RU2682842C1 - Angle measurement device - Google Patents
Angle measurement device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682842C1 RU2682842C1 RU2018106127A RU2018106127A RU2682842C1 RU 2682842 C1 RU2682842 C1 RU 2682842C1 RU 2018106127 A RU2018106127 A RU 2018106127A RU 2018106127 A RU2018106127 A RU 2018106127A RU 2682842 C1 RU2682842 C1 RU 2682842C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- mirror
- collimator lens
- collimator
- prism
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 54
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 5
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019892 Stellar Nutrition 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 210000000887 face Anatomy 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 2
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптоэлектронике и измерительной технике, а точнее, к оптико-электронным приборам ориентации и навигации космических аппаратов (КА), и может быть использовано в качестве углоизмерительного прибора для измерения угловых координат положения осей КА относительно астроориентиров.The invention relates to optoelectronics and measuring equipment, and more specifically, to optoelectronic devices for orienting and navigating spacecraft (SC), and can be used as an angle measuring device for measuring the angular coordinates of the axis of the spacecraft relative to astro-orientations.
Известен углоизмерительный звездный прибор ориентации и навигации космического аппарата (фиг.1), содержащий бленду 1, канал геометрического эталона (КГЭ), состоящий из блока коллиматора, включающего объектив 2 с прозрачной точечной диафрагмой 5 на его входной поверхности, жестко закрепленного на базовой металлической плоскости 4, и источник излучения 3, расположенный перед точечной диафрагмой. При этом, в состав КГЭ также входит нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7, осуществляющий ввод излучения в приемное устройство прибора, содержащее объектив 8 и фотоприемник 9 с вычислительным блоком (см., например, В.И.Федосеев В.И., Колосов М.П., «Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов»: - М.: Логос, 2007, стр. 73).Known angle measuring star device for orientation and navigation of a spacecraft (Fig. 1), comprising a
В этом устройстве измерение углового положения изображения точечного объекта (звезды), сформированного объективом 8 на чувствительной площадке фотоприемника матричного типа 9, производится относительно изображения точечной диафрагмы 5 коллиматора КГЭ, реализующей на матрице центр опорной системы координат (см., например, В.И.Федосеев В.И., Колосов М.П., «Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов»: - М.: Логос, 2007, стр. 69).In this device, the measurement of the angular position of the image of a point object (star) formed by the
Это позволяет исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями фотоприемника 9 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 8 прибора.This allows us to exclude errors in determining the coordinates of the star, associated, for example, with the micro displacements of the
Однако жесткое соединение коллиматора с базовой металлической плоскостью в ряде случаев не обеспечивает высокую стабильность его углового положения. Это обусловлено различием физико-технических свойств стекла и металла, характеризуемых коэффициентом линейного расширения, модулем упругости, коэффициентом теплопроводности и т.д., что при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях приводит к возникновению деформаций. Эти деформации вызывают разворот блока коллиматора относительно базовой плоскости, приводящий к отклонению пучка параллельных лучей от первоначального направления, что снижает точность измеряемых величин. При расположении базовой плоскости, а, следовательно, и коллиматора, в открытом космосе и установленных отдельно от прибора (например, при привязке звездного прибора к базовой плоскости, расположенной на телескопе космического аппарата), влияние указанных деформаций еще более усиливается. Для высокоточных приборов с погрешностью единицы секунд это недопустимо.However, the rigid connection of the collimator with the base metal plane in some cases does not provide high stability of its angular position. This is due to the difference in the physical and technical properties of glass and metal, characterized by a linear expansion coefficient, an elastic modulus, a thermal conductivity coefficient, etc., which, under significant temperature, vibration, and shock effects, leads to deformation. These deformations cause the collimator block to rotate relative to the base plane, leading to a deviation of the beam of parallel rays from the original direction, which reduces the accuracy of the measured values. When the base plane, and, consequently, the collimator, is located in open space and installed separately from the device (for example, when the stellar device is attached to the base plane located on the telescope of the spacecraft), the influence of these deformations is further enhanced. For high-precision instruments with an accuracy of a few seconds this is unacceptable.
