RU2399871C1

RU2399871C1 - Angle-measuring star-shaped device

Info

Publication number: RU2399871C1
Application number: RU2009114143/28A
Authority: RU
Inventors: Андрей Янович Гебгарт (RU); Андрей Янович Гебгарт; Михаил Петрович Колосов (RU); Михаил Петрович Колосов; Михаил Евсеевич Гусев (RU); Михаил Евсеевич Гусев
Original assignee: Оао "Нпп "Геофизика-Космос"
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-09-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device has a geometrical standard channel (GSC) in form of an illumination unit, a collimating unit and a mirror-prism unit which directs radiation from the illumination unit to an objective lens, an objective lens, a photodetector and a computing unit. The illumination unit is made in form of three light sources placed in front of input diaphragms and lying at an angle of 120° to each other. The collimating unit is made in form of three input pinhole apertures and three output pinhole apertures lying on the rear face of the mirror-prism unit facing the objective lens outside its entrance pupil. The mirror-prism unit is a single unit made in form of parallel small front and large rear hexagonal faces facing the objective lens, whose neighbouring edges lie at an angle of 120° to each other and form six lateral mirror faces between each other, which are inclined at an acute angle to the rear face. The mirror-prism unit is mounted by its rear face on the support plane of the angle-measuring device.

EFFECT: increased accuracy of the device without complicating its design and smaller size and weight of the device.

7 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах, предпочтительно в приборах ориентации космических аппаратов.The invention relates to optoelectronic systems and can be used in angle measuring devices, preferably in spacecraft orientation devices.

Известны углоизмерительные звездные приборы, содержащие бленду, объектив с фотоприемным устройством (ФПУ) и вычислительным блоком и канал геометрического эталона (КГЭ) в виде коллиматорного блока, жестко установленного на опорной плоскости, осветителя и призмы БкР-180°, установленной перед объективом (Колосов М.П. Оптика адаптивных угломеров. - М.: ООО СКАН-1, 1997. - 412 с.).Known angle measuring star devices containing a lens hood, a lens with a photodetector (FPU) and a computing unit and a geometric reference channel (CGE) in the form of a collimator unit, rigidly mounted on a reference plane, an illuminator and prism BkR-180 ° installed in front of the lens (Kolosov M .P. Optics of adaptive goniometers. - M.: Scan-1 LLC, 1997. - 412 p.).

В этом устройстве (фиг.1) излучение от визируемой звезды, пройдя бленду 1, фокусируется объективом 2 на ФПУ 3.In this device (Fig. 1), the radiation from the sighted star, passing through the lens hood 1, is focused by the lens 2 on the FPU 3.

КГЭ обеспечивает формирование на матрице ФПУ 3 изображение точечной диафрагмы (марки) 5 коллиматора 6, подсвеченной осветителем 4. Коллимированный пучок лучей, вышедший из коллиматора 6, жестко установленного на опорной плоскости, заводится в объектив 2 через край входного зрачка с помощью призмы 7 - БкР-180°. Наличие такого изображения определяет центр опорной системы координат на ФПУ 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 ФПУ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2. Микронаклоны и микросмещения элементов КГЭ не влияют на угловое положение пучков лучей, входящих в объектив 2 из КГЭ и, следовательно, на положение изображения марки на ФПУ 2, так как коллиматор 6 жестко связан с опорной плоскостью, а призма БкР-180° (уголковый отражатель) работает в параллельных пучках.The CGE ensures the formation on the FPU 3 matrix of an image of a point diaphragm (mark) 5 of a collimator 6 illuminated by illuminator 4. A collimated beam of rays coming out of a collimator 6 rigidly mounted on a reference plane is brought into lens 2 through the edge of the entrance pupil using a prism 7 - BkR -180 °. The presence of such an image determines the center of the reference coordinate system on the FPU 3. This allows using the computing unit to measure the angular position of the image of the star relative to the image of the diaphragm 5 and, therefore, to exclude errors in determining the coordinates of the star, associated, for example, with micro displacements of the FPU 3 in the directions perpendicular to the optical axis of the lens 2. Micro-inclinations and micro-displacements of the CGE elements do not affect the angular position of the beams of rays entering the lens 2 from the CGE and, therefore, ix brand image for the FPU 2, since the collimator 6 is rigidly connected to the support plane and prism RBB-180 ° (corner reflector) running in parallel beams.

