ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК G02B23/00 G02B23/16 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для телескопов с альт-азимутальной монтировкой.

Известны различные типы монтировок оптических телескопов (Михельсон Н.Н. Оптические телескопы. Теория и конструкция. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва "Наука", 1976, с. 336-353).

Известен оптический телескоп с экваториальной монтировкой (авт.св. N 1195324, кл. G 02 B 23/16, F 16 G 29/04, 1985), который приводится в действие посредством безредукторных приводов наведения с моментными двигателями, установленными непосредственно на осях наведения.

Недостатком телескопа с экваториальной монтировкой является изгиб его полярной оси, обуславливающий смещение оптической оси телескопа, которое имеет сложную зависимость от углов наведения телескопа. Кроме того, эта монтировка требует очень точной установки телескопа и предъявляет относительно высокие требования к взаимной перпендикулярности его осей наведения.

Известен полиапертурный телескоп (авт.св. N 717692, кл. G 02 B 27/00, 1980). Известное оптическое устройство содержит взаимно параллельные оптические блоки, смонтированные на опорно-поворотном устройстве со взаимно ортогональными осями вращения, приводы вращения относительно этих осей. Опорно-поворотное устройство выполнено в виде установленного на стойках основания полого вала с установленными вдоль него парами оптических блоков, каждый из которых жестко закреплен на полых полуосях, установленных с возможностью вращения на упомянутом полом валу. Геометрическая ось полого вала неподвижна. Полуоси каждой пары оптических блоков соосны между собой, параллельны полуосям остальных оптических блоков и ортогональны оси полого вала. Оптическая схема каждого оптического блока включает плоское зеркало, установленное внутри упомянутого полого вала. Для обеспечения параллельности оптических осей приводы вращения оптических блоков выполнены синхронными. При этом каждое плоское зеркало снабжено корректирующим следящим приводом, что обеспечивает точную коррекцию направления осей всех оптических блоков.

Недостатком известного устройства является то, что оно предполагает консольное закрепление оптического блока на полых полуосях. Такое крепление одновременно с небольшой конструктивной базой опор полых полуосей не обеспечивает достаточную жесткость конструкции и обуславливает развал оптических осей оптических блоков каждой пары и, как следствие, необходимость коррекции направления оптических осей. Вариант исполнения, при котором каждый оптический блок устанавливают на двух полых полуосях, уменьшает развал оптических осей пары оптических блоков, однако требует установки на полом валу противовеса для балансировки системы.

К недостаткам известного устройства относится также то, что оно предполагает применение электромеханических приводов наведения с зубчатыми передачами, которые вносят значительные погрешности в точность наведения телескопа. При этом изготовление подобных зубчатых передач требует прецизионного оборудования и обуславливает высокие затраты на изготовление и обслуживание телескопа.

Отмеченные недостатки ограничивают возможность использования известного устройства в высокоточных оптических устройствах.

Известен телескоп с альт-азимутальной монтировкой (патент СССР N 1708165, кл. G 02 B 23/00, 1992). Известное устройство содержит основание, выполненную в виде шарового сегмента раму, установленную в основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, сферический корпус с оптическим блоком, установленный в раме с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, узлы вращения и приводы вращения относительно упомянутых осей, оптическую аппаратуру, размещенную в упомянутом сферическом корпусе. Сферический корпус опирается на гидростатический упорный подшипник, выполненный внутри рамы. Узлы вращения сферического корпуса с оптическим блоком относительно горизонтальной оси выполнены в виде прикрепленных к сферическому корпусу трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипников опор, закрепленных на упомянутой раме. Вокруг трубчатых полуосей, установленных в подшипниках скольжения или качения в опорах рамы, размещены приводные элементы в виде зубчатых, клиноременных или зубчато-ременных передач, служащие для поворота сферического корпуса относительно горизонтальной оси. Рама установлена вертикально с помощью двух концентричных кольцевых рельсов в соответствующих направляющих пазах и с помощью гидростатических скользящих опор, установленных в упомянутом основании. Оба направляющих паза разделены радиально кольцевым направляющим цоколем. Основание с направляющим цоколем выполнено из железобетона. Радиально вне наружного направляющего паза находится зубчатый ходовой рельс, который находится в зацеплении с зубчатой передачей для поворота рамы телескопа на 360^o вокруг ее вертикальной оси. Вся масса рамы и сферического корпуса с оптическим блоком воспринимается двумя кольцевыми рельсами, которые опираются на направляющие пазы основания телескопа. Кольцевые рельсы своевременно поднимаются под давлением масла и без трения скользят по масляной пленке. Аналогично сферический корпус с оптическим блоком опирается на подпорные подушки в раме, поэтому для наклона сферического корпуса приблизительно на 75^o в обе стороны от вертикального положения не требуется больших усилий. Когда телескоп отключен, т.е. сброшено давление масла в гидростатических опорах, все нагрузки воздействуют на полусферу гидростатического упорного подшипника, выполненного в раме, и кольцевые рельсы, поэтому сферический корпус с оптическим блоком надежно фиксирован.