Указанная проблема решена в устройстве «Углоизмерительный звездный прибор ориентации и навигации КА» (фиг. 2) (см., например, Федосеев В.И., Колосов М.П., «Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов»: - М.: Логос, 2007, стр. 76), являющимся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту и выбранном в качестве прототипа. Прибор содержит бленду 1, КГЭ, выполненный в виде блока коллиматора, представляющего собой объектив 2, 6, точечную диафрагму 5, расположенную на его входной поверхности, источник излучения 3 и плоское зеркало 4', установленное на базовой плоскости 4 на половине фокусного расстояния объектива, нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7, выполненный из склеенных между собой призм БкР-180° и АР-90° с зеркальными и светоделительными, в месте склейки, наклонными гранями, осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив 8 и фотоприемник с вычислительным устройством 9.The indicated problem was solved in the device “Angle-measuring stellar instrument for orientation and navigation of the spacecraft” (Fig. 2) (see, for example, Fedoseev V.I., Kolosov MP, “Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft”: - M .: Logos, 2007, p. 76), which is the closest in technical essence and the achieved result to the claimed object and selected as a prototype. The device contains a
Коллиматорный объектив КГЭ состоит из склеенных между собой оптического элемента 2 со сферической поверхностью 10 и прямоугольной призмы 6 с плоской поверхностью 13. В месте склейки оптического элемента 2 и призмы 6 расположен светоделитель 12, при этом мнимое изображение точечной диафрагмы 5 после светоделителя 12 находится в задней главной точке коллиматорного объектива Н'.The KGE collimator lens consists of an
Данная система обеспечивает привязку углоизмерительного прибора к плоскому зеркалу 4', установленному на базовой плоскости 4, которая расположена на расстоянии от коллиматорного объектива.This system provides the binding of the angle measuring device to a flat mirror 4 'mounted on the
В этом устройстве излучение от визируемой звезды, пройдя бленду 1, нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7 на проход, фокусируется объективом 8 на фотоприемнике матричного типа 9.In this device, the radiation from the sighting star, passing through the
На входной поверхности зеркально-призменного блока 7 со стороны бленды в области склейки призм возможно нанесение черного матового покрытия или установка непрозрачной диафрагмы, занимающих небольшую часть зрачка объектива устройства и прикрывающих область склейки. Это позволяет исключить влияние клеевого соединения и обеспечить высокую стабильность углового положения прошедших лучей при жестких условиях эксплуатации в виде, например, температурных воздействий.On the input surface of the mirror-
Зеркально-призменный блок 7 при работе на проход (режим визирования звезды) представляет собой плоскопараллельную пластину, работающую в параллельных пучках и, следовательно, не чувствителен к микронаклонам и микросмещениям.The mirror-
В КГЭ излучение от источника излучения 3, пройдя через точечную диафрагму 5, входит в прямоугольную призму 6. Положение точечной диафрагмы 5 выбирается из условия совмещения ее мнимого изображения, образуемого после отражения от светоделителя 12 с задней главной точкой Н' коллиматорного объектива, образованного из склеенных между собой оптического элемента 2 и призмы 6. Коллиматорный объектив представляет собой плосковыпуклую линзу со сферической поверхностью 10.In the CGE, the radiation from the
Выйдя из призмы 6 через плоскую поверхность 13, пучок лучей падает на плоское зеркало 4', жестко закрепленное на базовой плоскости 4. Плоское зеркало 4' расположено на половине фокусного расстояния коллиматорного объектива от его главной задней точки Н'. В этом случае отраженный от зеркала 4' пучок лучей строит мнимое изображение диафрагмы 5 в фокусе объектива коллиматора. Далее, пройдя на проход в обратном направлении плоскую поверхность 13, светоделитель 12 и сферическую поверхность 10, выходящий пучок лучей становится коллимированным. При этом ось вышедшего пучка лучей всегда перпендикулярна поверхности зеркала 4', а микронаклоны и микросмещения объектива коллиматора практически не влияют на угловое положении коллимированного пучка. Выполнение плоского зеркала 4' металлическим непосредственно на базовой плоскости существенно повышает стабильность системы.Leaving the