Однако при дефокусировке (d) ФПУ, вызванной, например, термодеформациями, происходит смещение (Δ) изображения диафрагмы 6 на ФПУ 3. В этом случае погрешность определения координат звезды увеличивается, а точность прибора уменьшается. Эта проблема может быть решена путем завода изображения диафрагмы 6 на ФПУ 3 вдоль оптической оси объектива 2.However, when defocusing (d) of the FPU caused, for example, by thermal deformations, the (Δ) image of the diaphragm 6 is shifted to the FPU 3. In this case, the error in determining the coordinates of the star increases and the accuracy of the device decreases. This problem can be solved by planting the image of the diaphragm 6 on the FPU 3 along the optical axis of the lens 2.

Наиболее близким по технической сущности является углоизмерительный звездный прибор ориентации и навигации космического аппарата, содержащий бленду, объектив с фотоприемным устройством и вычислительным блоком и канал геометрического эталона, 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., с.71-87).The closest in technical essence is the angle-measuring star device for orienting and navigating the spacecraft, containing a lens hood, a lens with a photodetector and a computing unit and a geometric reference channel made in the form of a mirror-prism unit glued from the prisms AP-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 MP Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft. - M .: Logos, 2007. - 247 p., Pp. 71-87).

В этом устройстве (фиг.2, 3) излучение от визируемой звезды, пройдя бленду 1, передние и задние преломляющие грани призм 7 и 8, фокусируется объективом 2 на ФПУ 3.In this device (Fig.2, 3) the radiation from the sighting star, passing through the hood 1, the front and rear refracting faces of the prisms 7 and 8, is focused by the lens 2 on the FPU 3.

В канале КГЭ излучение от осветителя 4, пройдя точечную диафрагму 5, расположенную в фокальной плоскости коллиматора 5, выполненного в виде линзового моноблока, жестко установленного на опорной плоскости, коллимируется последним и, последовательно отразившись от зеркал призмы БкР-180°, попадает в объектив 2 и фокусируется им на ФПУ 3. Полученное изображение точки определяет центр опорной системы координат на ФПУ 3. Это позволяет производить с помощью вычислительного блока 3 измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и, следовательно, исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями ФПУ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2. Ввод изображения точки из КГЭ в данной системе, в отличие от предыдущей, осуществляется вдоль оптической оси объектива 2, что обеспечивает сохранение положения указанного изображения, а следовательно, и положение центра опорной системы координат на ФПУ 3 при дефокусировке, вызванной, например, термодеформациями.In the CGE channel, the radiation from the illuminator 4, having passed the point aperture 5 located in the focal plane of the collimator 5, made in the form of a lens monoblock rigidly mounted on the reference plane, is collimated last and, subsequently reflected from the mirrors of the BkR-180 ° prism, enters the lens 2 and it focuses on the FPU 3. The resulting image of the point determines the center of the reference coordinate system on the FPU 3. This allows using the computing unit 3 to measure the angular position of the star image relative to the image of the diaphragm 5 and, therefore, eliminate the errors in determining the coordinates of the star, associated, for example, with the micro displacements of the FPU 3 in the directions perpendicular to the optical axis of the lens 2. The image of the point from the CGE in this system, in contrast to the previous one, is carried out along the optical axis of the lens 2 that ensures the preservation of the position of the specified image, and therefore the position of the center of the reference coordinate system on the FPU 3 during defocusing caused, for example, by thermal deformations.

