RU2554599C1 - Angle measurement device - Google Patents
Angle measurement device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554599C1 RU2554599C1 RU2013154510/28A RU2013154510A RU2554599C1 RU 2554599 C1 RU2554599 C1 RU 2554599C1 RU 2013154510/28 A RU2013154510/28 A RU 2013154510/28A RU 2013154510 A RU2013154510 A RU 2013154510A RU 2554599 C1 RU2554599 C1 RU 2554599C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- mirror
- angle
- prism block
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптоэлектроники, а более конкретно к оптико-электронным системам, и может быть использовано в углоизмерительных приборах, предпочтительно в приборах ориентации космических аппаратов.The invention relates to the field of optoelectronics, and more particularly to optoelectronic systems, and can be used in angle measuring devices, preferably in spacecraft orientation devices.
Известны углоизмерительные приборы, содержащие объектив, матричный приемник излучения с вычислительным блоком (МПИ) и канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде зеркально-призменного блока, склеенного из призм АР-90° и БкР-180°, коллиматорного блока, жестко установленного на опорной плоскости, и осветительного блока, при этом наклонная плоская отражающая грань призмы БкР-180° в месте склейки выполнена в виде светоделителя (см. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. - М.: Логос, 2007. - 247 с.).Known angle measuring devices containing a lens, a matrix radiation receiver with a computing unit (MPI) and a geometric reference channel (CGE), made in the form of a mirror-prism unit glued from prisms AR-90 ° and BkR-180 °, a collimator unit, rigidly mounted on the reference plane and the lighting unit, while the inclined flat reflecting face of the BkR-180 ° prism at the gluing site is made in the form of a beam splitter (see Fedoseev V.I., Kolosov M.P. Optoelectronic devices for orienting and navigating spacecraft. - M .: OCRP, 2007. - 247 c)..
В этом устройстве (фиг.1) излучение от визируемого точечного источника, например звезды, пройдя на проход преломляющих граней зеркально-призменного блока, включающего призмы 1′ (АР-90°) и 1 (БкР-180°), фокусируется объективом 2 на МПИ 3.In this device (Fig. 1), radiation from a sighted point source, for example, a star, passing to the passage of the refracting faces of the mirror-prism unit, including
В канале КГЭ излучение от осветителя 4, пройдя точечную диафрагму 5, расположенную в фокальной плоскости коллиматора 6, жестко установленного на опорной плоскости, коллимируется последним и, последовательно отразившись от зеркал призмы 1, попадает в объектив 2 и фокусируется им на МПИ 3. Полученное изображение точки определяет центр опорной системы координат на МПИ 3. Это позволяет производить с помощью вычислительного блока измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и, следовательно, исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями МПИ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2.In the CGE channel, the radiation from
Микронаклоны и микросмещения элементов 1, 6 КГЭ не влияют на угловое положение пучков лучей, входящих в объектив 2 из КГЭ, и, следовательно, на положение изображений марок на МПИ 3, так как призма 1 БкР-180° (уголковый отражатель) работает в параллельных пучках, а коллиматор 6 жестко связан с опорной плоскостью. Здесь и далее опорная плоскость либо жестко связана с посадочной плоскостью прибора, либо непосредственно является ею.Microno-inclinations and micro-displacements of
В этом устройстве угловое положение пучка от визируемой звезды, прошедшего через призмы 1′ и 1 на проход в зоне их клеевого соединения, не отличается стабильностью, что снижает точность прибора. Это обусловлено различием физико-технических свойств клея и стекла, что при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях приводит к возникновению деформаций. Эти деформации вызывают микроразворот призм 1′ и 1 и друг относительно друга и, как следствие, приводят к образованию дополнительного клина в зоне указанного соединения. При прохождении указанного клина часть пучка лучей отклоняется от первоначального направления, что для высокоточных приборов недопустимо.In this device, the angular position of the beam from the sighting star passing through
Наиболее близким по технической сущности является углоизмерительный прибор, содержащий объектив, матричный приемник излучения с вычислительным блоком (МПИ) и канал геометрического эталона (КГЭ), состоящий из оптически сопряженных с объективом коллиматорного блока и зеркально-призменного блока, представляющих собой единый моноблок, а также осветительного блока, при этом осветительный блок включает в себя три источника света, расположенных под углом 120° друг к другу, коллиматорный блок - три входные и три выходные точечные диафрагмы, расположенные на зеркально-призменном моноблоке, выполненном в виде равнобедренной шестигранной усеченной пирамиды, соседние ребра которой расположены под углом 120° друг к другу, а большее из оснований которой обращено к объективу, при этом зеркально-призменный моноблок жестко соединен с опорной плоскостью углоизмерительного прибора (патент на изобретение РФ №2399871).The closest in technical essence is an angle measuring device containing a lens, a matrix radiation receiver with a computing unit (MPI) and a geometric standard channel (CGE), consisting of a collimator unit and a mirror-prism unit optically paired with a lens, which are a single monoblock, as well as the lighting unit, while the lighting unit includes three light sources located at an angle of 120 ° to each other, a collimator unit - three input and three output point apertures, located laid on a mirror-prismatic monoblock, made in the form of an isosceles hexagonal truncated pyramid, the adjacent edges of which are located at an angle of 120 ° to each other, and the larger of the bases of which are facing the lens, while the mirror-prismatic monoblock is rigidly connected to the reference plane of the angle measuring device ( patent for the invention of the Russian Federation No. 2399871).