Недостатком известного телескопа с альт-азимутальной монтировкой является то, что он не предполагает обеспечения слежения за быстродвижущимися объектами, что обусловлено массогабаритными характеристиками устройства, а также использованием в приводах вращения зубчатых, клиноременных или зубчато-ременных передач, целевые характеристики которых не отвечают требованиям, предъявляемым к точности наведения и плавности слежения за быстродвижущимися объектами. К недостаткам известного устройства можно отнести также эксплуатационные неудобства, связанные с вращением оптической аппаратуры совместно со сферическим корпусом при эксплуатационных эволюциях телескопа.

Известно оптико-механическое устройство, предназначенное для использования в обзорно-поисковых следящих системах для передачи окружающей обстановки на приемное устройство (авт. св. СССР N 1737395, кл. G 02 B 23/09, 1992). Известное устройство представляет собой оптический шарнир для осуществления оптической связи между подвижными и неподвижными элементами. Оптический шарнир состоит из шести отражающих элементов, установленных последовательно друг за другом, а их отражающие грани расположены под углом 45^o к входному лучу. Устройство обеспечивает визирование по углу места и азимуту в угловом диапазоне 0 - 270^o.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает возможность одновременной работы на нескольких каналах.

Также известны квазиоптические устройства с альт-азимутальной монтировкой, оборудованные лучеводными трактами, связанными с приемо-передающей аппаратурой, размещенной на поворотных (подвижных) частях монтировки или на неподвижном основании (Мирошниченко А.Я. Лучеводы для двухзеркальных антенн: Обзор. Зарубежная радиоэлектроника, 1981, N 7, с. 28-62, Басилая И.Ш. Покрас А. М. , Поляк B.C., Соколов А.Г. Особенности конструктивных решений антенных систем, оборудованных лучеводом. - Антенны, вып. 24. М.: Связь, 1976, с. 148-158). Лучеводные тракты таких устройств включают в себя последовательно установленные отражающие элементы, при этом в случае размещения приемо-передающей аппаратуры на неподвижном основании ось начального участка лучевода совмещают с азимутальной осью вращения, а ось предпоследнего участка - с горизонтальной (угломестной) осью вращения устройства. Известные устройства обеспечивают возможность одновременной работы на нескольких каналах, что достигается, например, использованием в лучеводе селективных зеркал (см. упомянутый обзор с. 52-53).

Однако известные схемно-компоновочные решения устройств, оборудованных лучеводными трактами, предназначены для использования в СВЧ диапазоне и не являются гибкими с точки зрения обеспечения расширения функциональных возможностей в случае использования подобных решений для оптических устройств.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является устройство, используемое в конструкции шестиметрового телескопа БТА (см. упомянутую книгу с. 354 - 356, 407 - 408), которое и принято в качестве прототипа.

Известное устройство содержит основание, вилку, включающую в себя платформу с двумя стойками, установленную в основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, узлы вращения и приводы вращения относительно упомянутых осей, устройство регулировки вертикальности оси вращения вилки. Телескоп имеет альт-азимутальную монтировку. Для обеих осей вращения применены гидростатические подшипники. Вращение вокруг вертикальной оси осуществляется посредством сферического пояса, опирающегося на шесть гидростатических опор. К сферическому поясу прикреплена круглая горизонтальная платформа с двумя стойками, образующими вертикальную вилку, и вертикальная ось с червячным колесом, закрепленным на нижнем конце последней. Нижний конец упомянутой оси снабжен также шариковым подшипником с устройством регулировки вертикальности оси вращения вилки. Узлы вращения вокруг горизонтальной оси, выполненные в виде гидростатических подшипников с двумя самоустанавливающимися подушками, смонтированы на консольных балках вилки, входящих внутрь средника с оптическим блоком. Для этого в противоположных стенках средника в местах опоры на подшипники выполнены сферические поверхности. Вращение вокруг горизонтальной оси осуществляется с помощью червячного колеса, закрепленного на среднике с оптическим блоком. Каждая из двух стоек вилки снабжена кронштейнами для установки на них спектральной и прочей светоприемной аппаратуры. Внутри одной из стоек размещен спектрограф "квази-кудэ", участвующий вместе с телескопом в азимутальном вращении. Световой луч к оптической аппаратуре направляется посредством последовательно установленных отражающих элементов.

Однако известное устройство, также как и вышеупомянутый телескоп с альт-азимутальной монтировкой по патенту СССР N 1708165, не предполагает обеспечения слежения за быстродвижущимися объектами, что обусловлено массогабаритными характеристиками устройства, а также использованием в приводах вращения червячных передач, целевые характеристики которых (например, жесткость) не отвечают требованиям, предъявляемым к точности наведения и плавности слежения за быстродвижущимися объектами. Кроме того, изготовление червячных передач, используемых в электромеханических приводах известного устройства, требует прецизионного оборудования и обуславливает относительно высокие затраты на изготовление и обслуживание телескопа. Вместе с этим, вследствие использования гидростатических опор для обеих осей наведения, устройство является достаточно сложным.