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 ФПУ 3, так как коллиматор 6 жестко связан с опорной плоскостью, а призма БкР-180° (уголковый отражатель) работает в параллельных пучках.Micron tilts and microshifts of the CGE elements do not affect the angular position of the beams of rays entering the lens 2 from the CGE, and, therefore, the position of the images of the grades on the FPU 3, since the collimator 6 is rigidly connected to the reference plane, and the prism BkR-180 ° (angular reflector) operates in parallel beams.

Возможны два варианта исполнения зеркально-призменного блока канала КГЭ.Two versions of the mirror-prismatic block of the CGE channel are possible.

В первом случае (фиг.2) склеенный зеркально-призменный блок для обеспечения оптимальных габаритно-массовых характеристик имеет минимально возможную толщину. Клеевое соединение призм АР-90° и БкР-180° занимает часть зрачка объектива 2. Каждая из этих призм имеет свою остаточную технологическую клиновидность. Слой клея между этими призмами также имеет свою технологическую клиновидность. Углы наклонов склеиваемых участков призм также выполнены с технологическими допуском. В результате при прохождении зеркально-призменной системы пучка лучей на проход (от звезды) в каждом из трех участков А, В и С возникает различная суммарная клиновидность, приводящая к троению изображения звезды на ФПУ 3 и, соответственно, к ухудшению точности угломера.In the first case (figure 2) glued mirror-prism block to ensure optimal overall mass characteristics has the smallest possible thickness. The glue connection of the prisms AP-90 ° and BkR-180 ° occupies part of the pupil of lens 2. Each of these prisms has its own residual technological wedge. The glue layer between these prisms also has its own technological wedge shape. The slope angles of the glued sections of the prisms are also made with technological tolerance. As a result, during the passage of the mirror-prism system of the beam of rays into the passage (from the star) in each of the three sections A, B, and C, a different total wedge shape arises, leading to the tripling of the star image on FPU 3 and, accordingly, to a deterioration in the accuracy of the angle meter.

Во втором случае построения (фиг.3) за счет увеличения толщины зеркально-призменной системы КГЭ зона клеевого соединения призм 7 и 8 перекрывает входной зрачок объектива 2 и, следовательно, троение изображения звезды на матрице ФПУ 3 не происходит. Однако увеличение указанной толщины приводит к тому, что расстояние от входного зрачка объектива 2 до выходного окна бленды 1 также увеличивается. При этом вследствие определенной величины углового поля прибора увеличение расстояния между элементами 7 и 8 приводит увеличению выходного окна бленды D, а следовательно, к увеличению ее габаритов и, соответственно, к увеличению габаритно-массовых характеристик всего прибора (см. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. - М.: Логос, 2007. - 247 с.).In the second construction case (Fig. 3), due to an increase in the thickness of the mirror-prismatic CGE system, the glue connection zone of prisms 7 and 8 overlaps the entrance pupil of lens 2 and, therefore, the star image is not tripled on the FPU 3 matrix. However, an increase in this thickness leads to the fact that the distance from the entrance pupil of the lens 2 to the output window of the hood 1 also increases. Moreover, due to a certain value of the angular field of the device, an increase in the distance between elements 7 and 8 leads to an increase in the output window of the hood D, and consequently, to an increase in its dimensions and, accordingly, to an increase in the overall mass characteristics of the entire device (see V. Fedoseev, Kolosov MP Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft. - M .: Logos, 2007. - 247 p.).