Свойство нерасстраиваемости блока коллиматора поясняется геометрическими построениями, представленными на фиг. 3 (см., например, Гебгарт А.Я., Колосов М.П. «Оптика приборов ориентации космических аппаратов»: - М.: Университетская книга, 2017, с. 50). На этой фигуре главные точки объектива 2, 6 коллиматора Н и Н' и центр диафрагмы 5 совмещены. При отражении от зеркала 4' мнимое изображение диафрагмы 5' расположено в фокальной плоскости F' объектива 2, 6. При микронаклоне коллиматорного объектива 2, 6 относительно плоского зеркала 4' на угол β мнимое изображение точечной диафрагмы 5' располагается на расстоянии у=f'⋅tgβ от его оси, где f' - фокусное расстояние. Ось вышедшего из объектива параллельного пучка лучей будет составлять с его осью угол β, и, следовательно, всегда перпендикулярна поверхности плоского зеркала 4'. Очевидно, что и линейные микросмещения объектива в направлениях, параллельных плоскости зеркала 4', не влияют на угловое положение коллимированного пучка.The non-disorder property of the collimator block is illustrated by the geometric constructions shown in FIG. 3 (see, for example, Gebgart A.Ya., Kolosov MP “Optics of instruments for orientation of spacecraft”: - M .: University book, 2017, p. 50). In this figure, the main points of the
Затем пучок параллельных лучей (фиг. 2), последовательно отразившись от зеркал призмы БкР-180° нерасстраиваемого зеркальнопризменного блока 7, попадает в объектив 8 приемного устройства, при этом ось пучка всегда параллельна нормали к плоскому зеркалу 4'. Это объясняется тем, что призма БкР-180° эквивалентна уголковому отражателю, и поэтому ее микросмещения и микронаклоны не влияют на угловое положение указанного пучка. Далее пучок лучей фокусируется объективом 8 на чувствительной площадке фотоприемника матричного типа 9.Then the beam of parallel rays (Fig. 2), successively reflected from the mirrors of the prism BkR-180 ° of the non-alignable mirror-
Полученное изображение точечной диафрагмы 5 определяет центр опорной системы координат на фотоприемнике 9, соответствующий нормали к плоскости зеркала 4', установленного на базовой плоскости 4. Все это позволяет производить с помощью вычислительного блока (на фиг. 2 не показан) измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и тем самым исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями фотоприемника 9 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 8.The resulting image of the
Недостатком рассмотренного устройства является наличие клеевого соединения между оптическим элементом 2 и призмой 6 коллиматорного объектива в области светоделителя 12, обеспечивающего совмещение мнимого изображения точечной диафрагмы 5 с задней главной точкой объектива и прохождение лучей в прямом и обратном ходе через коллиматорный объектив. В этом случае угловое положение пучка, прошедшего через светоделитель 12 на отражение и на проход в зоне клеевого соединения не отличается стабильностью, что снижает точность определения координат визируемой звезды, а, следовательно, и прибора. Это обусловлено различием физико-технических свойств клея и стекла, что при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях приводит к возникновению деформаций. Деформации вызывают разворот оптического элемента 2 и призмы 6 друг относительно друга. Это приводит к образованию дополнительного клина в зоне указанного соединения (см. фиг. 4). Следствием этого является отклонение вышедшего пучка А1 от первоначального направления А и, следовательно, смещение положения изображения диафрагмы 5 на матрице фотоприемника 9, что снижает точность определения координат углового положения визируемой звезды. Для устранения указанного недостатка возможна, например, доработка конструкции крепления коллиматорного блока, специальный термообогрев корпуса и т.д. Однако этот путь приводит к существенному усложнению конструкции прибора и к увеличению его массогабаритных характеристик.The disadvantage of the considered device is the presence of an adhesive connection between the
Другим недостатком этого устройства является двукратное прохождение пучка лучей через светоделитель 12 в прямом и обратном ходе, что приводит к существенному уменьшению пропускания в канале КГЭ, снижению мощности регистрируемого излучения и, как следствие, падению отношения сигнал/шум на выходе фотоприемника, и уменьшению точности привязки к плоскому зеркалу 4', расположенному на базовой плоскости. Особенно это относится к случаю расположения зеркала на больших расстояниях от коллиматорного объектива.Another disadvantage of this device is the double passage of the beam through the
Целью изобретения является повышение точности прибора без изменения массогабаритных характеристик.The aim of the invention is to improve the accuracy of the device without changing the weight and size characteristics.
