Устройство для преобразования сферических зеркал в асферические

Полезная модель относится к оборудованию для экономичного изготовления асферических зеркал с повышенными требованиями к качеству преобразования световых потоков - минимизации аберраций, увеличенной угловой апертуре точечной фокусировки и т.д. Устройство для преобразования сферических зеркал в асферические содержит пресс-форму с кольцевым пуансоном, упирающимся при деформировании в граничную область сферического зеркала, прилегающую к его внешней кромке, при этом в состав пресс-формы входит опорный шток, составленный из коаксиальных втулок, торцы которых, обращенные в сторону деформируемой заготовки, образуют асферическую поверхность, соответствующую геометрии конечного зеркала, а преобразуемое сферическое зеркало имеет толщину, достаточную для сохранения после снятия нагрузки геометрии, приданной ему в процессе пластического деформирования.

Полезная модель относится к оборудованию для экономичного изготовления асферических зеркал с повышенными требованиями к качеству преобразования световых потоков - минимизации аберраций, увеличенной угловой апертуре точной фокусировки и т.д. До настоящего времени массовая экономичная технология асферической оптики отсутствует, хотя в научно-технических публикациях и патентах описаны множества устройств и приемов изготовления линз и зеркал параболических и более сложных геометрий [1]. Среди наиболее часто используемых при изготовлении асферической оптики технических решений - абразивная обработка разных секторов оптических поверх» остей с варьируемыми по специальной программе скоростями вращения и давлением обрабатывающего инструмента, напыление дополнительных слоев регулируемой толщины, подклейка сверхтонкой отражающей мембраны на основу из отверждаемого материала, толщина которого регулируется заданным образом

В нашем случае за прототип принято устройство для формирования асферического зеркала упругим прогибом тонкой круглой зеркальной пластины. опирающейся внешней кромкой на твердое кольцо, под действием перепада давления, действующих по разные стороны пластины [2]. Перепад давлений подбирается так, чтобы форма мембраны наилучшим образом соответствовала требуемой геометрии асферического зеркала.

Описанное асферическое зеркало при относительной простоте его формирования применительно к конкретным условиям эксплуатации имеет определенные недостатки. Это связано с необходимостью поддерживать стабильную величину перепада давлений газа, связанными с этим дополнительными приспособлениями и соответствующим увеличением габарите в и веса конструкции, ограниченностью температурного диапазона работы зеркале, подверженностью его геометрии и, соответственно, оптических свойств вибрациям,

Технический результат, для достижения которого предназначена заявляемая полезная модель, заключается в существенном улучшении стабильности параметров асферического зеркала, так как при изготовлении асферического зеркала из исходной сферической заготовки, наиболее соответствующей требуемой асферической форме, посредством ее пластического деформирования форма полученного зеркала сохраняется независимо от распределения давления в окружающей среде.

Отличительными особенностями предлагаемого устройства являются:

1) Наличие в пресс - форме опорного штока, составленного из коаксиальных втулок разной длины, огибающая торцов которых, контактирующих с преобразуемым сферическим зеркалом, при температуре пластического деформирования наилучшим образом приближается к заданной форме асферического зеркала и обеспечивает при окончании деформирования соответствие формы заготовки требуемой геометрии.

2) Наличие пластически деформируемой сферической заготовки с зеркальной отражающей поверхностью, соответствующей по оптической чистоте требованиям, предъявляемым к конечному асферическому зеркалу и исходной макроскопической геометрией, наилучшим образом приближенной к его геометрии.

3) Наличие деформирующего пуансона кольцевой формы, который в процессе деформирования контактирует только с узкой кольцевой областью заготовки, прилегающей к ее внешней кромке, и не оказывает воздействия на исходную оптическую чистоту зеркальной отражающей поверхности.

Схема устройства для преобразования сферических зеркал в асферические приведена на Фиг.1, где:

1 - составной опорный пуансон из коаксиальных втулок

2 - сферическая зеркальная заготовка, преобразуемая в асферическое зеркало посредством пластического деформирования

3 - нагрузочный пуансон кольцевой формы, упирающийся в кольцевую область заготовки, прилегающую к ее внешней кромке

4 - направляющий цилиндр.

Оно представляет собой пресс - форму, в которой при температуре, соответствующей области пластичности материала зеркала, посредством пластического деформирования производится преобразование исходной заготовки сферической формы в зеркало с заданной асферической геометрией. Указанная асферическая геометрия задается опорой 1, собранной из коаксиальных втулок, верхние торцы которых отшлифованы по сфере, наилучше м образе м приближающейся по форме к соответствующему участку заданного асферического зеркала. Сферическая заготовка 2 имеет верхнюю зеркальную и нижнюю опорную поверхности со сферическими поверхностями, наилучшим образом приближающимися к заданной геометрии асферического зеркала. Например, если заданная геометрия является параболической, кривизна обеих сторон сферической заготовки соответствует кривизне параболического зеркала на его о<и. Верхняя сторона сферической заготовки должна быть отполирована до требуемой оптической чистоты асферического зеркала. Нижняя ее сторона должна 1 меть ту же сферическую геометрию, что и верхняя, но в этом случае полировка оси до требуемой оптической чистоты не требуется. Пластическое деформирование сферической заготовки производится с помощью цилиндрического пуансона 3, упирающегося в прилегающую к внешней кромке кольцевую область заготовки 2. Пуансон 3 перемещается внутри направляющего цилиндра 4. Высоты коаксиальных втулок 1 подобраны таким образом, чтобы при температуре деформирования огибающая верхних торцов втулок наилучшим образом приближалась к заданной форме асферического зеркала.

Де формирование посредством перемещения пуансона 3 производится до наилучшего прижатия нижней стороны заготовки 2 к огибающей асферической поверхности коаксиальных втулок 1. По окончании деформирования заготовка 2 выдерживается под нагрузкой в состоянии прижатия к составному пуансону 1 до полной релаксации макроскопических упругих напряжений в заготовке 2 с тем, чтобы остаточные напряжения не могли исказить геометрию зеркала после снятии нагрузки.

Литературные источники

1. «Технология оптических деталей» под. ред. М.Н.Семибратова, «Машиностроение», Москва, 1978

2. Патент США US 4382657 от 10.05.1983. Полузакрепленные астрономические зеркала и асферические решетки и методы их изготовления упругим изгибом.

Устройство для преобразования сферических зеркал в асферические, содержащее пресс-форму с кольцевым пуансоном, упирающимся при деформировании в граничную область сферического зеркала, прилегающую к его внешней кромке, отличающееся тем, что в состав пресс-формы входит опорный шток, составленный из коаксиальных втулок, торцы которых, обращенные в сторону деформируемой заготовки, образуют асферическую поверхность, соответствующую геометрии конечного зеркала, а преобразуемое сферическое зеркало имеет толщину, достаточную для сохранения после снятия нагрузки геометрии, приданной ему в процессе пластического деформирования.