RU2475966C1

RU2475966C1 - System of object teleorientation

Info

Publication number: RU2475966C1
Application number: RU2011136935/28A
Authority: RU
Inventors: Олег Леонидович Головков; Галина Александровна Купцова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Государственный Рязанский приборный завод" (ОАО "ГРПЗ")
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-02-20

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: system comprises a laser, a double-coordinate acoustic-optical deflector, comprising the first and second anisotropic acoustic-optical cells turned relative to each othe by 90°, the third anisotropic acoustic-optical cell, a telescope and a measuring channel, made of a polarising light-dividing unit, a telescopic system, two pairs of optical wedges, a position sensitive photodetector, a wave plate λ/2 and an optical splitter. Downstream the double-coordinate acoustic-optical deflector there is a polarising light-dividing unit installed with a roof, consisting of a prism in the form of a parallelogram BS-0 with the following components glued to radiation-deflecting faces - a triangular rectangular prism AR-90 and a prism in the form of a parallelogram BkS-0 with a roof on an inclined face, and downstream the third anisotropic acoustic-optical cell there is an optical splitter with a roof representing a prism in the form of a parallelogram BS-0 with the following components glued to radiation-deflecting faces - a triangular rectangular prism AR-90 and a triangular rectangular prism 9 BkR-180 with a roof on a cathetus. The wave plate is installed on the way of radiation propagation as it is reflected from the roof of the polarising light-dividing unit.

EFFECT: increased stability of system operation.

Description

Изобретение относится к области лазерной техники и используется для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или своды мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т.п.The invention relates to the field of laser technology and is used to form the information field of laser teleorientation and navigation systems, optical communications, and can be used in the control, landing and docking of aircraft, piloting vessels through narrow or arched bridges, remote control of robotic devices in hazardous areas etc.

Из уровня техники известна лазерная система телеориентации (патент на изобретение RU №2177208, МПК Н04В 10/10, 2001). Данная лазерная система телеориентации включает последовательно установленные лазер, двухкоординатный акустооптический дефлектор, содержащий две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые друг относительно друга на 90°, поляризационную светоделительную призму, создающую два канала распространения лазерного излучения, которая, в свою очередь, состоит из призмы ВР-0 в виде параллелограмма с приклеенными к отклоняющим излучение граням призмами АР-90. Отклоняющие излучение грани призмы обладают поляризационно-избирательными свойствами, которые направляют лазерное излучение по каналу I, если работают два акустооптических дефлектора (разворот плоскости поляризации лазерного излучения на 180°), и по каналу II, если работает один из акустооптических дефлекторов (разворот плоскости поляризации лазерного излучения на 90°). Для управления излучением по двум координатам в канале II используется дополнительный акустооптический дефлектор. Телескоп формирует ближнюю зону телеориентации объекта, так как использование телескопа с уменьшением изображения позволяет увеличить угловую величину поля управления объектом.The prior art laser television orientation system (patent for invention RU No. 2177208, IPC Н04В 10/10, 2001). This laser teleorientation system includes a sequentially installed laser, a two-coordinate acousto-optic deflector, containing two anisotropic acousto-optic cells rotated 90 ° from each other, a polarizing beam-splitting prism, which creates two channels of laser radiation propagation, which, in turn, consists of a VR-0 prism in the form of a parallelogram with AR-90 prisms glued to the faces deflecting radiation. Prism-deflecting prism faces have polarization-selective properties that direct laser radiation through channel I if two acousto-optical deflectors are working (180 ° rotation of the plane of polarization of the laser radiation) and channel II if one of the acousto-optical deflectors is working (rotation of the laser polarization plane radiation at 90 °). To control radiation in two coordinates in channel II, an additional acousto-optic deflector is used. The telescope forms the near zone of the object’s teleorientation, since the use of the telescope with image reduction allows you to increase the angular magnitude of the object’s control field.