Данная задача решается за счет того, что в углоизмерительном приборе, содержащем бленду, канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде блока коллиматора, включающий в себя оптический элемент, одна из поверхностей которого имеет сферическую форму, прямоугольную призму и источник излучения, представляющие собой коллиматорный объектив с осветительным устройством, прозрачную точечную диафрагму, плоское зеркало, установленное на базовой плоскости на половине фокусного расстояния объектива, а также нерасстраиваемый зеркально-призменный блок, находящийся в составе КГЭ и осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив и фотоприемник с вычислительным блоком, причем коллиматорный объектив выполнен в виде оптического элемента, представляющего собой монолитную деталь с двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями с зеркальным покрытием и выходной плоской поверхностью, при этом на входную наклонную поверхность нанесена прозрачная точечная диафрагма, размещенная в задней главной точке коллиматорного объектива, а прямоугольная призма жестко установлена гипотенузной гранью в области диафрагмы, ее входная плоскость, обращенная к источнику излучения, перпендикулярна отрезку оптической оси коллиматорного объектива, расположенного между его наклонными поверхностями.This problem is solved due to the fact that in the angle measuring device containing a hood, the channel of the geometric standard (CGE), made in the form of a collimator block, which includes an optical element, one of the surfaces of which has a spherical shape, a rectangular prism and a radiation source, which are a collimator lens with a lighting device, a transparent pinhole, a flat mirror mounted on the base plane at half the focal length of the lens, as well as a non-reflective mirror the exchange unit, which is part of the CGE and carries out the input of radiation into the receiving device, which includes a lens and a photodetector with a computing unit, and the collimator lens is made in the form of an optical element, which is a monolithic part with two parallel flat inclined surfaces with a mirror coating and output flat surface, while a transparent pinhole is placed on the input inclined surface, located at the rear main point of the collimator lens, and a right angle Naya prism hypotenuse face is fixedly mounted in the diaphragm, its front plane facing the radiation source, the collimator lens is perpendicular to the segment optical axis disposed between its inclined surfaces.
Таким образом, предлагаемое изобретение является новым техническим решением, т.к. оно неизвестно из уровня техники, а благодаря совокупности указанных признаков достигается технический результат -повышение точности прибора.Thus, the invention is a new technical solution, because it is unknown from the prior art, and due to the combination of these features, a technical result is achieved — improving the accuracy of the device.
При этом следует отметить, что использование в оптико-электронных углоизмерительных звездных приборах каналов нерасстраиваемого геометрического эталона с блоком коллиматора для привязки к плоскому зеркалу, расположенному на базовой плоскости на половине фокусного расстояния объектива, известно.It should be noted that the use of channels of a non-tunable geometric standard with a collimator unit in optical-electronic angle-measuring star devices for binding to a flat mirror located on the base plane at half the focal length of the lens is known.
Однако использование их в углоизмерительном приборе в выше указанной совокупности признаков является неизвестным техническим решением, обеспечивающий технический результат, обуславливающий:However, their use in an angle measuring device in the above-mentioned set of features is an unknown technical solution, providing a technical result, causing:
- высокую стабильность оптических характеристик коллиматорного объектива за счет выполнения его в виде оптического элемента, представляющего собой единую монолитную деталь без использования клеевых соединений (в отличие от прототипа), что практически устраняет влияние жестких условий эксплуатации (например, температурных воздействий) на прохождение рабочих пучков;- high stability of the optical characteristics of the collimator lens due to its implementation in the form of an optical element, which is a single monolithic part without the use of adhesive joints (unlike the prototype), which virtually eliminates the influence of harsh operating conditions (for example, temperature effects) on the passage of working beams;
- высокое пропускание коллиматорного объектива (оптического элемента) за счет выполнения его из единой стеклянной заготовки (оптического стекла) без использования светоделителя (в отличии от прототипа) и прохождения в нем светового пучка в обратном ходе лучей по одному пути с прямым ходом, что приводит к значительному повышению мощности оптического сигнала на поверхности светочувствительных элементов матричного фотоприемника.- high transmittance of the collimator lens (optical element) due to its implementation from a single glass blank (optical glass) without the use of a beam splitter (unlike the prototype) and the passage of the light beam in it in the reverse direction of the rays along one path with a direct path, which leads to a significant increase in the power of the optical signal on the surface of the photosensitive elements of the matrix photodetector.
