маркерного лазера (МЛ). МЛ является в системе репером пространственного положения оси пучка излучения РЛ и используется в приемном канале для согласования осей (Барышников Н.В., Денисов Д.Г., Животовский И.В., 2011). Для измерения угловых координат пучков излучений обоих лазеров используется единый зеркальный объектив.

Поскольку РЛ, как правило, работает в дальнем ИК диапазоне, а МЛ – это маломощный лазер видимого диапазона, то зеркальная оптика – это единственный вариант построения объектива, позволяющий уверенно осуществлять измерение угловых координат пучков с одинаковыми систематическими погрешностями, возникающими при его разъюстировках. Пучки излучений могут быть пространственно разделены после объектива с помощью спектрального светоделителя и направлены на разные многоплощадочные приёмники излучения (МПИ) соответствующего спектрального диапазона. С помощью такого оптико-электронного координатора определяются координаты x, y  центра пятна лазерного излучения, регистрируемого на МПИ (В.М. Орлов, В.Е. Карасик, 2000).

1.     Методика определения координат осей лазерных пучков

Конструктивно объектив состоит из двух зеркал – рефлектора с отверстием и контррефлектора. Для случая кольцевого сечения пучка РЛ пучок излучения МЛ оптимально располагается по его оси. Чтобы завести пучок излучения МЛ в объектив используется ромб-призма (Рисунок 1).

 

 

Рисунок 1. Оптическая схема объектива САЮ. Вверху – конфигурация для излучения РЛ, внизу – для МЛ.
1 – рефлектор, 2 – контррефлектор, 3 – спектральный светоделитель, 4 – ромб-призма

 

            Искомые угловые координаты осей лазерных пучков можно получить, пересчитывая измеренные координаты x, y по следующему выражению:

                                                              (1)

 где ,  – искомые угловые координаты, fфокусное расстояние объектива.

            Погрешности измерения угловых координат зависят от способа измерения линейных координат центра пятна излучения. В общем случае существует несколько методов таких измерений:

1.   Вычисление геометрического центра пятна с пиксельной точностью – определение номера строки и столбца по следующему выражению:

                                            (2)

где: m, n – число пикселей в строке и столбце,  – уровень сигнала в пикселе в i-й строке и j-м столбце. Уровень сигнала  принимается равным единице, если сигнал выше порогового значения, и нулю, если ниже:

                                                       (3)

              Полученные значения координат x, y округляются до целого (оператор round). Достоинствами этого метода является простота и скорость исполнения, а также малый объём памяти для проведения обработки. Недостатком этого метода является ограничение по точности.

2.   Вычисление геометрического центра пятна с субпиксельной точностью –координаты центра пятна определяются по формуле (4), без окончательного округления измеренных координат x, y по выражению:

                                                       (4)

Уровень сигнала также определяется по выражению (3). По сравнению с первым методом точность увеличивается, однако появляется необходимость проводить операции с числами с дробными частями.

3.    Вычисление энергетического центра пятна с субпиксельной точностью – определение координат центра пятна осуществляется без окончательного округления измеренных координат x, y, а уровень сигнала  принимает своё истинное значение, полученное при считывании с МПИ:

                                                      (5)

            Для обеспечения высокой точности определения угловых координат осей излучений РЛ и МЛ целесообразно использовать именно третий способ измерения координат центра, поскольку он учитывает неравномерность распределения энергии излучения по пятну. Опыт разработки и использования этого алгоритма показывает, что достигаемые в этом случае погрешности измерения координат составляют десятые доли размера одного пикселя.

3.     Методика исследования влияния угловых аберраций объектива на погрешности измерения взаимного углового рассогласования осей пучков

Рассмотрим возможности использования рассматриваемых оптико-электронных координаторов для  измерения угловых координат  осей пучков излучения МЛ и РЛ с погрешностью на уровне единиц угловых секунд.

            Требуемое фокусное расстояние объектива можно определить следующим образом. Оценим предварительное значение погрешности измерения угловых координат осей пучков МЛ и РЛ по угловому размеру   одного элемента МПИ:

                                                                 (6)

где - размер одного элемента МПИ.

Как известно, в настоящее время размеры матричных приёмников излучения, работающих в видимом и инфракрасном диапазонах значительно различаются. Например, размер элемента ПЗС матрицы видимого диапазона составляет 6 мкм, а размер микроболометрической матрицы ИК диапазона  - 25-30 мкм (Гейхман И.Л., Волков В.Г., 2009).

Учитывая, что  метод вычисления энергетического центра пятна обеспечивает погрешность измерения на уровне десятых долей пикселя, нетрудно показать, что секундным погрешностям измерений соответствуют значения фокусного  расстояния объектива порядка  f'=1000 мм.