В прототипе излучение от визируемого точечного объекта, например звезды (фиг.2, фиг.3), пройдя зеркально-призменный блок 1 КГЭ на проход, попадает во входной зрачок объектива 2 и фокусируется на МПИ 3. Зеркально-призменный блок 1 выполнен без клеевых соединений, что по сравнению с аналогом обеспечивает более высокую стабильность углового положения проходящего пучка.In the prototype, the radiation from the sighted point object, for example, a star (Fig. 2, Fig. 3), passing the mirror-
Излучение от осветителя 4, пройдя точечную прозрачную диафрагму 5, последовательно отразившись от наклонных зеркал зеркально-призменного блока 1 и пройдя точечную прозрачную диафрагму 5′, выходит из КГЭ. Диафрагма 5′ работает как камера-обскура. Диафрагмы 5 и 5′ нанесены методом фотолитографии на большей поверхности зеркально-призменного блока 1. При этом три входные диафрагмы 5 (на чертеже показана одна) и три выходные диафрагмы 5′ (на чертеже показана одна), расположенные на зеркально-призменном моноблоке 1, представляют собой коллиматорный блок 6.The radiation from the
Наличие двух разнесенных по ходу луча точечных диафрагм формирует нитевидный пучок лучей. Соответствующее расположение точечных диафрагм 5 и 5′ на большей поверхности зеркально-призменного блока 1 позволяет обеспечить необходимое угловое отклонение пучка α от оси блока (фиг.2).The presence of two point diaphragms spaced along the beam forms a filamentous beam of rays. The corresponding location of the
Таким образом, на выходе КГЭ образуется три пучка лучей, оси которых составляют одинаковый угол α с осью блока, а между собой составляют угол 120°. Угловое положение нормали к опорной плоскости определяется ортоцентром равностороннего треугольника, в вершинах которого расположены оси симметрии трех рабочих пучков.Thus, at the output of the CGE three beams of rays are formed, the axes of which make up the same angle α with the axis of the block, and make an angle of 120 ° between them. The angular position of the normal to the reference plane is determined by the orthocenter of an equilateral triangle, at the vertices of which the symmetry axes of the three working beams are located.
Необходимое угловое отклонение осей вышедших пучков реализуется также за счет изменения углов наклона зеркальных граней, расположенных напротив выходных диафрагм 5′.The necessary angular deviation of the axes of the emerged beams is also realized by changing the angles of inclination of the mirror faces opposite the
Далее пучки, пройдя вне зоны входного зрачка объектива 2, фокусируются объективом на МПИ 3 в виде изображения трех точек (фиг.4), расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Наличие изображения трех точек определяет опорную систему координат прибора на МПИ 3, относительно которой с помощью вычислительного блока производится измерение углового положения визируемой звезды. Начало координат находится в ортоцентре указанного треугольника, совпадающего с оптической осью. Все это позволяет производить измерения положения визируемой звезды относительно полученного изображения марок и, следовательно, исключить погрешности определения координат, связанные, например, с микросмещениями МПИ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2. С помощью указанных изображений точек от КГЭ исключаются также и погрешности определения координат визируемой звезды, связанные с возможным разворотом МПИ 3 относительно оптической оси и с его дефокусировкой.Next, the beams, passing outside the zone of the entrance pupil of the
Для обеспечения оптимальной точности прибора за счет учета разворота МПИ и его дефокусировки пучки лучей КГЭ должны быть разведены на максимально возможный угол α относительно оптической оси, то есть величина этого угла должна быть соизмерима с угловым полем прибора.To ensure optimal accuracy of the device by taking into account the MPI turn and its defocusing, the beams of the CGE beams should be split to the maximum possible angle α relative to the optical axis, i.e., the value of this angle should be comparable with the angular field of the device.