В результате проведенного анализа следует, что заявленное техническое решение, характеризующееся указанной совокупностью существенных признаков по сравнению с прототипом, обеспечивает:As a result of the analysis, it follows that the claimed technical solution, characterized by the specified combination of essential features in comparison with the prototype, provides:
- увеличение точности устройства за счет повышения стабильности оптических характеристик коллиматорного объектива, обеспечивающих при жестких условиях эксплуатации (например, значительных температурных воздействиях) практическую неизменность углового положения выходящего из коллиматорного объектива пучков лучей, без усложнения конструкции и ухудшения габаритно-массовых характеристик;- increasing the accuracy of the device by increasing the stability of the optical characteristics of the collimator lens, which, under harsh operating conditions (for example, significant temperature influences), practically maintains the angular position of the beam of rays emerging from the collimator lens, without complicating the design and degrading the overall mass characteristics;
- расширение диапазона удаления прибора от базовой плоскости при повышении точности за счет повышения мощности сигнала.- expanding the range of removal of the device from the base plane while increasing accuracy by increasing the signal power.
Для пояснения сущности предлагаемого изобретения предлагаются чертежи, на которых:To clarify the essence of the invention, drawings are provided in which:
на фиг. 1 - приведена оптическая схема аналога;in FIG. 1 - shows the optical circuit of the analogue;
на фиг. 2 - приведена оптическая схема прототипа;in FIG. 2 - shows the optical scheme of the prototype;
на фиг. 3 - показана для прототипа нерасстраиваемость блока коллиматора;in FIG. 3 - shows for the prototype non-upset collimator unit;
на фиг. 4 - показано для прототипа отклонение пучка лучей от первоначального направления;in FIG. 4 - shows for the prototype the deviation of the beam from the original direction;
на фиг. 5 - приведена оптическая схема заявляемого устройства;in FIG. 5 - shows an optical diagram of the inventive device;
на фиг. 6 - приведена оптическая система блока коллиматора заявляемого устройства и его развертка.in FIG. 6 - shows the optical system of the collimator unit of the claimed device and its scan.
Заявленное устройство (см. фиг. 5, 6), содержащее бленду 1, КГЭ, включающий в себя блок коллиматора, состоящий из оптического элемента 2, представляющего коллиматорный объектив, узла осветителя, состоящего из источника излучения 3 и прямоугольной призмы 6, а также базовой плоскости 4 с установленным на ней плоским зеркалом 4', расположенным на половине фокусного расстояния объектива и прозрачной точечной диафрагмы 5, расположенной в задней главной точке объектива. Кроме того, в состав КГЭ входит нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7, а в прибор - приемное устройство в виде объектива 8 и фотоприемник матричного типа 9.The claimed device (see Fig. 5, 6), containing a
Оптический элемент 2 по принципу действия представляет собой плосковыпуклую линзу, являющуюся единой монолитной деталью, у которой поверхность 10 имеет сферическую форму, плоские наклонные поверхности 11,12 имеют зеркальное покрытие и параллельны друг другу, а поверхность 13 - плоская и перпендикулярна оптической оси.The
Прозрачная точечная диафрагма 5 расположена на поверхности 11 в главной задней точке коллиматорного объектива. Прямоугольная призма 6 жестко установлена гипотенузной гранью в области диафрагмы 5, например, путем приклейки гипотенузной грани к поверхности зеркала 11. В предлагаемом устройстве: - бленда 1 выполнена в виде набора диафрагм;A
- оптический элемент 2 выполнен в виде детали из оптического бесцветного стекла, например, К108 ГОСТ 3514-94 (либо оптического кварцевого стекла ГОСТ 15130-86), при этом сферическая поверхность 10 -выпуклая, плоские зеркальные поверхности 11 и 12 - наклонные и расположены, например, под углом 45° к оптической оси;- the
- точечная прозрачная диафрагма 5 выполнена, например, путем фотолитографии или механическим способом на поверхности зеркала 11;- point
- прямоугольная призма 6 выполнена из оптического бесцветного стекла, например, К108 ГОСТ 3514-94 (либо оптического кварцевого стекла ГОСТ 15130-86), и приклеена гипотенузной гранью к поверхности зеркала 11 в области точечной диафрагмы 5 оптическим клеем. Марки стекол прямоугольной призмы 6 и оптического элемента 2 должны быть одинаковыми и прозрачными вместе с клеем в спектральном диапазоне работы источника излучения 3;-
- в качестве источника излучения 3 может использоваться светодиод. В случае необходимости для улучшения засветки диафрагмы 5 между призмой 6 и источником излучения 3 может быть установлен конденсор (на чертеже не показан);- as a
плоское зеркало 4' выполнено, например, металлическим непосредственно на базовой плоскости;a flat mirror 4 'is made, for example, metal directly on the base plane;
нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7 выполнен из склеенных между собой призм АР-90° и БкР-180°, с зеркальными и светоделительными, в месте склейки, наклонными гранями. В области склейки призм со стороны бленды может быть нанесено черное матовое покрытие или непрозрачная диафрагма;the non-tuneable mirror-
- объектив 8 выполнен, например, в виде многолинзовой системы, обеспечивающей необходимые оптические характеристики;- the
- фотоприемник 9 может быть выполнен в виде матрицы ПЗС или фотодиодной матрицы с активными пикселями, подключенной к вычислительному устройству (на фигурах не показано).- the
Таким образом, предлагаемые примеры реализации подтверждают осуществимость заявленного технического решения. Устройство работает следующим образом.Thus, the proposed implementation examples confirm the feasibility of the claimed technical solution. The device operates as follows.