Изобретение решает задачу повышения точности наведения и расширения функциональных возможностей оптического устройства с альт-азимутальной монтировкой.

Эта задача решается благодаря тому, что в оптическом устройстве, содержащем основание, вилку, включающую в себя платформу с двумя стойками, установленную в основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, узлы вращения и приводы вращения относительно упомянутых осей, устройство регулировки вертикальности оси вращения вилки, последовательно установленные отражающие элементы и оптическую аппаратуру, согласно изобретению последовательно установленные отражающие элементы образуют два лучевода с общим начальным участком, ось которого совмещена с вертикальной осью вращения, при этом ось предпоследнего участка каждого лучевода совмещена с горизонтальной осью вращения. Каждый привод вращения содержит моментный двигатель, включающий статор и ротор. При этом узлы вращения средника с оптическим блоком выполнены в виде прикрепленных к среднику трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор, закрепленных на стойках вилки. По меньшей мере одна из упомянутых трубчатых полуосей выполнена с образованием свободного конца, который с помощью разъемного соединения соединен с ротором моментного двигателя, статор которого с помощью переднего фланца консольно соединен с соответствующей стойкой вилки. Узел вращения вилки относительно вертикальной оси выполнен в виде смонтированных на основании оптического устройства двух концентричных подшипниковых опор, центральная из которых установлена на упомянутом основании с возможностью ограниченного перемещения и поворота относительно упомянутой вертикальной оси. При этом вилка в центральной подшипниковой опоре установлена посредством трубчатой цапфы, свободный конец которой через переходник с помощью разъемного соединения соединен с ротором другого моментного двигателя, статор которого соединен с основанием оптического устройства. Через трубчатую цапфу пропущен кабелепереход с вилки на основание. Кабелепереход выполнен с возможностью прохождения оптического луча вдоль вертикальной оси вращения к оптической аппаратуре, размещенной на основании оптического устройства. При этом общий начальный участок упомянутых лучеводов пропущен через узел вращения вилки относительно вертикальной оси, а предпоследний участок каждого лучевода пропущен через соответствующий узел вращения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси. Средник с оптическим блоком установлен с возможностью регулировки его положения относительно горизонтальной оси вращения. Между основанием оптического устройства и платформой вилки, а также между вилкой и по меньшей мере одной трубчатой полуосью установлены устройства фиксации их взаимного положения.

Такая конструкция альт-азимутальной монтировки с безредукторными приводами наведения, снабженными моментными двигателями, установленными непосредственно на осях наведения, позволяет существенно повысить общую жесткость устройства и частотные характеристики монтировки до 15-25 Гц, а следовательно, и повысить точность наведения. Наличие двух лучеводов позволяет существенно расширить функциональные возможности оптического устройства. Например, оптический блок может включать несколько оптоэлектронных устройств, обеспечивающих прием и передачу оптического сигнала на разных каналах, например инфракрасных, оптических, лазерных. Наличие двух лучеводов позволяет работать на двух каналах, например, в оптическом блоке могут быть задействованы узкопольный и широкопольный объективы или объектив для лазерного и объектив для инфракрасного излучения. При этом подобная конструкция оптического устройства обеспечивает возможность один из лучеводов с соответствующими оптоэлектронным устройством и квантово-оптической аппаратурой использовать, например, в дежурном режиме поиска объекта, а второй лучевод использовать совместно с другими оптоэлектронным устройством и квантово-оптической аппаратурой в режиме сопровождения объекта. Вместе с этим наличие двух лучеводов позволяет, при необходимости, один из них использовать в качестве резервного, что повышает надежность работы устройства. Особенности выполнения узла вращения вилки относительно вертикальной оси исключают возможность заклинивания центральной подшипниковой опоры из-за неточности изготовления деталей и сборки устройства, а также возможность передачи на вилку изгибающих моментов. Благодаря этому обеспечивается постоянство момента сопротивления вращению и постоянство геометрических параметров вилки, несущей средник с оптическим блоком, что в конечном счете обеспечивает повышение точности наведения оптического устройства. Размещение оптической (квантово-оптической) аппаратуры на основании оптического устройства позволяет уменьшить массогабаритные характеристики поворотных частей последнего, а следовательно, и моменты инерции, что обеспечивает возможность уменьшения деформативности поворотных частей как в статике, так и в динамике, обеспечивает стабильность положения фокуса кудэ и в конечном счете также обеспечивает повышение точности наведения оптического устройства. Кроме того, точность наведения оптического устройства обеспечивается благодаря возможности регулировки положения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси, что позволяет уменьшить коллимационные ошибки. Благодаря фиксации взаимоподвижных частей монтировки поворотные части устройства на любом рабочем угле удерживаются от поворота при воздействии внешних факторов, например ветра, и в случае обесточивания моментного двигателя.

