SU1174886A1 - Автоколлиматор - Google Patents

Abstract

АВТОКОЛЛИМАТОР, содержащий источник излучени , пол ризационный переключатель и светоделитель, формирующий два оптических канала, причем в первом канале установлены объектив и трипель-призма, жестко св занна  с объектом наблюдени ,фронтальна  грань которой разделена на секторы, а также две фазовые пластины , одна из которых четвертьволнова , первьй и второй линейные пол ризаторы , расположенные перед соответствующими секторами фронтальной грани трипель-призмы, а во втором оптическом канале установлено регистрирующее устройство, о т л и ч а ю-, щ и и с   тем, что, с целью повьппени  точности измерени  и чувствительности , пол ризационный переключатель установлен между объективом и трипель-призмой, трипель-призма выполнена пр моугольной, а ее секторы образованы диагонал ми фронтальной грани, причем первый и второй линейный пол ризаторы установлены перед двум  симметричными относительно центра фронтальной грани секторами , а перед двум  другими секторами установлены фазовые пластины, выполненные четвертьволновыми, при этом оптические оси фазовых пластин составл ют между собой угол 22,5 , а оси линейных пол ризаторов 45°, регистрирующее устройство выполнено в виде фотоприемного устройства, выходом S подключенного к входам двухканальной (Л фазочувствительной измерительной схемы , каждьй канал которой состоит из избирательного, усилител , двух синхродетекторов , дифференциального усилител  и датчика опорных сигналов пол ризационного переключател , причем вход избирательного усилител  подключен к выходу фотоприемного 4ib устройства, а выход избирательного 00 00 СП) усилител  - к первым входам синхродетекторов , вторые входы которых подключены к выходам датчика опорных сигналов пол ризационного переключател  , а выходы синхродетекторов подключены к соответствующим входам дифференциального усилител .

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  дистанционного определени  углового положени  удаленных объектов. Цель изобретени  - повьшение точности измерени  и чувствительности. На фиг, 1 показана принципиальна  схема автоколлиматора; на фиг.2 разрез А-А. на фиг. 1; на фиг. 3 ход лучей в трипель-призме при косом падении световых лучей. Автоколлиматор содержит устанавли ваемые на одном объекте источник 1 излучени , светоделитель 2, объектив 3, пол ризационный переключатель 4, выполненный в виде пол ризатора , вращающегос  с угловой скоростью Ы относительно оптической оси объектива, и регистрирующее устройст во 5, включающее фотоприемное устрой ство 6, выполненное по позиционно- чувствительной схеме (ФППЧС) и двухканальную фазочувствительную измерительную схему, каждьй канал которой состоит из избирательного усилител  7(8), двух синхродетекторов 9 и 10 (11 и 12) с датчиками опорных сигналов 13(14), св занными с пол ри зационным переключателем 4, и дифференциального усилител  15(16), а на другом объекте - отражающий элемент 17, вьтолненный в виде трипельпризмы с пр мыми двухгранными углами между отражающими гран ми.Фронтальна  грань трипель-призма разделена на четьфе сектора 18 - 21 лини ми раздела АВ и CD, проход щими через е,е центр О и ориентированными под углом 45 к коллимационным ос м ОХ и ОУ. Перед секторами 18 и 19 установлены соответственно линейные пол ризаторы 22 и 23, направлени  пропускани  которых составл ют между собой угол 45°, а перед секторами 20 и 21 - четвертьволновые фазовые пластинки 24 и 25, оптические оси которых ориентированы одна к другой под углом 22,5°. Автоколлиматор работает следующим образом. При помощи источника 1 излучени , светоделител  2, объектива 3 и вращающегос  пол ризатора 4 формируетс  коллимированный пучок световых лучей плоскость пол ризации которого вращаетс  с угловой скоростьюС, и направл етс  на отражающий элемент, выполненный в виде трипель-призмы 17, Часть этого пучка предварительно проходит через пол ризатор 22, сектор 18, последовательно отражаетс  от трех граней трипель-призмы 17 и покидает ее через сектор 19 и пол ризатор 23. В то же врем  световой поток, падающий на симметричный сектор 19, выходит из сектора 18 через пол ризатор 22. Так как направлени  пропускани  пол ризаторов 22 и 23 составл ют между собой угол 45, то оба отраженных пучка, смодулированных по плоскости пол ризации, на выходе из пол ризаторов будут модулированными по интенсивности с частотой 2 to и фазой , отличающейс  на 90°. Амплитуды этих сигналов завис т от соотношени  площадей рабочей апертуры трипнль-призмы, экранированных пол ризаторами 22 и 23. При нормальном падении световых лучей на отражатель 17 Центр его рабочей апертуры (на фиг. 2, пунктирные линии), совпадает с центром О фронтальной грани и, следовательно, с точкой пересечени  линий раздела АБ и CD пол ризаторов и фазовых пластинок . В этом случае пол ризаторы 22 и 23 экранируют одинаковые площади рабочей апертуры трипель-призмы 17, поэтому секторы 18 и 19 возвращают одинаковые световые потоки. При поворотах отражател  относительно оси ОУ на угол ©2 центр О рабочей апертуры смещаетс  относительно центра О его фронтальной грани в плоскости ОХ на рассто ние где h - высота трипель-призк  1, jb - угол преломлени  центрального луча в материале трипель-призмы, св занньй с углом поворота QZ. соотношением sin sin ft, где п - показатель преломпени  материала призмы (фиг. 3). . Пропорционально величине смещени  d измен ютс  и площади рабочей апертуры отражател  17, экранируемые пол ризаторами 22 и 23, Например, при поворотах отражател  вокруг оси ОУ по часовой стрелке площадь рабочей апертуры, экранируема  пол ризатором 23, увеличиваетс , а экранируема  пол ризатором 22 уменьшаетс ..