При использовании данного изобретения происходит разъюстировка обоих каналов относительно конструктивных осей изделия, в первую очередь за счет изменения температуры окружающей среды, так как изменяется скорость распространения акустической волны в дефлекторах, что приводит к ухудшению точности управления объектом. Данную ошибку можно компенсировать введением поправки частоты акустической волны в зависимости от температуры среды, но в процессе работы происходит разный разогрев дефлекторов, и процесс имеет динамический характер. Поэтому необходимо непрерывно контролировать изменение положения лазерного излучения относительно конструктивных осей изделия и корректировать его соответствующим образом.When using this invention, the alignment of both channels relative to the structural axes of the product occurs, primarily due to changes in ambient temperature, since the propagation speed of the acoustic wave in the deflectors changes, which leads to a deterioration in the accuracy of control of the object. This error can be compensated by introducing a correction of the frequency of the acoustic wave depending on the temperature of the medium, but in the process of work different heating of the deflectors occurs, and the process has a dynamic character. Therefore, it is necessary to continuously monitor the change in the position of the laser radiation relative to the structural axes of the product and adjust it accordingly.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является устройство стабилизации лазерной системы телеориентации (патент РФ на изобретение №2381625, МПК Н04В 10/10, 2010), содержащее последовательно установленные лазер, двухкоординатный акустооптический дефлектор, включающий две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые относительно друг друга на 90°, третью анизотропную акустооптическую ячейку и телескоп, а также измерительный канал, включающий поляризационный светоделительный блок с зеркальной торцевой гранью, установленный между двухкоординатным акустооптическим дефлектором и третьей анизотропной акустооптической ячейкой, а также волновую пластинку (λ/2) и поляризационный оптический разветвитель лазерного излучения, установленные между анизотропной акустооптической ячейкой и телескопом, а также последовательно установленные по ходу лазерного излучения две пары оптических клиньев, одна из которых размещена после поляризационного оптического разветвителя лазерного излучения, а другая - после поляризационного светоделительного блока, а также телескопическую систему и позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, при этом зеркальные покрытия поляризационного светоделительного блока и поляризационного оптического разветвителя имеют разные поляризационные свойства.Closest to the claimed technical solution is the stabilization device of the laser teleorientation system (RF patent for the invention No. 2381625, IPC Н04В 10/10, 2010), which contains a laser in series, a two-coordinate acousto-optic deflector, including two anisotropic acousto-optic cells 90 rotated relative to each other °, a third anisotropic acousto-optic cell and telescope, as well as a measuring channel including a polarizing beam splitting unit with a mirror end face mounted Between the two-coordinate acousto-optic deflector and the third anisotropic acousto-optic cell, as well as a wave plate (λ / 2) and a polarizing optical laser splitter installed between the anisotropic acousto-optic cell and the telescope, as well as two pairs of optical wedges sequentially installed along the laser radiation, one of which placed after the polarizing optical splitter of laser radiation, and the other after the polarizing beam splitting unit, as well as telescopes system and a position-sensitive photodetector, while the mirror coatings of the polarizing beam splitter and polarizing optical coupler have different polarization properties.

В данном изобретении отсутствует стабилизация излучения поступающего в измерительный канал при угловых перемещениях поляризационной светоделительной призмы и поляризационного оптического разветвителя, что было обнаружено при акустических ударах. Так же при применении данной оптической схемы недостаточно места для компактного расположения телескопической системы, которая выступает за края изделий.In this invention, there is no stabilization of the radiation entering the measuring channel during angular movements of the polarizing beam splitting prism and the polarizing optical splitter, which was discovered during acoustic shocks. Also, when using this optical scheme, there is not enough space for a compact arrangement of a telescopic system that protrudes beyond the edges of the products.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - создать такую систему телеориентации, у которой на стабильность пространственного положения пучков лазерного излучения не сказывались бы угловые и линейные уходы оптических элементов, вызванные внешними источниками воздействия (температура и вибрация).The problem to which the invention is directed is to create a tele-orientation system in which the angular and linear drifts of optical elements caused by external sources of influence (temperature and vibration) would not affect the spatial position of the laser beams.