Вместе с этим на торце по меньшей мере одной трубчатой полуоси с образованием консоли может быть закреплен стакан, в котором выполнен вырез с возможностью размещения в нем отражающего элемента, закрепленного на соответствующей стойке вилки.

На стойке вилки упомянутый отражающий элемент, может быть закреплен посредством кожуха лучевода. При этом кожух лучевода пропущен через упомянутый вырез в стакане и выполнен с перекрывающей этот вырез обечайкой, размещенный внутри стакана.

Отражающий элемент, размещенный в стакане, выполнен в виде селективного зеркала, а на свободном торце стакана размещена приемная оптическая аппаратура.

Кроме того, оптическое устройство может быть снабжено дополнительной оптической аппаратурой, размещенной на стойке вилки. При этом предпоследний отражающий элемент соответствующего лучевода вынесен за узел вращения средника с оптическим блоком и образует единый блок с установленным под углом 90^o соседним отражающим элементом. Этот единый блок отражающих элементов установлен с возможностью поворота относительно упомянутой горизонтальной оси вращения для подключения к оптическому блоку дополнительной оптической аппаратуры.

Вместе с этим каждое устройство фиксации взаимного положения взаимоподвижных частей монтировки может быть выполнено в виде дискового тормоза с электромагнитным приводом, включающего корпус и тормозной вал, кинематически связанный с помощью зубчатого зацепления соответственно с платформой вилки или трубчатой полуосью. При этом корпус дискового тормоза соединен соответственно с основанием оптического устройства или вилкой, а на тормозном валу дискового тормоза выполнены элементы, обеспечивающие вращение упомянутого вала вручную.

Благодаря дисковому тормозу с электромагнитным приводом соответствующая поворотная часть оптического устройства на любом рабочем угле наведения удерживается от поворота при воздействии внешних факторов, например ветра, в случае обесточивания моментного двигателя. Принцип работы устройства фиксации заключается в том, что при отсутствии напряжения на электромагнитном приводе дискового тормоза осуществляется постоянное торможение тормозного вала и соответственно кинематически связанной с ним поворотной части. При подаче питания на электромагнитный привод дискового тормоза его тормозной вал растормаживается, чем обеспечивается возможность поворота соответствующей поворотной части оптического устройства.

На фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого оптического устройства; на фиг. 2 - оптическое устройство, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство узла вращения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси вращения оптического устройства, разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - устройство узла вращения вилки относительно вертикальной оси вращения оптического устройства, разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 5 - винтовой дифференциальный механизм устройства регулировки положения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси вращения, узел Г на фиг. 3; на фиг. 6 схематично показана оптическая схема предлагаемого устройства (элементы оптического блока показаны не все).

Оптическое устройство содержит основание 1, вилку 2, включающую в себя платформу 3 с двумя стойками 4, 5. Вилка установлена в основании 1 посредством регулируемой опоры 6 с возможностью регулировки вертикальности оси 7. В вилке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 8 установлен средник 9 с оптическим блоком 10. Вилка и средник с оптическим блоком соответственно снабжены безредукторными приводами вращения относительно осей 7, 8. Наведение по осям 7, 8 обеспечивается соответственно моментными двигателями 11, 12, датчиками 13, 14 положения по углу и датчиками скорости (на чертеже не показаны). Каждый из последних выполнен в виде единого агрегата с соответствующим моментным двигателем.

Узел вращения вилки относительно вертикальной оси выполнен в виде смонтированных на регулируемой опоре 6 основания 1 двух концентричных подшипниковых опор 15, 16. В варианте осуществления изобретения центральная подшипниковая опора 15 выполнена в виде двух радиальных подшипников, а внешняя подшипниковая опора 16 - в виде упорного подшипника. При этом центральная подшипниковая опора 15 установлена на регулируемой опоре 6 основания 1 с возможностью ограниченного перемещения и поворота относительно оси 7. В варианте выполнения это обеспечено посредством закрепленной на регулируемой опоре 6 кольцевой мембраны 17. Вместо кольцевой мембраны могут быть применены радиально расположенные упругие пластины (на чертеже не показано). Вилка 2 в центральной подшипниковой опоре установлена посредством трубчатой цапфы 18. Свободный конец трубчатой цапфы 18 через переходник 19 с помощью разъемного соединения соединен с ротором 20 моментного двигателя 11, статор 21 которого через регулируемую опору 6 соединен о основанием 1. Концентрично трубчатой цапфе 18 на платформе вилки установлен переходник 22, на котором закреплен ротор датчика 13 привода вращения относительно оси 7. При этом статор датчика 13 посредством переходника 23 через регулируемую опору 6 соединен с основанием 1.

