СИСТЕМА ТЕЛЕОРИЕНТАЦИИ ОБЪЕКТА Российский патент 2013 года по МПК H04B10/00 G01S17/00 

Изобретение относится к области лазерной техники и используется для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или своды мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т.п.

Из уровня техники известна лазерная система телеориентации (патент на изобретение RU №2177208, МПК Н04В 10/10, 2001). Данная лазерная система телеориентации включает последовательно установленные лазер, двухкоординатный акустооптический дефлектор, содержащий две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые друг относительно друга на 90°, поляризационную светоделительную призму, создающую два канала распространения лазерного излучения, которая, в свою очередь, состоит из призмы ВР-0 в виде параллелограмма с приклеенными к отклоняющим излучение граням призмами АР-90. Отклоняющие излучение грани призмы обладают поляризационно-избирательными свойствами, которые направляют лазерное излучение по каналу I, если работают два акустооптических дефлектора (разворот плоскости поляризации лазерного излучения на 180°), и по каналу II, если работает один из акустооптических дефлекторов (разворот плоскости поляризации лазерного излучения на 90°). Для управления излучением по двум координатам в канале II используется дополнительный акустооптический дефлектор. Телескоп формирует ближнюю зону телеориентации объекта, так как использование телескопа с уменьшением изображения позволяет увеличить угловую величину поля управления объектом.

При использовании данного изобретения происходит разъюстировка обоих каналов относительно конструктивных осей изделия, в первую очередь за счет изменения температуры окружающей среды, так как изменяется скорость распространения акустической волны в дефлекторах, что приводит к ухудшению точности управления объектом. Данную ошибку можно компенсировать введением поправки частоты акустической волны в зависимости от температуры среды, но в процессе работы происходит разный разогрев дефлекторов, и процесс имеет динамический характер. Поэтому необходимо непрерывно контролировать изменение положения лазерного излучения относительно конструктивных осей изделия и корректировать его соответствующим образом.

Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является устройство стабилизации лазерной системы телеориентации (патент РФ на изобретение №2381625, МПК Н04В 10/10, 2010), содержащее последовательно установленные лазер, двухкоординатный акустооптический дефлектор, включающий две анизотропные акустооптические ячейки, развернутые относительно друг друга на 90°, третью анизотропную акустооптическую ячейку и телескоп, а также измерительный канал, включающий поляризационный светоделительный блок с зеркальной торцевой гранью, установленный между двухкоординатным акустооптическим дефлектором и третьей анизотропной акустооптической ячейкой, а также волновую пластинку (λ/2) и поляризационный оптический разветвитель лазерного излучения, установленные между анизотропной акустооптической ячейкой и телескопом, а также последовательно установленные по ходу лазерного излучения две пары оптических клиньев, одна из которых размещена после поляризационного оптического разветвителя лазерного излучения, а другая - после поляризационного светоделительного блока, а также телескопическую систему и позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, при этом зеркальные покрытия поляризационного светоделительного блока и поляризационного оптического разветвителя имеют разные поляризационные свойства.

В данном изобретении отсутствует стабилизация излучения поступающего в измерительный канал при угловых перемещениях поляризационной светоделительной призмы и поляризационного оптического разветвителя, что было обнаружено при акустических ударах. Так же при применении данной оптической схемы недостаточно места для компактного расположения телескопической системы, которая выступает за края изделий.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - создать такую систему телеориентации, у которой на стабильность пространственного положения пучков лазерного излучения не сказывались бы угловые и линейные уходы оптических элементов, вызванные внешними источниками воздействия (температура и вибрация).

Технический результат направлен на повышение стабильности работы лазерной системы телеориентации за счет использования светоделительной призмы и оптического разветвителя, использующих принцип уголковых отражателей, т.е. призм с крышей.

Технический результат достигается тем, что система телеориентации объекта состоит из последовательно установленных лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из первой и второй анизотропных акустооптических ячеек, развернутых друг относительно друга на 90°, третьей анизотропной акустооптическую ячейки, телескопа и измерительного канала, состоящего из поляризационно-светоделительного блока, телескопической системы, двух пар оптических клиньев, позиционно-чувствительного фотоприемника, волновой пластинки λ/2 и оптического разветвителя, при этом после двухкоординатного акустооптического дефлектора установлен поляризационный светоделительный блок с крышей, состоящий из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и призмы в виде параллелограмма БкС-0 с крышей на наклонной грани, а после третьей анизотропной акустооптичесой ячейки установлен оптический разветвитель с крышей, представляющий собой призму в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и треугольной прямоугольной призмы 9 БкР-180 с крышей на катете, при этом волновая пластинка установлена на пути распространения излучения при его отражении от крыши поляризационного светоделительного блока.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом.