При дефокусировке МПИ 3 (фиг.5), вызванной, например, термодеформациями объектива, вновь образованный треугольник (плоскость изображений б), в вершинах которого расположены изображения марок, сохраняет свое подобие первоначальному (плоскость изображений а), при этом ортоцентр треугольника остается на оптической оси. Изменение линейных размеров треугольника по сравнению с его паспортизованными размерами в нормальных условиях позволяет определять в процессе эксплуатации прибора изменение масштаба изображения и вносить соответствующую поправку в определение угловых координат визируемого объекта (Колосов М.П. Оптика адаптивных угломеров: - М.: Логос, 2011. - 256 с.).When defocusing MPI 3 (Fig. 5), caused, for example, by thermal deformations of the lens, the newly formed triangle (image plane b), at the vertices of which are located the image of marks, retains its similarity to the original (image plane a), while the orthocenter of the triangle remains on the optical axis. Changing the linear dimensions of a triangle compared to its certified dimensions under normal conditions allows determining the image scale change during operation of the device and making a corresponding correction to the determination of the angular coordinates of the sighted object (Kolosov M.P. Optics of adaptive goniometers: - M .: Logos, 2011. - 256 p.).
Выполнение зеркально-призменного блока КГЭ 1 в виде единой оптической детали без использования клеевых соединений, жестко установленной преломляющей гранью на опорной (посадочной) плоскости, обеспечивает, по сравнению с аналогом, более высокую стабильность углового положения вышедших из КГЭ 1 пучков относительно опорной плоскости и прошедших КГЭ 1 пучков от визируемой звезды при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях, что повышает точность прибора. При этом толщина КГЭ вдоль оптической оси объектива может быть предельно малой, что улучшает габаритно-массовые характеристики всего прибора.The implementation of the mirror-
Однако изображения марок КГЭ при изменении температуры зеркально-призменного блока будут смещаться на МПИ 3 из-за влияния изменения показателя преломления материала зеркально-призменного блока КГЭ 1 на отклонение вышедших из КГЭ пучков (углы α). То есть произойдет изменение размеров треугольника, в вершинах которого находятся изображения марок КГЭ. В то же время энергетические центры изображений визируемых звезд на МПИ 3 не изменят своего положения. Это обусловлено тем, что пучки параллельных лучей при прохождении КГЭ 1 на проход не изменяют своего углового положения при изменении температуры КГЭ, так как в этом случае КГЭ является плоскопараллельной пластиной. Изменение же размеров указанного треугольника воспринимается при обработке изображений как дефокусировка МПИ 3 и приводит к введению соответствующей поправки в определение угловых координат визируемых звезд. Эта поправка в действительности будет являться дополнительной погрешностью в определении координат звезд, снижающей точность прибора.However, when changing the temperature of the mirror-prism block, images of the CGE marks will shift to
В качестве примера, подтверждающего положение об изменении от температуры углового положения пучков лучей, вышедших из КГЭ, рассмотрим его действие при температурах t1=20°C и t2=-20°C (фиг.6). Преломляющим материалом зеркально-призменного блока для этого примера выбрано стекло К8. Рабочая длина волны λ=0,54607 мкм.As an example, confirming the position of the change in temperature of the angular position of the beams of rays emerging from the CGE, we consider its effect at temperatures t 1 = 20 ° C and t 2 = -20 ° C (Fig.6). For this example, K8 glass was selected as the refractive material of the mirror-prism block. Operating wavelength λ = 0.54607 μm.
Пусть данный КГЭ обеспечивает отклонение вышедших из КГЭ пучков от оси объектива на угол αt1=45° при нормальных условиях (t1=20°). В этом случае угол падения α′ оси пучка на заднюю поверхность КГЭ 1 внутри стекла, обеспечивающий угол отклонения на выходе из диафрагмы 5′ в воздухе αt1=45°, в соответствии с известным законом преломления Снеллиуса, определяется выражением:Let this CGE ensure the deviation of the outgoing CGE beams from the axis of the lens by an angle α t1 = 45 ° under normal conditions (t 1 = 20 °). In this case, the angle of incidence α ′ of the beam axis on the rear surface of the
α′=arcsin(sin α/n)=arcsin(sin45°/n), где n - показатель преломления КГЭ. При n=1,518294 для длины волны λ=0,54607 мкм и температуры t=20°C (ГОСТ 13659-78 «Стекло оптическое бесцветное». Физико-химические характеристики. Основные параметры) угол α′=27°,757123.α ′ = arcsin (sin α / n) = arcsin (sin45 ° / n), where n is the refractive index of the CGE. At n = 1.518294 for a wavelength of λ = 0.54607 μm and a temperature of t = 20 ° C (GOST 13659-78 “Optical colorless glass.” Physical and chemical characteristics. Main parameters) angle α ′ = 27 °, 757123.
Указанный угол α′ не меняется при изменении температуры зеркально-призменного блока, так как определяется геометрией КГЭ, сохраняющей свое подобие. При t2=-20°C показатель преломления n пластины составит n=1,518022 (ГОСТ 13659-78), и вышедший пучок в соответствии с законом преломления отклонится на αt2=44°,989736. Таким образом, изменение угла α относительно нормальных условий составляет Δα=36″,948, что существенно снижает точность прибора.The indicated angle α ′ does not change when the temperature of the mirror-prism block changes, since it is determined by the CGE geometry, which retains its similarity. At t 2 = -20 ° C, the refractive index n of the plate will be n = 1.518022 (GOST 13659-78), and the output beam, in accordance with the law of refraction, will deviate by α t2 = 44 °, 989736. Thus, the change in the angle α relative to normal conditions is Δα = 36 ″, 948, which significantly reduces the accuracy of the device.