Со стороны нижнего торца регулируемой опоры 6 основания 1 установлено устройство регулировки вертикальности оси вращения вилки, которое выполнено в виде кольца 24 со сферической опорной поверхностью, взаимодействующей со сферическим поясом 25, выполненным на регулируемой опоре 6, и двух клиновидных колец 26, 27, расположенных между кольцом 24 и корпусом 28 основания 1. Устройство регулировки вертикальности оси вращения вилки снабжено домкратами 29 и стяжками 30. Домкраты 29 выполнены каждый в виде винтового механизма и расположены равномерно по окружности на периферии кольца 24 с возможностью взаимодействия с корпусом 28 основания 1. Стяжки 30 шарнирно закреплены на корпусе 28 основания с возможностью взаимодействия с соответствующими элементами зацепления, выполненными на регулируемой опоре 6, и расположены равномерно по окружности вокруг последней. Кроме того, устройство регулировки вертикальности оси вращения вилки включает средства (на чертеже не показаны) для поворота регулируемой опоры 6 относительно центра сферической опорной поверхности кольца 24. В варианте выполнения упомянутые средства выполнены в виде четырех закрепленных на корпусе 28 основания 1 горизонтально расположенных упорных винтов, контактирующих с корпусом регулируемой опоры 6. Упорные винты установлены попарно диаметрально противоположно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Узлы вращения средника с оптическим блоком выполнены в виде прикрепленных к среднику трубчатых полуосей 31, 32, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор 33, 34, закрепленных соответственно на стойках 4, 5 вилки 2. В варианте выполнения изобретения трубчатая полуось 31 выполнена с образованием свободного конца, который с помощью разъемного соединения соединен с ротором 35 моментного двигателя 12, статор 36 которого с помощью переднего фланца 37 консольно соединен со стойкой 4.

Средник с оптическим блоком установлен с возможностью регулировки его положения относительно горизонтальной оси вращения 8. В варианте выполнения изобретения средник 9 разъемно смонтирован на трубчатых полуосях 31, 32 посредством выполненных на упомянутых полуосях фланцев, каждый из которых снабжен тремя радиально расположенными винтовыми дифференциальными механизмами, включающими каждый гайку 38 и винт 39, головка которого взаимодействует с опорной поверхностью средника 9. При этом на фланце каждой из трубчатых полуосей 31, 32 два винтовых дифференциальных механизма расположены соосно и встречнонаправленно, а ось третьего винтового дифференциального механизма расположена перпендикулярно общей оси двух упомянутых механизмов. Средник с оптическим блоком относительно трубчатых полуосей установлен таким образом, что при положении оптического устройства по углу места "в горизонт" оси винтов 39 двух винтовых дифференциальных механизмов располагаются в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения 8, а третий винтовой дифференциальный механизм - снизу средника. Такое конструктивное выполнение обеспечивает возможность перемещения средника с оптическим блоком в двух взаимно перпендикулярных направлениях для совмещения базовой оси вращения последнего с горизонтальной (угломестной) осью вращения 8, положение которой определяется подшипниковыми опорами 33, 34.

Через трубчатую цапфу 18 пропущен кабелепереход 40 с вилки 2 на основание 1. Кабелепереход выполнен с возможностью прохождения оптического луча вдоль вертикальной оси 7 к оптической (квантово- оптической) аппаратуре 41, размещенный на неподвижном основании 1. Аппаратура 41 представляет собой квантово-оптическую приемо-передающую аппаратуру, в состав которой входит передатчик большой мощности, предполагающий наличие системы охлаждения. Упомянутая аппаратура обеспечивает возможность работы оптического устройства одновременно в режиме приема и передачи. Размещение аппаратуры 41 на неподвижном основании наряду с обеспечением уменьшения массогабаритных характеристик поворотных частей оптического устройства существенно облегчает ее обслуживание при эксплуатации.

В варианте выполнения изобретения оптический блок 10 включает несколько оптоэлектронных устройств, обеспечивающих прием и передачу оптического сигнала на различных каналах, например телевизионных, инфракрасных, лазерных, а также преобразование оптического сигнала в удобную форму.

Между аппаратурой 41 и оптическим блоком 10 установлены отражающие элементы 42 - 49, образующие два лучевода (лучеводных тракта) с общим начальным участком "д", ось которого совмещена с вертикальной осью вращения 7, а оси предпоследних участков "е" и "ж" совмещены с горизонтальной осью вращения 8. При этом общий участок лучеводов пропущен через узел вращения вилки 2 относительно вертикальной оси 7, а предпоследний участок каждого из лучеводов пропущен через соответствующий узел вращения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси 8.