            Понятно, что в такой системе аберрационные параметры объектива могут внести свои погрешности в измерения. Поэтому исследуем влияние степени аберрационной коррекции объектива на погрешности измерения угловых координат осей лазерных пучков.

Будем рассматривать оптическую систему объектива, состоящую в одном случае только из сферических поверхностей, а в другом – с асферической поверхностью рефлектора. Общая методика проведения исследования заключается в следующем.

            На первом этапе  проводим оптимизацию оптической системы объектива на минимум аберраций. Далее, проводим анализ по следующей последовательности:

1.     Подаём на вход модели объектива (см. рисунок 1) параллельные пучки излучения РЛ и МЛ под одинаковыми углами наклона в пределах поля зрения;

2.     Измеряем по выбранному алгоритму координаты энергетического центра x, y;

3.     Пересчитываем линейные координаты энергетического центра в угловые по выражению (1);

4.     Сравниваем измеренные угловые координаты энергетического центра с заданными углами наклона пучков для определения погрешности измерения .

            Такая задача может быть успешно решена с помощью компьютерного моделирования в САПР «Zemax».

В качестве переменных для оптимизации такого объектива целесообразно задавать радиуса зеркал и расстояние между ними, а целью оптимизации можно задать стандартные параметры для минимизации искажений волнового фронта (RMS, Wavefront, Centroid – среднеквадратическое значение искажения волнового фронта по отношению к центру входного зрачка).

            Для получения вида изображения этих пучков на МПИ используем встроенную функцию в САПР «Zemax» – PSF (Point Spread Function) – функция рассеяния (ZEMAX Development Corporation, June 25, 2007). Данные расчёта для каждого конкретного наклона и диаметра пучков затем могут быть интерпретированы, как сигнал с МПИ, соответствующий распределению интенсивности в фокальной плоскости объектива.

            Наклоны пучков излучения целесообразно задавать вокруг каждой оси отдельно: ±3 угл. мин. в плоскости XOZ и 0 угл. мин. в плоскости YOZ и наоборот (Рисунок 1). В таком случае для определения энергетического центра пятна можно ограничиться значительно меньшим объёмом данных: достаточно рассмотреть только один ряд/строку пикселей в той плоскости, в которой было введено угловое смещение, так как в другой плоскости пятно будет находиться на оси и геометрические аберрации не приведут к смещению центра или несимметрии пятна.

            Массив данных функции рассеяния (PSF) в соответствующей плоскости записывается в массив Iij и проводится расчёт одной из координат энергетического центра по формуле (5). Например, формула для вычисления координаты энергетического центра пятна рассеяния по оси X, примет вид:

                                                                      (5')

где i = m/ 2 – центральный пиксель по оси Y, Iij – значения функции рассеяния в сечении XOZ(Рисунок 2, Рисунок 3). Для получения информации о центре пятна по оси Y проводится аналогичный расчёт . Полученные значения  являются децентрировками пятна излучения вследствие несимметричности пятна, однако они заданы в собственных координатах функции рассеяния: центр координат XPSFOPSFYPSF находится в точке пересечения главного луча с плоскостью изображения (Рисунок 3). Поэтому, для того, чтобы получить реальные значения энергетического центра пятна на МПИ, необходимо пересчитать координаты по формулам (7):

                                                                 (7)

где  – координаты пересечения главного луча с плоскостью изображения (Рисунок 2, Рисунок 3).

 

 

Рисунок 2. Схема геометрического хода лучей в САЮ

 

 

Рисунок 3. Схема определения координат энергетического центра с помощью функции рассеяния точки (PSF) в САПР «Zemax»

 

            После этого необходимо рассчитать угловые координаты пучка излучения по выражениям (1) и сравнить с заданными  во вкладке Field data для определения погрешности измерения угловых координат, вносимой неравномерностью распределения энергии в пятне рассеяния:

;                                                                 (8)

;

4.     Результаты расчёта погрешностей измерения взаимного углового рассогласования осей пучков

Для примера рассмотрим вариант объектива, состоящий из двух сферических зеркал – рефлектора с радиусом кривизны поверхности -704,7 мм и контррефлектора с радиусом -363,1 мм. Диаметр пучка РЛ – 145 мм, МЛ – 10 мм. Расстояние между компонентами после оптимизации – 235 мм. Исследуем поведение энергетического центра пятна при отклонении пучков МЛ и РЛ в пределах 6 угл. минут по приведённой методике. Результаты расчётов приведены в таблице 1 для МЛ и в таблице 2 для РЛ. В соответствии с приведенным выше алгоритмом, в таблицах представлены следующие параметры в линейной и угловой мере: координаты главного луча xchief, ychief; cмещение координат главного луча относительно нуля Δxchief, Δychief; координаты энергетического центраx, y; cмещение координат энергетического центраотносительно нуля Δx, Δy; погрешность определения координат  в зависимости от углов наклона параллельного пучка излучения .