Данный пример соответствует широкоугольным угломерам с угловыми полями более 90°. Очевидно, что в угломерах с меньшими угловыми полями, где углы отклонения α не так велики, величина Δα будет существенно меньше. Например, при Δt1=10° и тех же условиях работы КГЭ изменение угла α составит Δα=6,5″. Однако и эта величина в ряде случаев недопустима.This example corresponds to wide-angle goniometers with angular fields greater than 90 °. Obviously, in goniometers with smaller angular fields, where the deviation angles α are not so large, Δα will be significantly smaller. For example, at Δ t1 = 10 ° and the same conditions of operation of the CGE, the change in the angle α will be Δα = 6.5 ″. However, this value is also unacceptable in some cases.
Одним из путей решения этой проблемы является термостабилизация КГЭ в виде поддержания его постоянной температуры. Однако этот путь приводит к существенному усложнению конструкции прибора и к ухудшению его габаритно-массовых характеристик.One way to solve this problem is the thermal stabilization of the CGE in the form of maintaining its constant temperature. However, this path leads to a significant complication of the design of the device and to the deterioration of its overall mass characteristics.
Еще одним недостатком указанного угломера является ввод световых пучков от КГЭ 1 в объектив через точечные диафрагмы, расположенные вне зоны его входного зрачка. Для реализации такого ввода пучков КГЭ необходимо не только увеличивать световые диаметры линз объектива, но и обеспечивать для указанных зон высокое качество изображения марок КГЭ на МПИ 3. Это приводит к усложнению оптической системы объектива и ухудшению его габаритно-массовых характеристик.Another disadvantage of this protractor is the introduction of light beams from the
Целью изобретения является повышение точности прибора при одновременном упрощении оптической системы объектива и уменьшении его габаритно-массовых характеристик.The aim of the invention is to increase the accuracy of the device while simplifying the optical system of the lens and reducing its overall mass characteristics.
Цель достигается тем, что в углоизмерительном приборе, содержащем объектив, матричный приемник излучения с вычислительным блоком (МПИ) и канал геометрического эталона (КГЭ), состоящий из оптически сопряженных с объективом осветительного блока, имеющего три источника света, расположенных под углом 120° друг к другу, коллиматорного блока, включающего в себя три входные и три выходные точечные диафрагмы, и зеркально-призменного блока, образующего с нанесенными на него диафрагмами коллиматора моноблок, жестко соединенный с опорной плоскостью углоизмерительного прибора и выполненный в виде равнобедренной шестигранной усеченной пирамиды, соседние ребра которой расположены под углом 120° друг к другу, а одно из оснований которой обращено к объективу, в нем входные и выходные точечные диафрагмы расположены на боковых поверхностях зеркально-призменного блока, дополнительно снабженного тремя уголковыми отражателями, установленными за соответствующей выходной точечной диафрагмой с обеспечением ввода излучения во входной зрачок объектива посредством отражения от обращенного к нему меньшего основания зеркально-призменного блока, при этом указанные точечные диафрагмы размещены так, что ось выходного пучка направлена под прямым углом к боковой поверхности зеркально-призменного блока.The goal is achieved in that in an angle measuring device containing a lens, a matrix radiation detector with a computing unit (MPI) and a geometric reference channel (CGE), consisting of a lighting unit optically coupled to the lens, having three light sources located at an angle of 120 ° to each other to a friend, a collimator block, which includes three input and three output point apertures, and a mirror-prism block, which forms a monoblock with the diaphragms of the collimator deposited on it and is rigidly connected to the reference plane angle measuring device and made in the form of an isosceles hexagonal truncated pyramid, the adjacent edges of which are located at an angle of 120 ° to each other, and one of the bases of which is facing the lens, in it the input and output point diaphragms are located on the side surfaces of the mirror-prism unit, additionally equipped three angular reflectors mounted behind the corresponding output pinhole diaphragm with the input of radiation into the entrance pupil of the lens by reflection from facing to less than the base of the mirror-prism block, while the indicated point diaphragms are placed so that the axis of the output beam is directed at right angles to the side surface of the mirror-prism block.
Таким образом, предлагаемое техническое решение представляет собой совокупность существенных признаков, которые в сравнении с прототипом обладают новизной.Thus, the proposed technical solution is a combination of essential features that, in comparison with the prototype, have novelty.