Излучение от визируемой звезды (фиг. 5, 6), пройдя бленду 1, предназначенную для подавления паразитных боковых засветок, зеркально-призменный блок 7 на проход, попадает во входной зрачок объектива 8 и фокусируется на фотоприемнике 9. Зеркально-призменный блок 7 в данном направлении является плоскопараллельной пластиной, работающей в параллельных пучках и, следовательно, не чувствителен к микронаклонам и микросмещениям.The radiation from the sighting star (Fig. 5, 6), passing through the
В КГЭ (фиг. 6) пучок лучей от источника излучения 3 падает на входную поверхность прямоугольной призмы 6, при этом ось падающего пучка перпендикулярна указанной поверхности. Далее, пройдя призму 6, приклеенную гипотенузной гранью к поверхности зеркала 11, пучок засвечивает прозрачную диафрагму 5, и поступает в оптический элемент 2 вдоль отрезка оптической оси Б между зеркалами 11 и 12. Положение точечной диафрагмы 5 выбирается из условия ее совмещения с задней главной точкой Н' оптического элемента 2, представляющего, как это следует из развертки (фиг. 6), плосковыпуклую линзу. Поэтому точечная диафрагма расположена на расстоянии S'Н=d/n от плоской поверхности 13 или на расстоянии a=d-d/n от передней главной точки Н (вершины сферической поверхности 10), где d - толщина оптического элемента (коллиматорного объектива) вдоль оптической оси, an- показатель преломления (см., например, Турыгин И.А. «Прикладная оптика»: - М.: Машиностроение, 1965. С. 33).In the CGE (Fig. 6), the beam of rays from the
Наличие прямоугольной призмы 6 с входной поверхностью, перпендикулярной оси падающего пучка и отрезку оптической оси Б оптического элемента 2 между поверхностями 11, 12, позволяет пройти излучению в данную систему через диафрагму 5 вдоль указанной оси при любых угловых положениях зеркала 11. Призма 6 предназначена только для обеспечения подсветки точечной диафрагмы 5 и является частью осветительного устройства. В случае отсутствия призмы 6 распространение пучка от осветителя через диафрагму 5 вдоль оптической оси Б для достаточно широкого диапазона углов наклона зеркал 11, 12 становится невозможным из-за преломления на границе стекло - воздух.The presence of a
Далее, пучок расходящихся лучей, пройдя диафрагму 5, отразившись от зеркала 12 и пройдя плоскую поверхность 13, выходит из оптического элемента 2 в направлении плоского зеркала 4'.Further, the beam of diverging rays, passing through the
Плоское зеркало 4' расположено на половине фокусного расстояния оптического элемента 2 от его задней главной точки Н'. В этом случае отраженный от зеркала 4' пучок лучей строит мнимое изображение точечной диафрагмы 5' в фокусе оптического элемента 2. Далее, пройдя в обратном направлении плоскую поверхность 13, последовательно отразившись от зеркал 11 и 12 и пройдя сферическую поверхность 10, пучок лучей становится коллимированным. Наличие прозрачной точечной диафрагмы 5 силу ее малости практически не влияет на прохождение рабочих пучков лучей в обратном ходе, отраженных от зеркала 11. Радиус кривизны R сферической поверхности определяется из известного выражения f'=R/(n-l), где f' - фокусное расстояние оптического элемента, a n - показатель преломления. Направление оси коллимированного пучка всегда практически параллельно нормали к зеркалу 4' при микронаклонах и микросмещениях оптического элемента 2 относительно плоскости зеркала 4'. Ход лучей в коллиматорном объективе наглядно представлен на его развертке (фиг. 6). Неперпендикулярность точечной диафрагмы 5 оптической оси элемента 2 практически не влияет на качество изображения, формируемого на фотоприемнике 9, ввиду малости ее диаметра. Для получения на фотоприемнике 9 изображения диафрагмы 5 в виде окружности, контур ее может быть выполнен в виде соответствующего эллипса.A flat mirror 4 'is located at half the focal length of the
Свойство нерасстраиваемости блока коллиматора в отношении микронаклонов также, как и в прототипе, поясняется геометрическими построениями, представленными ранее на фиг. 3. Однако объектив коллиматора, представляющий собой оптический элемент 2, выполненный в виде единой монолитной детали без использования клеевых соединений, в этом случае обеспечивает более высокую стабильность углового положения пучка при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях, а, следовательно, и более высокую точность определения координат визируемых звезд.The property of non-upsetability of the collimator block with respect to micron inclines, as well as in the prototype, is illustrated by the geometric constructions presented earlier in FIG. 3. However, the collimator lens, which is an