Первый лучевод образуют последовательно установленные отражающие элементы 42-46, второй - отражающие элементы 42, 43, 47-49. В каждом лучеводе отражающие грани упомянутых элементов расположены под углом 45^o к оптическому лучу. Отражающий элемент 42 установлен неподвижно на основании 1, при этом его отражающая грань располагается под углом 45^o к вертикальной оси вращения 7. Отражающий элемент 43 установлен на платформе 3 вилки с возможностью поворота на 180^o относительно вертикальной оси вращения 7 в два фиксируемых положения. В одном из этих положений отражающая грань элемента 43 располагается параллельно отражающей грани элемента 44, а в другом положении - под углом 90^o к отражающей грани элемента 47. Отражающие элементы 44, 45 неподвижно закреплены посредством кожуха 50 лучевода на стойке 5 и образуют оптический блок, отражающие грани которого расположены под углом 90^o друг к другу, при этом отражающая грань элемента 45 располагается под углом 45^o к горизонтальной оси вращения 8.

На торце трубчатой полуоси 32 с образованием консоли жестко закреплен стакан 51, в котором выполнен вырез "и" с возможностью размещения в нем отражающего элемента 45, закрепленного посредством кожуха 50 лучевода на стойке 5. Кожух 50 лучевода пропущен через вырез в стакане 51 и выполнен с перекрывающей этот вырез обечайкой 52, размещенной с радиальным зазором внутри стакана. На свободном торце стакана 51 размещена приемная оптическая аппаратура 53, представляющая собой телевизионную камеру, работающую в режиме приема. На стойке 4 с помощью кронштейна 54 установлена дополнительная оптическая аппаратура 55. В варианте выполнения изобретения эта аппаратура представляет собой квантово-оптический передатчик небольшой мощности.

Отражающие элементы 46, 49 закреплены на корпусе оптического блока, при этом их отражающие грани располагаются под углом 45^o к горизонтальной оси вращения 8 так, что направляют соответствующий световой пучок от оптического блока 10 вдоль горизонтальной оси вращения в сторону отражающих элементов 45, 48 соответственно. Отражающий элемент 48 вынесен за узел вращения средника с оптическим блоком и образует единый блок 56 с отражающим элементом 47, отражающая грань которого располагается под углом 90^o к отражающей грани элемента 43 в одном из фиксируемых положений последнего.

Кроме упомянутых лучевидных трактов в оптическом устройстве в варианте выполнения изобретения реализуется еще два пути следования оптических лучей. Благодаря выполнению отражающего элемента 45 в виде селективного (дихроичного) зеркала световой пучок, направленный отражающим элементом 46 вдоль горизонтальной оси вращения 8, частично проходит через селективное зеркало 45 к телевизионной камере 53, которая поворачивается относительно оси 8 совместно с оптическим блоком 10. Блок 56 установлен на стойке 4 посредством кронштейна 57 с возможностью поворота относительно горизонтальной оси 8 в фиксируемое положение, соответствующее положению квантово-оптического передатчика 55. Благодаря такому выполнению к оптическому блоку через отражающие элементы 47-49 направляется оптический луч от квантово-оптического передатчика 55, который совместно с вилкой 2 поворачивается относительно вертикальной оси вращения 7.

Между основанием 1 и платформой 3 вилки 2, а также между вилкой 2 и трубчатой полуосью 32 установлены устройства фиксации 58, 59 их взаимного положения. В варианте выполнения изобретения каждое устройство фиксации выполнено в виде дискового тормоза с электромагнитным приводом, имеющего тормозной вал, кинематически связанный с помощью зубчатого зацепления соответственно с платформой 3 вилки или трубчатой полуосью 32. При этом корпус дискового тормоза соединен соответственно с основанием 1 или вилкой 2. В качестве дискового тормоза может быть использован, например, дисковый тормоз (авт. св. N 903619, кл. F 16 D 55/44, 1982). На тормозных валах дисковых тормозов установлены шестерни 60, 61, взаимодействующие соответственно с зубчатым колесом 62, установленным на вилке, и зубчатым сектором 63, установленным на трубчатой полуоси 32. На каждом тормозном валу предусмотрены элементы, обеспечивающие его вращение вручную (не показаны). Например, это может быть призматический хвостовик или граненое отверстие. В варианте осуществления изобретения тормозной вал используют для поворота соответствующей подвижной части вручную путем установки на него специального съемного редуктора с маховиком и предохранительной муфтой (не показаны). При установке упомянутого редуктора цепь питания соответствующего моментного двигателя автоматически блокируется, при снятии - восстанавливается.

Вместе с этим, между основанием 1 и вилкой 2, а также между вилкой и трубчатой полуосью 32 установлены буферные устройства 64, 65 для безударного торможения и остановки поворотных частей на предельных углах наведения в случае аварийной ситуации при несрабатывании концевых выключателей приводов вращения. В варианте осуществления изобретения буферные устройства выполнены в виде пружинных буферов.

В варианте осуществления изобретения основание 1 оптического устройства выполнено стационарным. В другом варианте выполнения (не показан) основание может быть выполнено транспортабельным, в результате чего оптическое устройство превращается в мобильное.

Оптическое устройство работает следующим образом.