Использование в оптико-электронных углоизмерительных звездных приборах каналов геометрического эталона известно (см. например, Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: - М.: Логос, 2007. - 247 с.).The use of geometric standard channels in optical-electronic angle-measuring star devices is known (see, for example, Fedoseev V.I., Kolosov M.P. Optoelectronic devices for orienting and navigating spacecraft: - M .: Logos, 2007. - 247 p. )
Однако использование в углоизмерительном приборе, содержащем указанную совокупность признаков, является неизвестным техническим решением, так как придает угломеру новые свойства:However, the use in an angle measuring device containing the specified set of features is an unknown technical solution, as it gives the goniometer new properties:
- ось каждого вышедшего из зеркально-призменного блока КГЭ пучка лучей перпендикулярна соответствующей боковой поверхности блока, что исключает влияние изменения показателя преломления материала блока на угловое положение указанных пучков из-за изменения температуры;- the axis of each beam of rays emerging from the prismatic-prismatic block of the CGE is perpendicular to the corresponding side surface of the block, which excludes the influence of a change in the refractive index of the block material on the angular position of these beams due to temperature changes;
- ввод пучков лучей от КГЭ в объектив производится непосредственно через центр его входного зрачка, что уменьшает световые диаметры линз, упрощает оптическую систему объектива, в которой требуемое качество изображения для марок КГЭ обеспечивается автоматически за счет соответствующего качества изображения объектива, рассчитанного только для зоны входного зрачка.- the introduction of beams of rays from the CGE into the lens is made directly through the center of its entrance pupil, which reduces the light diameters of the lenses, simplifies the optical system of the lens, in which the required image quality for the CGE marks is automatically ensured by the corresponding image quality of the lens, calculated only for the entrance pupil area .
Таким образом, заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.Thus, the claimed technical solution has significant differences.
Предлагаемая совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом за счет входных и выходных точечных диафрагм, расположенных на боковых поверхностях зеркально-призменного блока, дополнительно снабженного тремя уголковыми отражателями, установленными за соответствующей выходной точечной диафрагмой с обеспечением ввода излучения во входной зрачок объектива посредством отражения от обращенного к нему меньшего основания зеркально-призменного блока, при этом указанные точечные диафрагмы размещены так, что ось выходного пучка направлена под прямым углом к боковой поверхности зеркально-призменного блока, позволяет:The proposed set of essential features in comparison with the prototype due to the input and output point apertures located on the side surfaces of the prism-mirror unit, additionally equipped with three angular reflectors installed behind the corresponding output point aperture, providing radiation input into the entrance pupil of the lens by reflection from facing to smaller base of the mirror-prism block, while the indicated point diaphragms are placed so that the axis of the output beam and is directed at right angles to the side surface of the mirror-prism unit, allows:
- обеспечить практическую неизменность углового положения выходящих из КГЭ пучков лучей при значительных температурных воздействиях и, следовательно, повысить точность устройства;- to ensure the practical invariability of the angular position of the beam of rays emerging from the CGE at significant temperature effects and, therefore, to improve the accuracy of the device;
- упростить оптическую систему объектива и уменьшить его габаритно-массовые характеристики.- to simplify the optical system of the lens and reduce its overall mass characteristics.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить новый положительный эффект.Thus, the proposed technical solution allows to obtain a new positive effect.
На фиг.1 приведена оптическая схема аналога, известного из уровня техники.Figure 1 shows the optical circuit of an analogue known from the prior art.
На фиг.2 приведена оптическая схема ближайшего аналога -прототипа.Figure 2 shows the optical scheme of the closest analogue of the prototype.
На фиг.3 приведен вид задней плоскости КГЭ прототипа.Figure 3 shows a view of the rear plane of the CGE of the prototype.
На фиг.4 показано положение изображения марок КГЭ прототипа на МПИ.Figure 4 shows the position of the image of the KGE prototype marks on the MPI.
На фиг.5 показано положение изображения марок КГЭ прототипа на МПИ при дефокусировке.Figure 5 shows the position of the image of the KGE brands of the prototype on the MPI during defocusing.
На фиг.6 приведен ход лучей в КГЭ прототипа при изменении температуры.Figure 6 shows the path of the rays in the CGE of the prototype when the temperature changes.
На фиг.7 приведена оптическая схема предлагаемого устройства.Figure 7 shows the optical diagram of the proposed device.
На фиг.8 приведен вид задней плоскости КГЭ предлагаемого устройства.On Fig is a view of the rear plane of the CGE of the proposed device.
