SU1675813A1 - Оптический ориентатор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области оптического приборостроени  и может быть использовано дл  определени  взаимного углового положени  или направлени  на объекты при помощи оптического луча по автоколлимационной схеме. Оптический ориентатор включает взаимно удаленные приеме- передающую оптическую систему, установленную на базовом объекте и уголковый отражатель, жестко закрепленный на подвижном исследуемом объекте. При этом отражатель представл ет собой тетраэдр, содержащий отражающие грани 1, 2, 3 и фронтальную грань 4. Двугранные углы между отражающими гран ми 1, 2, 3 определ ютс  соответственно величинами р 12  /25 - д 12, (рк л , (рх л/2 - из. где S 1, 2, 3 .... а внешн   нормаль к фронтальной грани 4 отражател  составл ет с его ребрами углы, равные соответственно Јi2,Јi3.|23. Приведены соотношени  дл  определени  величин 5 и Ј . За счет рацио- натьного выбора отступлений двугранных углов и ориентации фронтальной грани уголкового отражател  в данном оптическом ориентаторе обеспечиваетс  независимое измерение как угла скручивани , так и коллимационных углов. При этом достигаетс  максимальна  чувствительность в определении этих углов дл  заданных дальности действи  и апертуры оптической системы. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть использовано в контрольно-измерительной технике, геодезии , машиностроении, строительстве и экспериментальной физике дл  определени  взаимного углового положени  или направлени  на объекты при помощи оптического луча по автоколлимационной схеме.

Цель изобретени  - достижение максимальной чувствительности оптического ори- ентатора в определении угла скручивани  и коллимационных углов при сохранении независимости их определени  и при заданных дальности действи  и апертуре оптической системы.

На чертеже представлен вид уголкового отражател  ориентатора.

В оптическом ориентаторе, содержащем взаимно удаленные приемо-передаю- щую оптическую систему, установленную на базовом объекте (не показан), и уголковый отражатель, закрепленный на подвижном объекте, два двугранных угла между отража- ющими гран ми 1, 2, 3 отражател  выполнены с отступлени ми от пр мого угла, а третий двугранный угол между отражающими гран ми отражател  выполнен с отступо

СП 00

СА)

лением от угла п /23, где S 1, 2, 3 ..., причем указанные отступлени  определ ютс  из соотношений

5l2 (ЈS A)(1)5

5l3 - Acos(Л/25 ) + VV2-A2 sin (ttfa ) КЪ/А

знешч   нормаль к фронтальной грани 4 чи жател  составл ет с его ребрами углы 10 ,|23. определ емые из соотношений

OS Јl2 И/2, COS §23 Al

(2)

cos f is A cos ( ЯЫ + VV$ -A2 X

4 sir + 023 A Sin ( fl/2S ) - / /2 -1 ( Я$8 ) /( V5SA ) ,

s/je cSi2-отступление величины двугранного /ч о 12 между отражающими гран ми 1, 2 пг т/23;

di3 - отступление величины двугранного угла между отражающими гран ми 1, 3 от JT /2;

(323- произвольное отступление величины двугранного угла даз между отражающими гран ми 2,3 от л: /2, не превышающее тг/18

величина А удовлетвор ет соотношени-  м

A 2d23L/R 1/V5,(3)

О Vvi-Arcos(s) Asln(s) 1 rqe R - заданный радиус объектива оптиче- с 0й системы;

L - заданна  дальность действи  опти- еского ориентатора.

Устройство работает следующим обра- „ ом

Отражатель жестко закрепл етс  на подвижном объекте, пространственное угловое положение которого определ етс , а источник излучени  и приемный телескоп (составл ющие приемо-передающую оптическую систему), ось которого совмещена с осью падающего коллимированного пучка лучей, устанавливаютс  на базовом объекте .

При нормальном падении коллимированного пучка оптических лучей источника излучени  на фронтальную грань 4 отражател  в результате внутренних переотраже- ний от граней 1, 2, 3 отражател  формируетс  4S + 2 парциональных пучков, которые выход т из отражателей через фронтальную грань 4 в обратном направлении , В фокальной плоскости приемного телескопа наблюдаетс  автоколлимационные

0

5

n

5

о

5

0

5 50

55

изображени  источника, создаваемые этими пучками.