И в первом, и во втором вариантах исполнения прибора угловое положение пучка от визируемой звезды, прошедшего через призмы 7 и 8 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 разворот призм 7 и 8 относительно друг друга и, как следствие, приводит к образованию дополнительного клина в зоне указанного соединения (фиг.4), приводящему к отклонению пучка от первоначального направления, что для высокоточных приборов недопустимо. Для устранения указанного недостатка возможно, например, усложнение конструкции крепления зеркально-призменного блока, специальный термообогрев корпуса и т.д. Однако этот путь приводит к усложнению конструкции и к ухудшению габаритно-массовых характеристик прибора.In both the first and second versions of the device, the angular position of the beam from the sighting star passing through prisms 7 and 8 to the passage in the area of their adhesive connection is not stable, which reduces the accuracy of the device. This is due to the difference in the physical and technical properties of glue and glass, which with significant temperature, vibration and shock influences leads to deformations. These deformations cause the prisms 7 and 8 to rotate relative to each other and, as a result, lead to the formation of an additional wedge in the zone of the indicated connection (Fig. 4), leading to a deviation of the beam from the original direction, which is unacceptable for high-precision devices. To eliminate this drawback, it is possible, for example, to complicate the mounting structure of the mirror-prism unit, special heat-sink of the housing, etc. However, this path leads to a complication of the design and to a deterioration of the overall mass characteristics of the device.

Целью изобретения является повышение точности прибора без усложнения его конструкции и уменьшение габаритно-массовых характеристик.The aim of the invention is to increase the accuracy of the device without complicating its design and reducing the overall mass characteristics.

Цель достигается тем, что в углоизмерительном звездном приборе, содержащем канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде осветительного блока, коллиматорного блока и зеркально-призменного блока, осуществляющего ввод излучения от осветительного блока в объектив, объектив, фотоприемное устройство и вычислительный блок, осветительный блок выполнен в виде трех источников света, установленных перед входными диафрагмами и расположенных под углом 120° друг к другу, коллиматорный блок выполнен в виде трех входных точечных диафрагм и трех выходных точечных диафрагм, расположенных на задней, обращенной к объективу, вне его входного зрачка, грани зеркально-призменного блока, а зеркально-призменный блок представляет собой единый моноблок, выполненный в виде параллельных меньшей передней и большей задней, обращенной к объективу, шестиугольных гранях, соседние ребра которых расположены под углом 120° друг к другу и образуют шесть боковых зеркальных граней между собой, которые наклонены под острым углом к задней грани, при этом зеркально-призменный блок своей задней гранью установлен на опорной (посадочной) плоскости углоизмерительного прибора.The goal is achieved by the fact that in a stellar angle measuring device containing a geometric reference channel (CGE), made in the form of a lighting unit, a collimator unit and a mirror-prism unit that carries out the input of radiation from the lighting unit into the lens, objective, photodetector and computing unit, lighting the block is made in the form of three light sources installed in front of the input diaphragms and located at an angle of 120 ° to each other, the collimator block is made in the form of three input point diaphragms and the output exit point diaphragms located on the back, facing the lens, outside its entrance pupil, the face of the mirror-prism block, and the mirror-prism block is a single monoblock made in the form of parallel hexagonal faces parallel to the smaller front and larger back, facing the lens , adjacent ribs of which are located at an angle of 120 ° to each other and form six lateral mirror faces between themselves, which are inclined at an acute angle to the rear face, while the mirror-prism block with its rear face getting on the support (landing) plane angle measurement device.

Кроме того, предпочтительно, чтобы перед меньшей, передней гранью зеркально призменного блока дополнительно была установлена бленда.In addition, it is preferable that, in front of the smaller, front face of the mirror-prism unit, a hood is additionally installed.

Также предпочтительно, чтобы шесть боковых зеркальных граней были наклонены под углом 45° к задней грани.It is also preferred that the six lateral mirror faces are inclined at an angle of 45 ° to the rear face.

Также предпочтительно, чтобы наклон боковых зеркальных граней, расположенных напротив выходных диафрагм выбирался таким образом, чтобы обеспечить на входе объектива необходимое отклонение пучка света от оси прибора для формирования на чувствительной площадке фотоприемного устройства опорной системы координат.It is also preferable that the inclination of the lateral mirror faces opposite the output diaphragms be selected so as to provide the necessary deviation of the light beam from the axis of the device at the input of the lens to form a reference coordinate system on the sensitive area of the photodetector device.