Предлагаемое устройство (фиг.7, фиг.8) содержит: КГЭ 1, 4…7, объектив 2, МПИ с вычислительным блоком 3. Также для уменьшения влияния рассеянного света на входе устройства может быть установлена бленда.The proposed device (Fig.7, Fig.8) contains:
КГЭ состоит из:CGE consists of:
- зеркально-призменного блока 1;-
- коллиматора 6, включающего в себя три входные точечные диафрагмы (отверстия) 5 (на фиг.7 показана одна) и три выходные точечные диафрагмы (отверстия) 5′ (на фиг.7 также показана одна), расположенные на боковых поверхностях зеркально-призменного блока 1;- a
- осветительного блока, выполненного в виде трех источников излучения 4 (на фиг.7 показан один);- a lighting unit made in the form of three radiation sources 4 (one is shown in Fig. 7);
- трех уголковых отражателей 7, расположенных за соответствующими выходными точечными диафрагмами (на фиг.7 показан один).- three
Зеркально-призменный блок 1 выполнен в виде шестигранной усеченной пирамиды, соседние ребра которой расположены под углом 120° друг к другу, установленной так, что ее основания перпендикулярны оптической оси объектива. Диафрагмы 5 и 5′ нанесены на боковые поверхности зеркально-призменного блока 1 методом фотолитографии. Таким образом, зеркально-призменный блок 1 и коллиматор 6, включающий диафрагмы 5 и 5′, образуют зеркально-призменный моноблок, представляющий собой единую оптическую деталь без использования клеевых соединений.The mirror-
В качестве уголковых отражателей 7 используется призмы БкР-180°, а осветителей 4 - например, светодиоды.As
Таким образом, предлагаемые примеры реализации подтверждают осуществимость заявленного технического решения.Thus, the proposed implementation examples confirm the feasibility of the claimed technical solution.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Излучение от визируемого точечного объекта, например звезды, пройдя на проход зеркально-призменный блок 1, жестко соединенный с опорной плоскостью прибора, попадает во входной зрачок объектива 2 и фокусируется на МПИ 3.The radiation from the sighted point object, for example, a star, passing through the passage of the mirror-
Излучение от осветителя 4, пройдя точечную прозрачную диафрагму 5, последовательно отразившись от оснований зеркально-призменного блока 1 и пройдя точечную диафрагму 5′, выходит из зеркально-призменного блока 1 перпендикулярно боковой поверхности. Указанное отражение от оснований зеркально-призменного блока 1 основано либо на эффекте полного внутреннего отражения, либо с помощью нанесенного на основания светоделительного покрытия.The radiation from the
Наличие двух разнесенных по ходу луча точечных диафрагм 5, 5′ формирует нитевидный пучок лучей с геометрической расходимостью, определяемой, как и в прототипе, выражениемThe presence of two spaced apart along the beam of
2ω=2arcsin{nsin[(arctg(D1+D2)/L]}, где D1, D2 - диаметры диафрагм 5 и 5′, L - длина развернутого в плоскопараллельную пластину зеркально-призменного блока 1, n - показатель его преломления. Диафрагма 5′ работает как камера-обскура.2ω = 2arcsin {nsin [(arctan (D 1 + D 2 ) / L]}, where D 1, D 2 are the diameters of the
Далее пучок лучей, вышедший из зеркально-призменного блока 1 через диафрагму 5′, отразившись от уголкового отражателя 7 (призмы БкР-180°), падает на меньшее (заднее) основание зеркально-призменного блока 1 со стороны объектива. При этом оси пучка, падающего на уголковый отражатель 7 и отраженного от него, всегда параллельны. Параллельность данных осей обеспечивается свойством уголкового отражателя возвращать пучок вдоль первоначального направления. Отразившись затем от меньшего основания зеркально-призменного блока 1, пучок лучей попадает в центр входного зрачка объектива 2 под углом α к оптической оси объектива. Отражение от меньшего основания обеспечивается либо с помощью нанесенного на основание светоделительного покрытия, либо с помощью создания на основании непросветленных участков.Further, the beam of rays emerging from the mirror-
Микронаклоны и микросмещения элементов КГЭ не влияют на угловое положение пучков лучей, входящих в объектив 2 из КГЭ, и, следовательно, на положение изображений марок на МПИ 3, так как зеркально-призменный блок 1 с диафрагмами 5, 5′ (моноблок) жестко связан с опорной (посадочной) плоскостью, а уголковый отражатель 7 (призма БкР-180°) всегда возвращает отраженный пучок лучей в направлении, параллельном упавшему на нее пучка.Micron tilts and microdisplacements of the CGE elements do not affect the angular position of the beams of rays entering the
Необходимое угловое отклонение α осей вышедших пучков из зеркально-призменного блока 1 от оси объектива реализуется за счет соответствующего расположения входных 5 и выходных 5′ диафрагм на боковых поверхностях (фиг.7, фиг.8), а также за счет габаритов зеркально-призменного блока 1, реализующих необходимое число отражений пучков от переднего и заднего оснований. Положение входной 5 и выходной 5′ диафрагм на боковых поверхностях зеркально-призменного блока 1 определяется из условия перпендикулярности осевого пучка, проходящего через центры диафрагм 5 и 5′, к указанным боковым поверхностям.The necessary angular deviation α of the axes of the emerged beams from the mirror-
Аналогичным образом работают и два остальных идентичных канала, расположенных под углом 120° друг к другу. Таким образом, на выходе КГЭ образуется три пучка лучей, оси которых составляют одинаковый угол α с осью блока и оптической осью объектива, а между собой составляют угол 120°. Угловое положение нормали к опорной плоскости определяется ортоцентром равностороннего треугольника, в вершинах которого расположены оси симметрии трех рабочих пучков.Similarly, the other two identical channels work, located at an angle of 120 ° to each other. Thus, at the output of the CGE, three beams of rays are formed, the axes of which make up the same angle α with the axis of the block and the optical axis of the lens, and make an angle of 120 ° between them. The angular position of the normal to the reference plane is determined by the orthocenter of an equilateral triangle, at the vertices of which the symmetry axes of the three working beams are located.