 

Таблица 1. Результаты расчёта для МЛ (объектив со сферическим рефлектором)

По оси X

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Мм

угл.мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного луча xchief

-1,7090

-5,8750

-0,8545

-2,9375

0

0

0,8545

2,9375

1,7090

5,8750

Смещение относительно нуля Δxchief

-1,7090

-5,8750

-0,8545

-2,9375

0

0

0,8545

2,9375

1,7090

5,8750

Координаты энергетического центра, x

-1,7090

-5,8750

-0,8545

-2,9375

0

0

0,8545

2,9375

1,7090

5,8750

Смещение энергетического центра Δx

-1,7090

-5,8750

-0,8545

-2,9375

0

0

0,8545

2,9375

1,7090

5,8750

Погрешность δx (угл. сек.)

7,4985

3,7496

0

-3,7496

-7,4985

По оси Y

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного лучаychief

-3,8652

-13,2875

-2,9063

-9,9912

-1,9476

-6,6953

-0,9889

-3,3997

-0,0304

-0,1045

Смещение относительно нуля Δychief

-1,9176

-6,5923

-0,9588

-3,2960

0

0

0,9586

3,2956

1,9172

6,5908

Координаты энергетического центра, y

-3,8664

-13,2916

-2,9075

-9,9952

-1,9487

-6,6993

-0,9901

-3,4037

-0,0315

-0,1084

Смещение энергетического центра Δy

-1,9176

-6,5924

-0,9588

-3,2960

0

0

0,9587

3,2956

1,9172

6,5908

Погрешность δy (угл. сек.)

-35,5390

-17,7580

0

17,7359

35,4504

                    

 

Таблица 2. Результаты расчёта для РЛ (объектив со сферическим рефлектором)

По оси X

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного луча xchief

-1,7073

-5,8693

-0,8536

-2,9346

0

0

0,8536

2,9346

1,7073

5,8693

Смещение относительно нуля Δxchief

-1,7073

-5,8693

-0,8536

-2,9346

0

0

0,8536

2,9346

1,7073

5,8693

Координаты энергетического центра, x

-1,7119

-5,8850

-0,8559

-2,9425

0

0

0,8559

2,9425

1,7119

5,8850

Смещение энергетического центра Δx

-1,7119

-5,8850

-0,8559

-2,9425

0

0

0,8559

2,9425

1,7119

5,8850

Погрешность δx (угл. сек.)

6,9021

3,4499

0

-3,4500

-6,9023

По оси Y

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного лучаychief

-1,7073

-5,8693

-0,8536

-2,9346

0

0

0,8536

2,9346

1,7073

5,8693

Смещение относительно нуля Δychief

-1,7073

-5,8693

-0,8536

-2,9346

0

0

0,8536

2,9346

1,7073

5,8693

Координаты энергетического центра, y

-1,7119

-5,8850

-0,8559

-2,9425

0

0

0,8559

2,9425

1,7119

5,8850

Смещение энергетического центра Δy

-1,7119

-5,8850

-0,8559

-2,9425

0

0

0,8559

2,9425

1,7119

5,8850

Погрешность δy (угл. сек.)

6,9021

3,4499

0

-3,4500

-6,9023

                    

 

            Как видно из приведённых данных, погрешности определения угловых координат пучка для МЛ по оси X и для РЛ по обеим осям лежат в пределах ±(7..7,5) угл. сек. Однако значительную погрешность вносит неравномерность распределения энергии по оси Y для пучка МЛ: ±35 угл. сек.

            Для улучшения точностных характеристик, проведём оптимизацию объектива с помощью встроенных функций, позволяющих осуществить минимизацию среднеквадратического значения искажения волнового фронта. При изменении параметра conic рефлектора (радиус поверхности остаётся фиксированным -704,7 мм) получим объектив с асферической поверхностью второго порядка в виде эллипса: conic = -0,6. Проведём аналогичное исследование поведения энергетического центра пятна при отклонении пучков МЛ и ТЛ в пределах 6 угл. минут (см. таблицы 3-4)

 

Таблица 3. Результаты расчёта для МЛ (объектив с эллиптическим рефлектором, оптимизированным по волновому фронту)

По оси X

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Мм

угл.мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного луча xchief

-1,7412

-5,9857

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9857

Смещение относительно нуля

-1,7412

-5,9857

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9857

Координаты энергетического центра, x

-1,7412

-5,9859

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9859

Смещение энергетического центра

-1,7412

-5,9859

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9859

Погрешность δx (угл. сек.)