Клеевое соединение между оптическим элементом 2 и призмой 6 при жестких условиях эксплуатации не влияет на угловое положение коллимированного пучка (в отличие от прототипа), так как призма 6, как было указано выше, является составной частью узла осветителя, предназначена только для обеспечения подсветки диафрагмы 5 и не является частью коллиматорного объектива.The adhesive connection between the
Высокое пропускание оптического элемента 2 обусловлено за счет выполнения его из единой стеклянной заготовки (оптического стекла) без использования светоделителя (в отличиии от прототипа) и прохождения в нем светового пучка в обратном ходе лучей по одному пути с прямым ходом. Это позволяет получить более высокую мощность регистрируемого излучения, повысить отношение сигнал/шум и, использовать предлагаемое устройство при больших удалениях базовой плоскости от коллиматорного объектива.The high transmittance of the
Габариты коллиматорного блока практически не превышают габаритов прототипа.The dimensions of the collimator unit practically do not exceed the dimensions of the prototype.
Вышедший из коллиматорного блока пучок параллельных лучей, последовательно отразившись от зеркал призмы БкР-180° зеркально-призменного блока 7 (фиг. 5), попадает в объектив 8, при этом ось пучка всегда параллельна нормали к плоскому зеркалу 4'. Это объясняется тем, что призма БкР-180° по своему действию эквивалентна уголковому отражателю, в котором падающий и отраженный пучки всегда параллельны друг другу. Также, вследствие указанного свойства уголкового отражателя, микронаклоны и микросмещения зеркально-призменного блока 7 не влияют на угловое положение пучков лучей, входящих в объектив 8 из КГЭ.A beam of parallel rays emerging from the collimator block, reflected successively from the mirrors of the BkR-180 ° prism of the mirror-prism block 7 (Fig. 5), enters the
Далее пучок лучей фокусируется объективом 8 на чувствительной площадке фотоприемника матричного типа 9. Полученное изображение точечной диафрагмы 5 определяет центр опорной системы координат на фотоприемнике 9, соответствующий нормали к плоскости зеркала 4', установленного на базовой поверхности. Все это позволяет производить с помощью вычислительного блока (на фиг. 5 не показан) высокоточные измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и тем самым исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями фотоприемника 9 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 8.Next, the beam of rays is focused by the
Таким образом, выполнение в углоизмерительном приборе коллиматорного объектива без использования клеевых соединений и светоделителя, и представляющего собой оптический элемент в виде монолитной детали с двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями с зеркальным покрытием, сферической поверхностью, выходной плоской поверхностью, с нанесенной на входную наклонную поверхность в задней главной точке прозрачной точечной диафрагмой, а также использование в узле осветителя прямоугольной призмы для подсветки диафрагмы, жестко установленной (приклеенной) гипотенузной гранью в области диафрагмы, и выполнение входной плоскости призмы перпендикулярно отрезку оптической оси коллиматорного объектива, расположенного между его наклонными поверхностям:Thus, the implementation in the angle measuring device of a collimator lens without the use of adhesive joints and a beam splitter, and representing an optical element in the form of a monolithic part with two parallel flat inclined surfaces with a mirror coating, a spherical surface, an output flat surface, deposited on the input inclined surface in the back the main point with a transparent point aperture, as well as the use of a rectangular prism in the illuminator assembly to illuminate the diaphragm, anovlennoy (glued) to the hypotenuse face of the diaphragm, and the execution of the prism input plane perpendicular to the segment of the optical axis of collimator lens disposed between its inclined surfaces:
- повышает точность прибора без ухудшения габаритно-массовых характеристик за счет обеспечения высокой стабильности углового положения вышедших из коллиматора пучков относительно базовой плоскости при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях;- improves the accuracy of the device without compromising the overall mass characteristics by ensuring high stability of the angular position of the beams emerging from the collimator relative to the base plane under significant temperature, vibration and shock effects;