Площади рабочей апертуры отражател , экранируемые фазовыми пластинками , при этом измен ютс  на одинаковую величину в сторону уменьшени  ее

В соответствии с величиной поворота отражател  измен ютс  и световые потоки, возвращаемые через секторы 18 и 19. При этом разность световых потоков пропорциональна величине угла поворота 0j , а-знак разности указывает на направление поворота, т.е. определ ет знак угла б Раз-, ность световых потоков, выход щих через секторы 20 и 21, не будет зависеть от угла 6.

Световые лучи, выход щие, через секторы 18 и 19, распростран ютс  параллельно направлению падающего пучка. Они проход т пол ризатор 4, попадают в объектив 3, формиру  в ег фокальной плоскости неподвижное автоколлимационное изображение, расположенное на оптический оси коллиматора , и регистрируютс  фотоприемным устройством 6, которое в этом случае, работает как обычный фотоприемник (центр изображени  совпадает с точкой пересечени  линий нулевой чувствительности ФППЧС). Сигнал с выхода 6 усиливаетс  избирательным усилителем 8, настроенным на частоту 2w, и поступает в синхродетекторы 11 и 12, где он перемножаетс  с опорными сигналами. Опорные сигналы частотой 2u), сдвинутые по фазе относитель но друг друга на 90, формируютс  датчиком 14, св занным с пол ризатором 4.

Посто нные составл ющие выходных сигналов синхродетекторов пропорциональны амплитудам световых потоков, возвращенных трипель-призмой через секторы 18 и 19 соответственно.

Эти сигналы вычитаютс  дифференциальным усилителем- 16, на выходе которого формируетс  сигнал, пропорциональный углу поворота контролируемого объекта вокруг оси ОУ, а знак указывает на направление поворота.

Аналогично друга  часть светового потока, падающего на трипель-призму, проходит предварительно четвертьволновую фазовую пластинку 24, сектор 20 последовательно отражаетс  от граней трипель-призмы и покидает ее через сектор 21 и фазовую пластинку 25. А световой поток, падающий на симметричный сектор 21, покидает

призмы через сектор 20 и фазовую пластинку 24. Как и в первом случае, амплитуды этих световых потоков  вл ютс  мерой смещени  центра рабочей апертуры отражател .

Разность световых потоков пропор циональна величине угла поворота 6, а знак разности указьюает на направление поворота.

Плоскости пол ризации обоих отраженных пучков после прохождени  фазовых пластинок 24 и 25 вращаютс  с угловой скоростью U), но в направлении , противоположном направлению вращени  плоскости пол ризации падающего пучка, а их фазы вращени  сдвинуты относительно друг друга на 22,5 |

Отраженные пучки возвращаютс 

на первый объект также в направлении , параллельном направлению падающего пучка. При прохождении враща ющегос  пол ризатора 4 на выходе из него световые потоки станов тс  модулированными по интенсивности с частотой фазами, отличающимис  на 90°. Далее они улавливаютс  объективом 3, регистрируютс  фотоприемньпч устройством. Сигнал с выхода устройства 6 усиливаетс  избирательным усилителем 7, настроенным на частоту 4ш, и поступает на входы синхродетекторов 9 и 10, на выходах которых формируютс  сигналы, пропорциональные световым потокам, возвращенным трипель-призмой через секторы 20 и 21 соответственно. Далее эти сигналы вычитаютс  дифференциальным усилителем 15 и на его выходе получают сигнал, пропорциональный величине угла 6,

Знак выходного сигнала указывает на направление поворота объекта.

Опорные сигналы дл  сиихродетек- торов 9 и 10 частотой 4ши фазами, отличающимис  на 90, вырабатываютс  датчиком 13, св занным с пол ри затором 4.

В формировании отраженного светового потока, используемого дл  определени  углов коллимации, в автоколлиматоре участвует вс  рабоча  апертура трипель-призмы, т.е. она используетс  с максимальной эффективностью .

Увеличение энергии отраженного потока приводит к увеличению дальности действи  прибора и повьипению точности измерений.

Claims (1)

1. АВТОКОЛЛИМАТОР, содержащий источник излучения, поляризационный переключатель и светоделитель, формирующий два оптических канала, причем в первом канале установлены объектив и трипель-призма, жестко связанная с объектом наблюдения, фронтальная грань которой разделена на секторы, а также две фазовые пластины, одна из которых четвертьволновая, первый и второй линейные поляризаторы, расположенные перед соответствующими секторами фронтальной грани трипель-призмы, а во втором оптическом канале установлено регистрирующее устройство, о т л и ч а ю- щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, поляризационный переключатель установлен между объективом и трипель-призмой', трипель-призма выполнена прямоугольной, а ее секторы образованы диагоналями фронтальной грани, причем первый и второй линейный поляризаторы установлены перед двумя симметричными относительно центра фронтальной грани секторами, а перед двумя другими секторами установлены фазовые пластины, выполненные четвертьволновыми, при этом оптические оси фазовых пластин составляют между собой угол 22,5°, а оси линейных поляризаторов 45°, регистрирующее устройство выполнено в виде фотоприемного устройства, выходом ' § подключенного к входам двухканальной фазочувствительной измерительной схемы, каждый канал которой состоит из избирательного, усилителя, двух синхродетекторов, дифференциального усилителя и датчика опорных сигналов поляризационного переключателя, причем вход избирательного усилителя подключен к выходу фотоприемного устройства, а выход избирательного усилителя - к первым входам синхродетекторов, вторые входы которых подключены к выходам датчика опорных сигналов поляризационного переключателя , а выходы синхродетекторов подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя.

   SU „,.1174886

   1174886 2