Также предпочтительно, чтобы расположение диафрагм было выбрано таким образом, чтобы обеспечить на входе объектива необходимое отклонение пучка света от оси прибора для формирования на чувствительной площадке фотоприемного устройства опорной системы координат.It is also preferable that the location of the diaphragms be chosen so as to provide the necessary deviation of the light beam from the axis of the device at the input of the lens to form a reference coordinate system on the sensitive area of the photodetector.

Также предпочтительно, чтобы передняя и задняя грани представляли собой подобные шестиугольники, образованные из равносторонних треугольников с одинаково усеченными параллельно сторонам вершинами. Либо предпочтительно, чтобы передняя и задняя грани представляли собой подобные равносторонние шестиугольники.It is also preferred that the front and rear faces are similar hexagons formed from equilateral triangles with vertices equally truncated parallel to the sides. Or it is preferable that the front and rear faces are similar equilateral hexagons.

Таким образом, предлагаемое техническое решение представляет собой совокупность существенных признаков, которые в сравнении с прототипом обладают новизной. Использование в оптико-электронных углоизмерительных звездных приборах каналов геометрического эталона известно (см. например, Кузьмин B.C., Федосеев В.И. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: опыт разработки, проблемы и тенденции // Оптический журнал. - 1996. - №7. - С.4-9.).Thus, the proposed technical solution is a combination of essential features that, in comparison with the prototype, have novelty. The use of geometric standard channels in optical-electronic angle-measuring star devices is known (see, for example, Kuzmin BC, Fedoseev V.I. Optoelectronic devices for orienting and navigating spacecraft: development experience, problems and trends // Optical Journal. - 1996. - No. 7. - P.4-9.).

Однако использование в углоизмерительном звездном приборе, содержащем бленду, канал геометрического эталона, выполненный в виде осветительного блока, коллиматорного блока и зеркально-призменного блока, осуществляющего ввод излучения от осветительного блока в объектив, объектив, фотоприемное устройство и вычислительный блок, осветительного блока, выполненного в виде трех источников света, установленных перед входными диафрагмами и расположенных под углом 120° друг к другу, коллиматорного блока, выполненного в виде трех входных точечных диафрагм и трех выходных точечных диафрагм, расположенных на задней, обращенной к объективу, вне его входного зрачка, грани зеркально-призменного блока, а зеркально-призменный блок в виде единого моноблока, выполненного в виде параллельных меньшей передней и большей задней, обращенных к объективу шестиугольных граней, все ребра которых расположены под углом 120° друг к другу и образуют шесть боковых зеркальных граней между собой, которые наклонены под острым углом к задней грани, при этом зеркально-призменный блок своей задней гранью установлен на опорной плоскости углоизмерительного прибора, является неизвестным техническим решением, так как придает ему новое свойство - высокую стабильность оптических характеристик КГЭ и, следовательно, практическое устранение влияния жестких условий эксплуатации на прохождение рабочих пучков, что обеспечивает повышение точности прибора без усложнения конструкции и ухудшения габаритно-массовых характеристик. Таким образом, заявленное техническое решение обладает существенными отличиями.However, the use of a geometrical standard channel in a stellar angle-measuring device containing a hood is made in the form of a lighting unit, a collimator unit and a mirror-prism unit carrying out radiation input from the lighting unit into the lens, objective, photodetector and computing unit, the lighting unit made in in the form of three light sources installed in front of the input diaphragms and located at an angle of 120 ° to each other, a collimator unit made in the form of three input point x diaphragms and three output pinpoint diaphragms located on the back facing the lens, outside its entrance pupil, the edges of the mirror-prism block, and the mirror-prism block in the form of a single monoblock, made in the form of parallel smaller front and larger rear facing the lens hexagonal faces, all edges of which are located at an angle of 120 ° to each other and form six lateral mirror faces between themselves, which are inclined at an acute angle to the rear face, while the mirror-prism block with its rear face mounted on the reference plane of an angle measuring device, it is an unknown technical solution, as it gives it a new property - high stability of the optical characteristics of the CGE and, therefore, the practical elimination of the influence of harsh operating conditions on the passage of working beams, which improves the accuracy of the device without complicating the design and deteriorating overall mass characteristics. Thus, the claimed technical solution has significant differences.