- расширяет диапазон удаления прибора от базовой плоскости за счет повышения мощности регистрируемого сигнала.- expands the range of removal of the device from the base plane by increasing the power of the recorded signal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106127A RU2682842C1 (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Angle measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106127A RU2682842C1 (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Angle measurement device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2682842C1 true RU2682842C1 (en) | 2019-03-21 |
Family
ID=65858647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106127A RU2682842C1 (en) | 2018-02-19 | 2018-02-19 | Angle measurement device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2682842C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111562124A (en) * | 2020-05-07 | 2020-08-21 | 上海宇航系统工程研究所 | Precision measurement method for storage tank flat-laying configuration spacecraft |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3139478A (en) * | 1960-01-18 | 1964-06-30 | Voigtlaender Ag | Viewfinder for photographic cameras providing, in the field of view thereof, images o both a picture limiting frame and a remotely located indicating means |
| 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 |
| RU2470258C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" | Angle measurement device |
-
2018
- 2018-02-19 RU RU2018106127A patent/RU2682842C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3139478A (en) * | 1960-01-18 | 1964-06-30 | Voigtlaender Ag | Viewfinder for photographic cameras providing, in the field of view thereof, images o both a picture limiting frame and a remotely located indicating means |
| 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 |
| RU2470258C1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" | Angle measurement device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В.И.Федосеев В.И., Колосов М.П., "Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов": - М.: Логос, 2007, стр. 76. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111562124A (en) * | 2020-05-07 | 2020-08-21 | 上海宇航系统工程研究所 | Precision measurement method for storage tank flat-laying configuration spacecraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7672049B2 (en) | Telescope and panfocal telescope comprising planoconvex of planoconcave lens and deflecting means connected thereto | |
| US8839526B2 (en) | Sighting device, in particular telescopic sight, for a geodetic measuring apparatus and optical objective unit assembly for such a sighting device | |
| US4165936A (en) | Coaxial transmitting and receiving optics for an electro-optic range finder | |
| ES2234290T3 (en) | BEAM DIVIDER WITH OPENED OPENING FOR LASER TRANSMITTER / RECEIVER OPTOMECHANICAL SYSTEM. | |
| US5262838A (en) | Apparatus and means for binocular, switchable to binocular rangefinder without light loss | |
| SU958854A1 (en) | Device for simultaneous measurement of misalgnment and direction | |
| RU2470258C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU98801U1 (en) | CORNER INSTRUMENT | |
| RU2682842C1 (en) | Angle measurement device | |
| JPS62197711A (en) | Optically image forming type non-contacting position measuring apparatus | |
| RU85226U1 (en) | CORNER INSTRUMENT | |
| US3910704A (en) | Compensating device for sighting instruments | |
| RU175758U1 (en) | Wide Field Solar Sensor | |
| RU2399871C1 (en) | Angle-measuring star-shaped device | |
| US4500200A (en) | Electro-optic sensor for measuring angular orientation | |
| RU2713991C1 (en) | Angle-measuring device | |
| US3519829A (en) | Optical system for radiation sensitive rangefinder | |
| RU2554599C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU2644994C1 (en) | Angular-motion transducer | |
| CN109901187B (en) | Optical configuration integrating laser receiving and visible light observing and aiming | |
| Kolosov et al. | Variants of nonmisadjustable optical systems of turning-angle sensors based on a BR-180° prism and a photoelectric autocollimator | |
| RU2525652C1 (en) | Angle measurement device | |
| RU2304796C1 (en) | Two-channel electro-optical autocollimator | |
| RU24573U1 (en) | OPTICAL AUTOCollimation module | |
| JPH0118370B2 (en) |