Технический результат направлен на повышение стабильности работы лазерной системы телеориентации за счет использования светоделительной призмы и оптического разветвителя, использующих принцип уголковых отражателей, т.е. призм с крышей.The technical result is aimed at improving the stability of the laser teleorientation system through the use of a beam splitting prism and an optical splitter using the principle of corner reflectors, i.e. prisms with a roof.

Технический результат достигается тем, что система телеориентации объекта состоит из последовательно установленных лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из первой и второй анизотропных акустооптических ячеек, развернутых друг относительно друга на 90°, третьей анизотропной акустооптическую ячейки, телескопа и измерительного канала, состоящего из поляризационно-светоделительного блока, телескопической системы, двух пар оптических клиньев, позиционно-чувствительного фотоприемника, волновой пластинки λ/2 и оптического разветвителя, при этом после двухкоординатного акустооптического дефлектора установлен поляризационный светоделительный блок с крышей, состоящий из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и призмы в виде параллелограмма БкС-0 с крышей на наклонной грани, а после третьей анизотропной акустооптичесой ячейки установлен оптический разветвитель с крышей, представляющий собой призму в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и треугольной прямоугольной призмы 9 БкР-180 с крышей на катете, при этом волновая пластинка установлена на пути распространения излучения при его отражении от крыши поляризационного светоделительного блока.The technical result is achieved by the fact that the object’s teleorientation system consists of a sequentially mounted laser, a two-coordinate acousto-optic deflector, consisting of the first and second anisotropic acousto-optic cells rotated 90 ° from each other, a third anisotropic acousto-optic cell, a telescope and a measuring channel, consisting of a polarization beam splitter, telescopic system, two pairs of optical wedges, position-sensitive photodetector, wave plate λ / 2 and an optical splitter, and after a two-coordinate acousto-optical deflector, a polarizing beam splitting unit with a roof is installed, consisting of a prism in the form of a parallelogram BS-0 with glued to the radiation-deflecting faces of a triangular rectangular prism AP-90 and a prism in the form of a parallelogram BKS-0 with a roof on an inclined face, and after the third anisotropic acousto-optical cell, an optical splitter with a roof is installed, which is a prism in the form of a BS-0 parallelogram with glued to the deflecting radiation the faces of the triangular rectangular prism AP-90 and the triangular rectangular prism 9 BkR-180 with a roof on the leg, while the wave plate is installed on the path of propagation of radiation when it is reflected from the roof of the polarizing beam splitting unit.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом.The essence of the proposed device is illustrated in the drawing.

Система телеориентации объекта состоит из последовательно установленных лазера 1, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из первой 2 и второй 3 анизотропных акустооптических ячеек, развернутых друг относительно друга на 90°, третьей анизотропной акустооптическую ячейки 5, телескопа 7 и измерительного канала, состоящего из поляризационно-светоделительного блока 4, телескопической системы 12, двух пар оптических клиньев 11, позиционно-чувствительного фотоприемника 13, волновой пластинки λ/2 10, оптического разветвителя 6. При этом после двухкоординатного акустооптического дефлектора установлен поляризационный светоделительный блок 4 с крышей, состоящий из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням прямоугольной треугольной призмы АР-90 и призмы в виде параллелограмма 8 БкС-0 с крышей на наклонной грани, а после третьей анизотропной акустооптичесой ячейки 5 установлен оптический разветвитель 6 с крышей, представляющий собой призму в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням прямоугольной треугольной призмы АР-90 и прямоугольной треугольной призмы 9 БкР-180 с крышей на катете, а волновая пластинка λ/2 10 установлена на пути распространения излучения при его отражении от крыши поляризационного светоделительного блока 4.The object’s teleorientation system consists of a sequentially installed laser 1, a two-coordinate acousto-optic deflector, consisting of the first 2 and second 3 anisotropic acousto-optic cells rotated 90 ° from each other, the third anisotropic acousto-optic cell 5, a telescope 7, and a measuring channel, consisting of a polarization-beam splitter unit 4, telescopic system 12, two pairs of optical wedges 11, position-sensitive photodetector 13, wave plate λ / 2 10, optical splitter 6. P In this case, after a two-coordinate acousto-optical deflector, a polarizing beam splitting unit 4 with a roof is installed, consisting of a prism in the form of a parallelogram BS-0 with glued to the radiation-deflecting faces of a rectangular triangular prism AP-90 and a prism in the form of a parallelogram 8 Bks-0 with a roof on an inclined edge, and after the third anisotropic acousto-optical cell 5, an optical splitter 6 with a roof is installed, which is a prism in the form of a BS-0 parallelogram with rectangular edges glued to the radiation-deflecting edges eugolnoy prism AR-90 rectangular and triangular prism 9 RBB-180 with a roof on catheters and the wave plate λ / February 10 installed on the path of propagation of radiation when reflected from the roof of the polarization-splitting unit 4.