Отражатель направл ет пучки таким образом , что два автоколлимационных изображени  источника наблюдаютс  в центре пол  зрени , а остальные 4S - по периферии . В случае поворота отражател  вокруг оси скручивани  два центральных изображени  неподвижны, при поворотах же отражател  относительно коллимационных осей они диаметрально расход тс  относительно центра пол  зрени , дава  при этом информацию только об углах поворота отражател  относительно коллимационных осей. Чувствительность оптического ориентатора в определении коллимационных углов пр мо пропорциональна отношению величины смещени  автоколлимационного изображени  tg 1р к величине коллимационного угла поворота отражател  в. В предлагаемом устройстве за счет выбора отступлений двугранных углов и оси визировани  (1), (2) чувствительность Р при определении коллимационных углов характеризуетс  величиной

Р М- Ьйз,(4)

где f - фокусное рассто ние объектива приемного телескопа,

М - коэффициент передачи, равный

М 2/А.(5)

Смещение изображени  в плоскости анализа ) Psin 0/f при заданных рассто ни х L от отражател  до приемного телескопа , радиус объектива которого R, ограничено диапазоном видимости отражател  от точки наблюдени 

Psln0 fR/L(6)

Формулы (4)-(6) позвол ют при заданных характеристиках приемной оптики f, R и дальности действи  L найти максимальное значение чувствительности, при котором пара отраженных пучков, дающих центральные изображени , испольэумые дл  измерени  коллимационных углов, еще попадает в объектив приемного телескопа.

Периферийные 43 изображени  источника света расположены попарно и зеркально симметричны относительно центра пол  зрени . При повороте отражател  вокруг коллимационных осей одна из пар этих периферийных изображений неподвижна, а при повороте на некоторый угол вокруг оси скручивани  эта пара смещаетс  относительно центра пол  на такой же угол по окружности, дава  при этом информацию только об угле поворота отражател  относительно оси скручивани . Чувствительность оптического ориентатора в определении угла скручивани  пр мо пропорциональна линейному-смещению этой пары периферийных изображений, которое, в свою очередь, увеличиваетс  с ростом радиуса окружности , В предлагаемом устройстве за счет выбора отступлений двугранных углов л оси визировани  (1), (2) радиус окружности определ етс  соотношением

r-Mf.fe,С)

где коээфициент передачи М определ етс  соотношением (5). Диапазон измерени  угла скручивани  в 360 градусов при заданных L и R обеспечиваетс  при

r fR/L(8)

Формулы (7), (5), (8) позвол ют при заданных характеристиках приемной оптики f, R и дальности действи  L найти максимальное значение чувствительности, при котором пара отраженных пучков, дающих периферийные изображени , используемые дл  угла скручивани , еще попадает в обьектив приемного телескопа.

Таким образом, по двум центральным изображени м независимо от угла скручивани  определ ютс  коллимационные углы, а по одной из пар периферийных изображений независимо от коллимационных углов определ етс  угол скручивани .

8 качестве примера исполнени  рассмотрим оптическую систему с R 20 мм, f 400 мм и дальностью действи  L 10 м. При баз 21 максимальна  чувствительность в определении угла скручивани  достигаетс  согласно (7), (8) при

М - 3,4377.(9)

Коээфициент передачи при определении коллимационных углов согласно (4). (5) также определ етс  величиной (4). При этом согласно (6) нет ограничений на диапазон измерений коллимационных углов.

Предлагаемое устройство имеет коэффициент передачи (9) дл  S 1 при

5i2- ±2,4308 f, 3i3 -1,3816 1,(10)

cosЈi2 V-V57 0,5818)

cos Ј13 0,4019 ±0,0004, дл  S 2 при

612 ± 1,2154r 5i3 2,39111

cos Ј12 VVT Cos .5815 (11)

cos Ј13 0,6956

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Оптический ориентатор, содержащий взаимно удаленные приемо-передающую оптическую систему, установленную на базовом обьекте, и уголковый отражатель, закрепленный на подвижном исследуемом объекте, причем два двугранных, угла между отражающими гран ми отражател  выполнены с отступлени ми от пр мого угла, а внешн   нормаль к фронтальной грани отражател  составл ет с его ребрами заданные углы, отличающийс  тем, что, с. целью достижени  максимальной чувствительности оптического ориентатора в определении угла скручивани  и коллимационных углов при сохранении независимости их определни  и при заданных дальности действи  и апертуре оптической

   системы, третий двугранный угол между отражающими гран ми отражател  выполнен с отступлением от угла , где S 1, 2, 3 ..., причем указанные отступлени  определ ютс  из соотношений

   5i2 ± (523/()

   5l3 - Асоз() + VV2 -A2 sin (ifas ,

   а внешн   нормаль к фронтальной грани отражател  составл ет с его ребрами углы fi2.Јi3,Ј23, определ емые из соотношений

   cos Ј12 W5T coslzs А cosЈi3 Acos| 2s) + Vvi

   X Stn ( JESs) + 023 A Sin (&2S } - V Vi - A cos ( ) /( V5S A )

   где 5i2 - отступление величины двугранного угла между первой и второй отражающими гран ми - отступление величины двугранного угла между первой и третьей отражающими гран ми от лЈ ; 23 произвольное отступление величины двугранного угла между второй и третьей отражающими гран ми от л/2, не превышающее п/18; величина А удовлетвор ет соотношени м

   45

   А lu W2

   О VvЈ -A cos(2s) Asin (Jf2s) 1,

   50

   где R - заданный радиус объектива оптической .системы; L - заданна  дальность действи  ориентатора,

   Ґfz 7i/2S- f,2

   fa-J/2- f,3