Предлагаемая совокупность существенных признаков по сравнению с прототипом за счет единой моноблочности КГЭ без использования клеевых соединений, устанавливаемого на базовой опорной плоскости, позволяет обеспечить практическую неизменность углового положения выходящих из КГЭ пучков лучей как от визируемого объекта на проход, так и от марок КГЭ, то есть повысить точность устройства.The proposed set of essential features in comparison with the prototype due to the uniform monoblock of the CGE without the use of adhesive joints installed on the base reference plane allows us to ensure the practically unchanged angular position of the beam of rays emerging from the CGE both from the sighted object to the passage and from the CGE marks, i.e. increase the accuracy of the device.

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. На фиг.2, 3 приведена оптическая схема ближайшего аналога - прототипа. На фиг.4 приведена оптическая схема зеркально-призменного блока прототипа и ход лучей в нем.Figure 1 shows the optical circuit of an analogue known from the prior art. Figure 2, 3 shows the optical scheme of the closest analogue of the prototype. Figure 4 shows the optical scheme of the mirror-prism block of the prototype and the path of the rays in it.

На фиг.5, 6 приведена оптическая схема предлагаемого устройства. На фиг.7 показано объемное изображение зеркально-призменного блока КГЭ, используемого в предлагаемом устройстве. На фиг.8 приведена развертка зеркально-призменного блока КГЭ и ход лучей в нем, используемого в предлагаемом устройстве. На фиг.9 показано изображение марок, получаемое на ФПУ. На фиг.10 показано положение изображения марок на ФПУ при дефокусировке.Figure 5, 6 shows the optical diagram of the proposed device. Figure 7 shows a three-dimensional image of the mirror-prismatic block of the CGE used in the proposed device. On Fig shows the scan of the mirror-prismatic block of the CGE and the path of the rays in it used in the proposed device. Figure 9 shows the image of the marks obtained on the FPU. Figure 10 shows the position of the image marks on the FPU during defocusing.

Предлагаемое устройство содержит: бленду 1, объектив 2, ФПУ с вычислительным блоком 3, три осветителя 4, зеркально-призменный блок 6 с шестью точечными прозрачными диафрагмами 5 и 7. Зеркально-призменный блок 6 выполнен в виде единой оптической детали с зеркальными наклонными гранями, диафрагмы 5 и 7 выполнены путем фотолитографии на задней поверхности зеркально-призменного блока 6, а осветители 3 - в виде, например, светодиодов. Фотоприемное устройство 3 может быть выполнено в виде матрицы ПЗС, подключенной к вычислительному блоку (на фигурах не показан). Таким образом, предлагаемые примеры реализации подтверждают осуществимость заявленного технического решения.The proposed device contains: a hood 1, a lens 2, a FPU with a computing unit 3, three illuminators 4, a mirror-prism block 6 with six point transparent diaphragms 5 and 7. The mirror-prism block 6 is made in the form of a single optical part with mirror inclined faces, the diaphragms 5 and 7 are made by photolithography on the back surface of the mirror-prism unit 6, and the illuminators 3 are in the form, for example, of LEDs. The photodetector device 3 can be made in the form of a CCD matrix connected to a computing unit (not shown in the figures). Thus, the proposed implementation examples confirm the feasibility of the claimed technical solution.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