0,8489

0,4249

0

-0,4249

-0,8489

По оси Y

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного лучаychief

-1,7434

-5,9932

-0,8702

-2,9914

0,0029

0,0101

0,8760

3,0114

1,7490

6,0125

Смещение относительно нуля

-1,7463

-6,0033

-0,8731

-3,0015

0

0

0,8730

3,0013

1,7460

6,0024

Координаты энергетического центра, y

-1,7434

-5,9934

-0,8702

-2,9915

0,0019

0,0065

0,8760

3,0114

1,7490

6,0125

Смещение энергетического центра

-1,7453

-5,9998

-0,8721

-2,9979

0

0

0,8741

3,0050

1,7471

6,0061

Погрешность δy (угл. сек.)

0,0097

0,1242

0

0,2974

0,3642

                    

 

 

Таблица 4. Результаты расчёта для РЛ (объектив с эллиптическим рефлектором, оптимизированным по волновому фронту)

По оси X

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Мм

угл.мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного луча xchief

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Смещение относительно нуля

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Координаты энергетического центра, x

-1,7462

-6,0030

-0,8731

-3,0015

0

0

0,8731

3,0015

1,7462

6,0030

Смещение энергетического центра

-1,7462

-6,0030

-0,8731

-3,0015

0

0

0,8731

3,0015

1,7462

6,0030

Погрешность δx (угл. сек.)

-0,1800

-0,0903

0

0,0903

0,1799

По оси Y

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного лучаychief

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Смещение относительно нуля

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Координаты энергетического центра, y

-1,7462

-6,0030

-0,8731

-3,0015

0

0

0,8731

3,0015

1,7462

6,0030

Смещение энергетического центра

-1,7462

-6,0030

-0,8731

-3,0015

0

0

0,8731

3,0015

1,7462

6,0030

Погрешность δy (угл. сек.)

-0,1800

-0,0903

0

0,0903

0,1799

                    

 

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о значительном уменьшении погрешностей определения угловых координат пучка при использовании объектива с эллиптическим рефлектором, по сравнению с объективом со сферическими зеркалами: погрешности по обеим осям лежат в пределах ±(0,2..0,8) угл. сек.

При анализе результатов расчёта различных конфигураций объектива (таблицы 1-4) можно заметить, что угловые координаты главного луча отличаются от угловых координат энергетического центра пучка. Это объясняется действием геометрических аберраций. Оптимизируем объектив, используя встроенные функции, позволяющие минимизировать поперечные геометрические аберрации.

В результате оптимизации получим объектив, состоящий из двух зеркал – рефлектора с радиусом кривизны поверхности -717,48 мм и conic = -0,59 и контррефлектора с радиусом -385,937 мм. Расстояние между компонентами после оптимизации – 235 мм. Результаты расчётов приведены в таблице 5 для МЛ и в таблице 6 для РЛ.

 

Таблица 5. Результаты расчёта для МЛ (объектив с эллиптическим рефлектором, оптимизированным по поперечным аберрациям)

По оси X

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Мм

угл.мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного луча xchief

-1,7412

-5,9857

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9857

Смещение относительно нуля

-1,7412

-5,9857

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9857

Координаты энергетического центра, x

-1,7412

-5,9858

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9858

Смещение энергетического центра

-1,7412

-5,9858

-0,8706

-2,9929

0

0

0,8706

2,9929

1,7412

5,9858

Погрешность δx (угл. сек.)

0,8491

0,4250

0

-0,4250

-0,8491

По оси Y

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного лучаychief

-1,7434

-5,9932

-0,8702

-2,9914

0,0029

0,0101

0,8760

3,0114

1,7490

6,0125

Смещение относительно нуля

-1,7463

-6,0033

-0,8731

-3,0015

0

0

0,8730

3,0013

1,7460

6,0024

Координаты энергетического центра, y

-1,7434

-5,9933

-0,8702

-2,9915

0,0029

0,0101

0,8760

3,0115

1,7490

6,0126

Смещение энергетического центра

-1,7463

-6,0034

-0,8731

-3,0016

0

0

0,8731

3,0013

1,7460

6,0025

Погрешность δy (угл. сек.)