Следует особо отметить, что пучок лучей выходит из выходной диафрагмы 5′ перпендикулярно боковой поверхности зеркально-призменного блока 1. Это дает возможность, по сравнению с прототипом, исключить влияние изменения показателя преломления материала зеркально-призменного блока 1 из-за изменения температуры на угловое положение пучков КГЭ относительно опорной плоскости. Данное положение вытекает из закона Снеллиуса, в соответствие с которым угол отклонения оси вышедшего пучка из зеркально-призменного блока 1 относительно нормали к боковой поверхности определится выражением β=arcsin (nsinβ′), где n - показатель преломления стекла зеркально-призменного блока 1; β′ - угол падения оси пучка внутри блока относительно нормали к боковой грани. При β′=0° (луч падает внутри зеркально-призменного блока 1 по нормали к боковой поверхности) β=0° вне зависимости от показателя преломления, то есть луч выходит также по нормали к боковой поверхности.It should be specially noted that the beam of rays leaves the
Далее пучки поступают в объектив 2 через центр входного зрачка и фокусируются на МПИ 3 в виде изображения трех точек (фиг.9), расположенных, как и в прототипе (фиг.4), в вершинах равностороннего треугольника.Next, the beams enter the
Возможность ввода пучков лучей от КГЭ через входной зрачок объектива 2 позволяет, в отличие от прототипа (где ввод пучков от КГЭ производится вне зоны зрачка), уменьшить световые диаметры линз и, следовательно, упростить оптическую систему объектива 2 с обеспечением высокого качество изображения на МПИ 3 как для визируемого объекта, так и для марок КГЭ. Это объясняется тем, что при введении пучков от КГЭ через входной зрачок объектива уже не требуется, как в прототипе, специально рассчитывать объектив с большими диаметрами линз и обеспечивать для зон КГЭ, расположенных вне входного зрачка, высокое качество изображения марок КГЭ на МПИ 3. Высокое качество изображения для марок КГЭ в предлагаемом устройстве обеспечивается автоматически за счет соответствующего качества изображения объектива, рассчитанного только для зоны входного зрачка.The possibility of introducing beams from the CGE through the entrance pupil of the
Наличие изображения трех точек определяет опорную систему координат прибора на МПИ 3, относительно которой с помощью вычислительного блока производится измерение положения визируемого точечного объекта. Начало координат находится в ортоцентре указанного треугольника, совпадающего с оптической осью. Все это позволяет производить измерения положения визируемого объекта относительно полученного изображения марок и, следовательно, исключить погрешности определения координат, связанные, например, с микросмещениями МПИ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2. Также исключаются погрешности определения координат визируемого объекта, связанные с возможным разворотом МПИ 3 относительно оптической оси объектива, и влияние дефокусировок МПИ вдоль оптической оси объектива.The presence of the image of three points determines the reference coordinate system of the device on
При дефокусировке МПИ 3, вызванной, например, термодеформациями объектива, вновь образованный треугольник, в вершинах которого расположены изображения марок, сохраняет, как и в прототипе (фиг.5), свое подобие первоначальному. Изменение линейных размеров треугольника по сравнению с его паспортизованными размерами в нормальных условиях позволяет определять в процессе эксплуатации прибора изменение масштаба изображения и вносить соответствующую поправку в определение угловых координат визируемого объекта.When defocusing
Однако в отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве не происходит изменения размеров данного треугольника (дополнительного смещения изображения марок КГЭ) при изменении температуры КГЭ. Это обусловлено высокой стабильностью углового положения пучков КГЭ относительно опорной плоскости, не зависящих от показателя преломления материала КГЭ и, следовательно, от изменения его температуры. Исключение указанной погрешности повышает точность определения угловых координат визируемых звезд.However, unlike the prototype, the proposed device does not change the size of this triangle (additional displacement of the image of the CGE marks) with a change in the temperature of the CGE. This is due to the high stability of the angular position of the QGE beams relative to the reference plane, which are independent of the refractive index of the QGE material and, therefore, from a change in its temperature. The exclusion of this error increases the accuracy of determining the angular coordinates of the sighted stars.