При установке на фланцах трубчатых полуосей 31, 32 средника 9 с оптическим блоком 10 посредством винтов 39 базовую ось вращения средника с оптическим блоком совмещают с горизонтальной осью вращения 8, положение которой определяется подшипниковыми опорами 33, 34. Фиксируют положение средника относительно фланцев трубчатых полуосей 31, 32, например, с помощью штифтов, после чего посредством резьбовых соединений средник 9 закрепляют на упомянутых фланцах. Демонтаж средника с оптическим блоком производят в обратной последовательности. Аналогичным образом поступают в случае смены средника с оптическим блоком или его съема для проведения необходимых работ. В варианте осуществления изобретения винтовые дифференциальные механизмы, смонтированные на фланцах трубчатых полуосей 31, 32, обеспечивают перемещение средника с оптическим блоком в двух взаимно перпендикулярных направлениях с точностью до нескольких микрон. Возможность подобной регулировки положения базовой оси средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси вращения позволяет обойтись без внешних приспособлений, что упрощает эксплуатацию оптического устройства.

Для выставки вертикальной оси вращения вилки 2 регулируемую опору 6 основания 1 совместно с поворотными частями монтировки посредством домкратов 29 отжимают от корпуса 28 основания 1, освобождая таким образом клиновидные кольца 26, 27 от гравитационной нагрузки, обусловленной массой регулируемой опоры и поворотных частей монтировки. Путем поворота клиновидных колец относительно друг друга устанавливают требуемый угол наклона опорной поверхности клиновидного кольца 26, контактирующей с соответствующей опорной поверхностью кольца 24. После этого регулируемую опору совместно с поворотными частями монтировки опускают на корпус 28 основания 1. Для обеспечения заданной точности положения вертикальной оси 7 при необходимости посредством горизонтально расположенных упорных винтов производят поворот (в проделах 15 угловых секунд) регулируемой опоры 6 относительно центра сферической опорной поверхности кольца 24, после чего регулируемую опору совместно с поворотными частями монтировки закрепляют на основании посредством стяжек 30.

Наведение (слежение) оптического блока 10 на наблюдаемый объект может производиться раздельно или одновременно по осям 7, 8. Моментные двигатели 11, 12 безредукторных приводов вращения обеспечивают поворот подвижных частей монтировки, а также их удержание на любом угле наведения при включенном питании двигателей. При этом одновременно подается питание на электромагнитные приводы дисковых тормозов устройств 58, 59 фиксации взаимного положения платформы 3 вилки 2 относительно основания 1 и трубчатой полуоси 32 относительно вилки 2. При подаче питания на электромагнитный привод дискового тормоза его тормозной вал растормаживается и обеспечивает возможность поворота соответствующей поворотной части монтировки.

При наведении оптического устройства датчики обратной связи положения по углу и скорости соответственно связанные непосредственно с трубчатыми полуосями 31, 32 и трубчатой цапфой 18, обеспечивают выдачу сигналов о фактических углах поворота, а также скорости вращения относительно соответствующих осей наведения в управляющую ЭВМ (на чертеже не показана), которая формирует сигналы управления приводами наведения.

При обесточивании моментного двигателя одновременно обесточивается электромагнитный привод соответствующего дискового тормоза и осуществляется постоянное торможение тормозного вала и соответственно связанной с ним поворотной части монтировки.

При необходимости поворота какой-либо поворотной части монтировки вручную к тормозному валу дискового тормоза соответствующего устройства фиксации подсоединяют съемный редуктор с маховиком и предохранительной муфтой. При установке этого редуктора цепь питания моментного двигателя автоматически блокируется. В случае аварийной ситуации при несрабатывании на предельных углах наведения концевых выключателей приводов вращения соответствующие буферные устройства 64, 65 обеспечивают безударное торможение и остановку поворотных частей монтировки.

Таким образом, изобретение обеспечивает возможность создания оптического устройства с альт-азимутальной монтировкой с безредуктными приводами наведения, снабженными моментными двигателями, установленными непосредственно на осях наведения, что позволяет существенно повысить общую жесткость устройства и частотные характеристики монтировки до 15-25 Гц, а следовательно, и повысить точность наведения. Вместе с этим, особенности выполнения узла вращения вилки относительно вертикальной оси исключают возможность передачи на вилку изгибающих моментов, что обеспечивает постоянство геометрических параметров вилки, несущей средник с оптическим блоком, что в конечном счете тоже обеспечивает повышение точности наведения оптического устройства. Особенности выполнения лучеводной системы обеспечивают расширение функциональных возможностей оптического устройства и одновременно благодаря размещению наиболее громоздкой части оптической аппаратуры на неподвижном основании оптического устройства позволяют уменьшить массогабаритные характеристики поворотных частей последнего, а, следовательно, и моменты инерции, что обеспечивает возможность уменьшения деформативности поворотных частей как в статике, так и в динамике, обеспечивает стабильность положения фокуса кудэ и в коночном счете также обеспечивает повышение точности наведения оптического устройства. Кроме того, точность наведения оптического устройства обеспечивается как благодаря возможности регулировки вертикальности оси вращения вилки, так и благодаря возможности регулировки положения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси вращения (наведения), что позволяет уменьшить коллимационные ошибки.