-0,2067

-0,0955

0

0,0807

0,1474

                    

 

Таблица 6. Результаты расчёта для РЛ (объектив с эллиптическим рефлектором, оптимизированным по поперечным аберрациям)

По оси X

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Мм

угл.мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного луча xchief

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Смещение относительно нуля

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Координаты энергетического центра, x

-1,7460

-6,0021

-0,8730

-3,0011

0

0

0,8730

3,0011

1,7460

6,0021

Смещение энергетического центра

-1,7460

-6,0021

-0,8730

-3,0011

0

0

0,8730

3,0011

1,7460

6,0021

Погрешность δx (угл. сек.)

-0,1281

-0,0642

0

0,0642

0,1280

По оси Y

-6 угл, мин

-3 угл, мин

0 угл, мин

3 угл, мин

6 угл, мин

Мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

мм

угл.мин

Координаты главного лучаychief

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Смещение относительно нуля

-1,7387

-5,9772

-0,8693

-2,9886

0

0

0,8693

2,9886

1,7387

5,9772

Координаты энергетического центра, y

-1,7460

-6,0021

-0,8730

-3,0011

0

0

0,8730

3,0011

1,7460

6,0021

Смещение энергетического центра

-1,7460

-6,0021

-0,8730

-3,0011

0

0

0,8730

3,0011

1,7460

6,0021

Погрешность δy (угл. сек.)

-0,1281

-0,0642

0

0,0642

0,1280

                    

 

 

            Сравнивая точностные характеристики полученных объективов, можно сделать вывод, что наибольшей точности позволяют добиться объективы с эллиптическим рефлектором, причём оптимизация с целью минимизации искажений волнового фронта и оптимизация с целью минимизации поперечных аберраций дают схожие результаты, находящиеся в пределах ±(0,2..0,8) угл. сек.

            Исследуем влияние дефокусировки объектива на погрешности определения угловых координат пучка. Проведём такое исследование для объектива с эллиптическим рефлектором, оптимизированным по волновому фронту. Зададим дефокусировку в виде изменения расстояния между компонентами на ±500 мкм. Для этого исследования достаточно привести погрешности по самым критическим точкам (см. таблицу 3): по осям X и Y при = -6 угл. мин. и = 6 угл. мин. для МЛ и по оси X при = -6 угл. мин. для РЛ. Результаты расчёта приведены в таблице 7.

Таблица 7. Влияние дефокусировки объектива на погрешности определения угловых координат пучка δx , δy(угл. сек.)

Дефокусировка, мкм

МЛ

РЛ

= -6 угл. сек.

= 6 угл. сек.

= -6 угл. сек.

500

0,7639

1,4639

2,6157

250

0,7985

1,2135

1,2232

100

0,8319

0,9145

-0,1662

0

0,8489

0,3642

-0,1800

-100

0,8659

0,1289

-0,7102

-250

0,8914

0,1010

-1,5942

-500

0,9132

0,0916

-1,5951

 

Как видно из таблицы 7, дефокусировка объектива в пределах ±100 мкм не приводит к увеличению погрешностей определения угловых координат пучка более чем на 1 угл. сек., что позволяет сформировать приемлемые требования к сборке и юстировке системы.

5.     Заключение

Полученные результаты подтверждают возможность создания оптико-электронного координатора на  базе зеркального объектива с эллиптическим рефлектором, обеспечивающего измерения взаимного углового положения осей контролируемых лазерных пучков  с погрешностью на уровне единиц угловых секунд.

 

Список литературы

 

1.         Барышников Н.В. Разработка и исследование устройств параллельного переноса пучка излучения для систем автоюстировки каналов лазерных локационных станций // Измерительная техника. 2011. № 4. С. 65-70.

2.         Барышников Н. В., Пискунов Т. С. Исследование влияния излучения рабочего лазера на работу систем автоюстировки высокоточных лазерных приборов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана.Электрон. журн.2011. № 10. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/241632.html  (дата обращения 21.09.11).

3.         Барышников Н.В., Карачунский В.В., Свигач О.А. Современные методы проектирования систем автоюстировки высокоточных оптико-электронных приборов // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2011. Спец. выпуск «Современные проблемы оптотехники». С. 128-142.

4.         Барышников Н.В., Денисов Д.Г., Животовский И.В. Система измерения углового рассогласования осей рабочего лазера и маркерного источника на основе дифракционных оптических элементов// Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана.Электрон. журн. 2011. № 8.Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/199490.html  (дата обращения 05.05.12).

5.         Орлов В.М., Карасик В.Е. Лазерные системы видения. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 352 с.

6.         Гейхман И.Л., Волков В.Г. Видение и безопасность. М.: Новости, 2009. 834 с.

7.         ZEMAX Optical Design Program User’s Guide. USA: ZEMAX, 2007.

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2024 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)