Система телеориентации объекта работает следующим образом.The teleorientation system of the object works as follows.

Лазерное излучение от лазера 1 при включенных первой 2 и второй 3 акустооптических ячейках проходит и отклоняется поляризационным светоделительным призменным блоком 4 с крышей (канал I). Далее излучение без изменений проходит через оптический разветвитель 6 с крышей и выходит вне. На вторую зеркальную грань поляризационного светоделительного призменного блока 4 с крышей нанесено зеркальное покрытие, пропускающее малую часть лазерного излучения (например, 1%). Излучение, проходя через это покрытие, отражается от крыши призмы БкС-08 (канал III), проходит волновую пластинку λ/2 10, с помощью которой осуществляется поворот плоскости поляризации на 90°, пару оптических клиньев 11 и падает на вторую отклоняющую грань оптического разветвителя 6 с крышей. На вторую зеркальную грань оптического разветвителя 6 с крышей нанесено зеркальное поляризационно-избирательное покрытие, выполненное таким образом, чтобы излучение, имеющее плоскость поляризации, развернутую волновой пластинкой λ/2 10, полностью отражалось. Далее излучение канала III полностью отражается от крыши призмы БкР-180 9, проходит пару оптических клиньев 11, телескопическую систему 12 и падает на позиционно-чувствительный фотоприемник 13. Телескопическая система 12 уменьшает изображение, за счет чего моделируется большее расстояние до позиционно-чувствительного фотоприемника 13.Laser radiation from laser 1 when the first 2 and second 3 acousto-optic cells are switched on passes and is deflected by a polarizing beam splitting prism unit 4 with a roof (channel I). Further, the radiation passes unchanged through the optical splitter 6 with a roof and goes out. On the second mirror face of the polarizing beam splitting prism unit 4 with a roof, a mirror coating is applied, transmitting a small part of the laser radiation (for example, 1%). The radiation passing through this coating is reflected from the roof of the BKS-08 prism (channel III), passes through the λ / 2 10 wave plate, with the help of which the polarization plane is rotated 90 °, a pair of optical wedges 11 and falls on the second deflecting face of the optical splitter 6 with a roof. A mirror-polarized selective coating is applied on the second mirror face of the optical splitter 6 with a roof, made in such a way that radiation having a plane of polarization developed by the wave plate λ / 2 10 is completely reflected. Further, the radiation of channel III is completely reflected from the roof of the BkR-180 prism 9, passes through a pair of optical wedges 11, a telescopic system 12 and falls on a position-sensitive photodetector 13. The telescopic system 12 reduces the image, due to which a greater distance to the position-sensitive photodetector 13 is simulated .