излучение от визируемой звезды (фиг.5), пройдя бленду 1, предназначенную для подавления паразитных засветок, зеркально-призменный блок КГЭ 6 (фиг.8) на проход, попадает во входной зрачок объектива 2 и фокусируется на ФПУ 3. Излучение от каждого осветителя 4, пройдя точечную прозрачную диафрагму 5, последовательно отразившись от наклонных зеркал зеркально-призменного блока КГЭ 6 и пройдя точечную диафрагму 7, выходит из КГЭ. Наличие двух разнесенных по ходу луча точечных диафрагм формирует нитевидный пучок лучей с геометрической расходимостью, определяемой выражением (фиг.8):the radiation from the sighting star (Fig. 5), having passed through a lens hood 1 designed to suppress spurious flare, the KGE 6 mirror-prism block (Fig. 8) passes into the entrance pupil of the lens 2 and focuses on the FPU 3. Radiation from each illuminator 4, having passed the point transparent diaphragm 5, successively reflected from the inclined mirrors of the mirror-prismatic block CGE 6 and passing the point diaphragm 7, leaves the CGE. The presence of two point diaphragms spaced along the beam forms a filamentous beam of rays with a geometric divergence defined by the expression (Fig. 8):

2ω=2arcsin{n sin [(arctg(D₁+D₂)/L]}, где D₁, D₂ - диаметры диафрагм 5 и 7, L - длина развернутого в плоскопараллельную пластину КГЭ, n - показатель его преломления. Диафрагма 7 работает как камера обскура.2ω = 2arcsin {n sin [(arctan (D ₁ + D ₂ ) / L]}, where D ₁ , D ₂ are the diameters of the diaphragms 5 and 7, L is the length of the CGE deployed into the plane-parallel plate, n is the refractive index. 7 works like a pinhole camera.

Соответствующее расположение точечных диафрагм 5 и 7 на задней поверхности зеркально-призменного блока 6 позволяет обеспечить необходимое угловое отклонение пучка от оси блока. Угловое отклонение оси вышедшего пучка от оси блока β определится выражением:The corresponding location of the point diaphragms 5 and 7 on the rear surface of the mirror-prism block 6 allows you to provide the necessary angular deviation of the beam from the axis of the block. The angular deviation of the axis of the emerging beam from the axis of the block β is determined by the expression:

β=arcsin{n sin [arctg(a-b)/L]}, где a и b - соответственно расстояния от центра диафрагм 7 и 5 до близлежащего края. 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 β 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.β = arcsin {n sin [arctan (a-b) / L]}, where a and b are, respectively, the distances from the center of the diaphragms 7 and 5 to the nearby edge. 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 β 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 (β) может быть реализовано также и за счет изменения углов наклона (γ) зеркальных граней, расположенных напротив выходных диафрагм 7 (фиг.8). В этом случае угловое отклонение оси каждого пучка определится выражением:The necessary angular deviation of the axes of the emerged beams (β) can also be realized by changing the tilt angles (γ) of the mirror faces located opposite the output diaphragms 7 (Fig. 8). In this case, the angular deviation of the axis of each beam is determined by the expression:

β=arcsin(n sin 2Δγ), где Δγ - изменение угла наклона зеркальной грани.β = arcsin (n sin 2Δγ), where Δγ is the change in the angle of inclination of the mirror face.

Далее пучки вне зоны входного зрачка фокусируются объективом 2 на ФПУ 3 в виде изображения трех точек (фиг.9), расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Наличие изображения трех точек определяет опорную систему координат прибора на ФПУ 3, относительно которой производится измерение положения объекта, например, визируемой звезды. Начало координат находится в ортоцентре указанного треугольника, совпадающего с оптической осью. Все это позволяет производить измерения положения объекта, например, визируемой звезды относительно полученного изображения марок и, следовательно, исключить погрешности определения координат, связанные, например, с микросмещениями ФПУ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2. Также исключаются погрешности определения координат визируемой звезды, связанные с возможным разворотом ФПУ 3 относительно оптической оси.Next, the beams outside the entrance pupil are focused by the lens 2 on the FPU 3 in the form of an image of three points (Fig. 9) located at the vertices of an equilateral triangle. The presence of the image of three points determines the reference coordinate system of the device on FPU 3, relative to which the measurement of the position of the object, for example, the sighted star. The origin is in the orthocenter of the specified triangle, coinciding with the optical axis. All this makes it possible to measure the position of an object, for example, a star being visually observed relative to the obtained image of marks and, therefore, to exclude errors in determining coordinates, associated, for example, with micro displacements of FPU 3 in directions perpendicular to the optical axis of lens 2. Also, errors in determining the coordinates of a sighted star are eliminated, associated with the possible rotation of the FPU 3 relative to the optical axis.