Использование: для телескопов с альт-азимутальной монтировкой. Оптическое устройство содержит основание, вилку, установленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, средник с оптическим блоком, установленный с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, узлы вращения и приводы вращения относительно вертикальной и горизонтальной осей, устройство регулировки вертикальности оси вращения, отражающие элементы и оптическую аппаратуру. Отражающие элементы образуют два лучевода с общим начальным участком, ось которого совмещена с вертикальной осью вращения. Ось предпоследнего участка каждого лучевода совмещена с горизонтальной осью вращения. Общий начальный участок лучевода пропущен через узлы вращения вилки. Предпоследний участок каждого лучевода пропущен через соответствующий узел вращения средника. Приводы вращения содержат моментные двигатели. Узлы вращения средника выполнены в виде трубчатых полуосей, входящих внутрь подшипниковых опор на стойках вилки и одна из которых разъемно соединена с ротором моментного двигателя, статор которого соединен со стойкой вилки. Средник установлен с возможностью регулировки его положения относительно горизонтальной оси вращения. Изобретение позволяет повысить точность наведения и расширить функциональные возможности оптического устройства. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Оптическое устройство, содержащее основание, вилку, включающую в себя платформу с двумя стойками, установленную в основании с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, средник с оптическим блоком, установленный в вилке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, узлы вращения и приводы вращения относительно упомянутых осей, устройство регулировки вертикальности оси вращения вилки, последовательно установленные отражающие элементы и оптическую аппаратуру, отличающееся тем, что последовательно установленные отражающие элементы образуют два лучевода с общим начальным участком, ось которого совмещена с вертикальной осью вращения, при этом ось предпоследнего участка каждого лучевода совмещена с горизонтальной осью вращения, каждый привод вращения содержит моментный двигатель, включающий статор и ротор, при этом узлы вращения средника с оптическим блоком выполнены в виде прикрепленных к среднику трубчатых полуосей, входящих внутрь соответствующих подшипниковых опор, закрепленных на стойках вилки, по меньшей мере одна из упомянутых трубчатых полуосей выполнена с образованием свободного конца, который с помощью разъемного соединения соединен с ротором моментного двигателя, статор которого с помощью переднего фланца консольно соединен с соответствующей стойкой вилки, узел вращения вилки относительно вертикальной оси выполнен в виде смонтированных на основании оптического устройства двух концентричных подшипниковых опор, центральная из которых установлена на упомянутом основании с возможностью ограниченного перемещения и поворота относительно упомянутой вертикальной оси, при этом вилка в центральной подшипниковой опоре установлена посредством трубчатой цапфы, свободный конец которой через переходник с помощью разъемного соединения соединен с ротором другого моментного двигателя, статор которого соединен с основанием оптического устройства, а через трубчатую цапфу пропущен кабелепереход с вилки на основание, последний выполнен с возможностью прохождения оптического луча вдоль вертикальной оси вращения к оптической аппаратуре, размещенной на основании оптического устройства, при этом общий начальный участок упомянутых лучеводов пропущен через узел вращения вилки относительно вертикальной оси, а предпоследний участок каждого лучевода пропущен через соответствующий узел вращения средника с оптическим блоком относительно горизонтальной оси, причем средник с оптическим блоком установлен с возможностью регулировки его положения относительно горизонтальной оси вращения, а между основанием оптического устройства и платформой вилки, а также между вилкой и по меньшей мере одной трубчатой полуосью установлены устройства фиксации их взаимного положения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торце по меньшей мере одной трубчатой полуоси с образованием консоли жестко закреплен стакан, в котором выполнен вырез с возможностью размещения в нем отражающего элемента, закрепленного на соответствующей стойке вилки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что на стойке вилки отражающий элемент закреплен посредством кожуха лучевода, последний пропущен через упомянутый вырез в стакане и выполнен с перекрывающей этот вырез обечайкой, размещенной внутри стакана. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что отражающий элемент, размещенный в стакане, выполнен в виде селективного зеркала, а на свободном торце стакана размещена приемная оптическая аппаратура. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной оптической аппаратурой, размещенной на стойке вилки, при этом предпоследний отражающий элемент соответствующего лучевода вынесен за узел вращения средника с оптическим блоком и образует единый блок с установленным под углом 90^o соседним отражающим элементом, причем этот единый блок отражающих элементов установлен с возможностью поворота относительно упомянутой горизонтальной оси вращения для подключения к оптическому блоку дополнительной оптической аппаратуры. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждое устройство фиксации выполнено в виде дискового тормоза с электромагнитным приводом, включающего корпус и тормозной вал, кинематически связанный с помощью зубчатого зацепления соответственно с платформой вилки или трубчатой полуосью, при этом корпус дискового тормоза соединен соответственно с основанием оптического устройства или вилкой, а на тормозном валу выполнены элементы, обеспечивающие его вращение вручную.