Лазерное излучение, при одной включенной первой 2 анизотропной акустооптической ячейке, проходит через поляризационный светоделительный блок 13 с крышей без отклонения (канал II). Лазерное излучение в канале II, после включенной третьей анизотропной акустооптической ячейки 5, проходит через поляризационный оптический разветвитель 6 с крышей, через телескоп 7 и выходит вне, при этом на первую грань оптического разветвителя 6 с крышей нанесено покрытие, отражающее малую часть лазерного излучения, которое за счет ортогональной поляризации к каналу III проходит без потерь через вторую зеркальную поляризационно-избирательную отражающую грань оптического разветвителя 6 с крышей, и далее распространяется аналогично излучению из канала III.Laser radiation, when the first 2 anisotropic acousto-optic cell is turned on, passes through the polarizing beam splitting unit 13 with a roof without deviation (channel II). The laser radiation in channel II, after the third anisotropic acousto-optic cell 5 is turned on, passes through the polarizing optical splitter 6 with the roof, through the telescope 7 and exits, while the first face of the optical splitter 6 with the roof is coated, reflecting a small part of the laser radiation, which due to orthogonal polarization to channel III, it passes without loss through the second mirror-polarized-selective reflective face of the optical splitter 6 with a roof, and then propagates similarly NIJ from the channel III.

Для взаимного сведения излучения каналов I и III в измерительном канале предусмотрены две пары оптических клиньев 11, вращение которых вокруг своей оси позволяет изменять угловое распространение лазерных пучков. В процессе стабилизации системы телеориентации необходимо учитывать полученную информацию с позиционно-чувствительного фотоприемника 13 от каналов I и III и корректировать формирование информационного поля телеориентации объекта изменением частоты ультразвука, подаваемого на акустооптические дефлекторы. Так как работа каналов I и III разделена во времени, то для дополнительного разделения каналов во времени нет необходимости. Позиционно-чувствительным фотоприемником 13 может служить диафрагма с фотодиодом или четырехквадрантный фотодиод. Юстировка телескопической системы 12 осуществляется таким образом, чтобы в плоскости диафрагмы находилась перетяжка лазерного Гаусового пучка.For mutual information on the radiation of channels I and III, two pairs of optical wedges 11 are provided in the measuring channel, the rotation of which around its axis allows you to change the angular propagation of laser beams. In the process of stabilization of the teleorientation system, it is necessary to take into account the information received from the position-sensitive photodetector 13 from channels I and III and to adjust the formation of the teleorientation information field of the object by changing the frequency of ultrasound applied to acousto-optical deflectors. Since the operation of channels I and III is divided in time, there is no need for additional separation of channels in time. Position-sensitive photodetector 13 can serve as a diaphragm with a photodiode or a four-quadrant photodiode. The adjustment of the telescopic system 12 is carried out so that in the plane of the diaphragm there is a hauling of a laser Gaussian beam.

Таким образом, в предлагаемом устройстве повышение стабильности работы лазерной системы телеориентации осуществляется за счет использования светоделительной призмы и оптического разветвителя, использующих принцип уголковых отражателей, т.е. призм с крышей.Thus, in the proposed device, the stability of the laser teleorientation system is improved by using a beam splitting prism and an optical splitter using the principle of corner reflectors, i.e. prisms with a roof.

Claims

The object’s teleorientation system, consisting of a series-mounted laser, a two-coordinate acousto-optic deflector, consisting of the first and second anisotropic acousto-optic cells rotated 90 ° relative to each other, a third anisotropic acousto-optic cell, a telescope and a measuring channel, consisting of a polarizing beam splitting unit, a telescopic system, two pairs of optical wedges, a positionally sensitive photodetector, λ / 2 wave plate and an optical splitter, distinguishing The fact is that after the two-coordinate acousto-optical deflector, a polarizing beam splitting unit with a roof is installed, consisting of a prism in the form of a BS-0 parallelogram with glued to the radiation-deflecting faces of a triangular rectangular prism AR-90 and a prism in the form of a BKS-0 parallelogram with a roof on an inclined face, and after the third anisotropic acousto-optic cell, an optical splitter with a roof is installed, which is a prism in the form of a BS-0 parallelogram with glued to the radiation-deflecting faces of a triangular AR-90 prismatic prism and BkR-180 triangular rectangular prism with a roof on the leg, while the wave plate is installed on the path of radiation propagation when it is reflected from the roof of a polarizing beam splitting unit.