При дефокусировке ФПУ 3 (фиг.10), вновь образованный треугольник, в вершинах которого расположены изображения марок, созданных КГЭ, сохраняет свое подобие первоначальному, при этом ортоцентр треугольника остается на оптической оси. Следовательно, и в новой плоскости установки (плоскость изображения 2) определяется практически неизменное положение системы координат на ФПУ 3.When defocusing FPU 3 (Fig. 10), the newly formed triangle, at the tops of which are located the images of the marks created by the CGE, retains its similarity to the original, while the orthocenter of the triangle remains on the optical axis. Therefore, in the new installation plane (image plane 2), an almost unchanged position of the coordinate system on FPU 3 is determined.

Выполнение зеркально-призменного блока КГЭ 6 в виде единой оптической детали без использования клеевых соединений, жестко установленного задней преломляющей гранью на опорной плоскости, обеспечивает высокую стабильность углового положения вышедших из КГЭ пучков относительно опорной плоскости и прошедших КГЭ пучков от объекта, например, 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-prismatic block KGE 6 in the form of a single optical part without the use of adhesive joints, rigidly installed by the rear refracting face on the reference plane, ensures high stability of the angular position of the emitted from the CGE beams relative to the reference plane and transmitted by the CGE beams from an object, for example, a sighted star at significant temperature, vibration and shock effects, which increases the accuracy of the device. In this case, the thickness of the CGE along the optical axis of the lens can be extremely small, which improves the overall mass characteristics of the entire device.

Claims

1. Angle-measuring stellar device containing a geometric reference channel (CGE), made in the form of a lighting unit, a collimator unit and a mirror-prism unit that carries out the input of radiation from the lighting unit into the lens, objective, photodetector and computing unit, characterized in that the lighting the block is made in the form of three light sources installed in front of the input diaphragms and located at an angle of 120 ° to each other, the collimator block is made in the form of three input point diaphragms and three exit point diaphragms located on the back, facing the lens, outside its entrance pupil, the face of the mirror-prism block, and the mirror-prism block is a single monoblock made in the form of parallel hexagonal faces parallel to the smaller front and larger back, facing the lens, adjacent ribs of which are located at an angle of 120 ° to each other and form six lateral mirror faces between themselves, which are inclined at an acute angle to the rear face, while the mirror-prism block is installed with its rear face it is mounted on the reference plane of the angle measuring device.

2. The stellar angle measuring device according to claim 1, characterized in that in front of the smaller, front face of the mirror-prism unit, a hood is additionally installed.

3. The stellar angle measuring instrument according to claim 2, characterized in that the six side mirror faces of the mirror-prism block are inclined at an angle of 45 ° to its rear face.

4. The stellar angle measuring device according to claim 2, characterized in that the inclination of the side mirror faces of the mirror-prism block opposite the output diaphragms is selected so as to provide the necessary deviation of the light beam from the axis of the device at the input of the lens to form a reference system on the photodetector device coordinates.

5. The stellar angle measuring device according to claim 2, characterized in that the location of the diaphragms is selected so as to provide the necessary deviation of the light beam from the axis of the device at the input of the lens to form a reference coordinate system on the photodetector.

6. The stellar angle measuring instrument according to claim 2, characterized in that the front and rear faces are similar hexagons formed from equilateral triangles with vertices equally truncated parallel to the sides.

7. The stellar angle measuring device according to claim 2, characterized in that the front and rear faces are similar equilateral hexagons.