Таким образом, использование зеркально-призменного блока 1 с расположенными на боковых поверхностях входных и выходных диафрагмами 5, 5′, обеспечивающего прямой угол между осями выходящих из КГЭ пучков и соответствующими боковыми поверхностями, а также введение уголковых отражателей 7 для ввода пучков лучей через входной зрачок объектива 2:Thus, the use of a mirror-
- повышает точность угломера за счет обеспечения нечувствительности углового положения вышедших из КГЭ пучков лучей к температурным воздействиям;- improves the accuracy of the protractor by ensuring the insensitivity of the angular position of the beam of rays emerging from the CGE to temperature influences;
- улучшает габаритно-массовые характеристики объектива угломера за счет уменьшения световых диаметров линз и вытекающей отсюда возможности использования более простых оптических систем объективов при сохранении высокого качества изображения визируемых точечных объектов и марок КГЭ на МПИ 3.- improves the overall mass characteristics of the goniometer lens by reducing the light diameters of the lenses and the consequent possibility of using simpler optical lens systems while maintaining high image quality of sighted point objects and KGE marks on
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013154510/28A RU2554599C1 (en) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Angle measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013154510/28A RU2554599C1 (en) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Angle measurement device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013154510A RU2013154510A (en) | 2015-06-20 |
| RU2554599C1 true RU2554599C1 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53433424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013154510/28A RU2554599C1 (en) | 2013-12-09 | 2013-12-09 | Angle measurement device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2554599C1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018219902A1 (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-28 | Carl Zeiss Meditec Ag | Arrangement and method for compensating the temperature dependence of a facet lens for determining the topography of an eye |
| CN109974583B (en) * | 2019-04-11 | 2024-03-26 | 南京信息工程大学 | Non-contact optical element surface shape measuring device and method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7064817B1 (en) * | 2003-11-04 | 2006-06-20 | Sandia Corporation | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system |
| RU85226U1 (en) * | 2009-04-15 | 2009-07-27 | Оао "Нпп "Геофизика-Космос" | CORNER INSTRUMENT |
| RU2399871C1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-09-20 | Оао "Нпп "Геофизика-Космос" | Angle-measuring star-shaped device |
| RU98801U1 (en) * | 2010-06-09 | 2010-10-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" | CORNER INSTRUMENT |
-
2013
- 2013-12-09 RU RU2013154510/28A patent/RU2554599C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7064817B1 (en) * | 2003-11-04 | 2006-06-20 | Sandia Corporation | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system |
| RU85226U1 (en) * | 2009-04-15 | 2009-07-27 | Оао "Нпп "Геофизика-Космос" | CORNER INSTRUMENT |
| RU2399871C1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-09-20 | Оао "Нпп "Геофизика-Космос" | Angle-measuring star-shaped device |
| RU98801U1 (en) * | 2010-06-09 | 2010-10-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" | CORNER INSTRUMENT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013154510A (en) | 2015-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4534637A (en) | Camera with active optical range finder | |
| US8839526B2 (en) | Sighting device, in particular telescopic sight, for a geodetic measuring apparatus and optical objective unit assembly for such a sighting device | |
| NO890430L (en) | PROCEDURE AND APPARATUS FOR MEASURING INSIGHT RATING FOR ELECTRICAL AND OPTICAL SYSTEMS. | |
| JP4936818B2 (en) | Surveyor with light splitting by dichroic prism | |
| WO2013013488A1 (en) | Optical system structure of laser range finder | |
| CN105300348B (en) | A kind of laser ranging system | |
| CN106052596B (en) | Based on remote emergent pupil, small pupil diameter than design high precision photoelectric autocollimator | |
| CN104748720B (en) | Spatial angle measuring device and angle measuring method | |
| CN109358435B (en) | Device and method for adjusting perpendicularity of double telecentric lenses | |
| CN106094234A (en) | Self-aligning optical path system with polarization beam splitting element | |
| CN106940179A (en) | Light wave distance measuring system | |
| CN114730025B (en) | Composite prism based on isosceles prism and laser ranging telescope thereof | |
| JP2001050742A (en) | Optical distance measuring device | |
| RU2470258C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU2554599C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU85226U1 (en) | CORNER INSTRUMENT | |
| RU2399871C1 (en) | Angle-measuring star-shaped device | |
| RU2572463C1 (en) | Optical laser range-finder sight | |
| RU2682842C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU2335751C1 (en) | Laser device control system | |
| CN108369347B (en) | Beam shaping unit, distance measuring device and laser lighting device | |
| RU2644994C1 (en) | Angular-motion transducer | |
| CN111694144A (en) | Binocular laser coaxial range finding telescope | |
| WO2013013349A1 (en) | Optical system structure of laser range finder | |
| RU2525652C1 (en) | Angle measurement device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201210 |