Система телеориентации объекта состоит из последовательно установленных лазера 1, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из первой 2 и второй 3 анизотропных акустооптических ячеек, развернутых друг относительно друга на 90°, третьей анизотропной акустооптическую ячейки 5, телескопа 7 и измерительного канала, состоящего из поляризационно-светоделительного блока 4, телескопической системы 12, двух пар оптических клиньев 11, позиционно-чувствительного фотоприемника 13, волновой пластинки λ/2 10, оптического разветвителя 6. При этом после двухкоординатного акустооптического дефлектора установлен поляризационный светоделительный блок 4 с крышей, состоящий из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням прямоугольной треугольной призмы АР-90 и призмы в виде параллелограмма 8 БкС-0 с крышей на наклонной грани, а после третьей анизотропной акустооптичесой ячейки 5 установлен оптический разветвитель 6 с крышей, представляющий собой призму в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням прямоугольной треугольной призмы АР-90 и прямоугольной треугольной призмы 9 БкР-180 с крышей на катете, а волновая пластинка λ/2 10 установлена на пути распространения излучения при его отражении от крыши поляризационного светоделительного блока 4.

Система телеориентации объекта работает следующим образом.

Лазерное излучение от лазера 1 при включенных первой 2 и второй 3 акустооптических ячейках проходит и отклоняется поляризационным светоделительным призменным блоком 4 с крышей (канал I). Далее излучение без изменений проходит через оптический разветвитель 6 с крышей и выходит вне. На вторую зеркальную грань поляризационного светоделительного призменного блока 4 с крышей нанесено зеркальное покрытие, пропускающее малую часть лазерного излучения (например, 1%). Излучение, проходя через это покрытие, отражается от крыши призмы БкС-08 (канал III), проходит волновую пластинку λ/2 10, с помощью которой осуществляется поворот плоскости поляризации на 90°, пару оптических клиньев 11 и падает на вторую отклоняющую грань оптического разветвителя 6 с крышей. На вторую зеркальную грань оптического разветвителя 6 с крышей нанесено зеркальное поляризационно-избирательное покрытие, выполненное таким образом, чтобы излучение, имеющее плоскость поляризации, развернутую волновой пластинкой λ/2 10, полностью отражалось. Далее излучение канала III полностью отражается от крыши призмы БкР-180 9, проходит пару оптических клиньев 11, телескопическую систему 12 и падает на позиционно-чувствительный фотоприемник 13. Телескопическая система 12 уменьшает изображение, за счет чего моделируется большее расстояние до позиционно-чувствительного фотоприемника 13.

Лазерное излучение, при одной включенной первой 2 анизотропной акустооптической ячейке, проходит через поляризационный светоделительный блок 13 с крышей без отклонения (канал II). Лазерное излучение в канале II, после включенной третьей анизотропной акустооптической ячейки 5, проходит через поляризационный оптический разветвитель 6 с крышей, через телескоп 7 и выходит вне, при этом на первую грань оптического разветвителя 6 с крышей нанесено покрытие, отражающее малую часть лазерного излучения, которое за счет ортогональной поляризации к каналу III проходит без потерь через вторую зеркальную поляризационно-избирательную отражающую грань оптического разветвителя 6 с крышей, и далее распространяется аналогично излучению из канала III.

Для взаимного сведения излучения каналов I и III в измерительном канале предусмотрены две пары оптических клиньев 11, вращение которых вокруг своей оси позволяет изменять угловое распространение лазерных пучков. В процессе стабилизации системы телеориентации необходимо учитывать полученную информацию с позиционно-чувствительного фотоприемника 13 от каналов I и III и корректировать формирование информационного поля телеориентации объекта изменением частоты ультразвука, подаваемого на акустооптические дефлекторы. Так как работа каналов I и III разделена во времени, то для дополнительного разделения каналов во времени нет необходимости. Позиционно-чувствительным фотоприемником 13 может служить диафрагма с фотодиодом или четырехквадрантный фотодиод. Юстировка телескопической системы 12 осуществляется таким образом, чтобы в плоскости диафрагмы находилась перетяжка лазерного Гаусового пучка.

Таким образом, в предлагаемом устройстве повышение стабильности работы лазерной системы телеориентации осуществляется за счет использования светоделительной призмы и оптического разветвителя, использующих принцип уголковых отражателей, т.е. призм с крышей.

Система состоит из лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из первой и второй анизотропных акустооптических ячеек, развернутых друг относительно друга на 90°, третьей анизотропной акустооптической ячейки, телескопа и измерительного канала, состоящего из поляризационного светоделительного блока, телескопической системы, двух пар оптических клиньев, позиционно-чувствительного фотоприемника, волновой пластинки λ/2 и оптического разветвителя. После двухкоординатного акустооптического дефлектора установлен поляризационный светоделительный блок с крышей, состоящий из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и призмы в виде параллелограмма БкС-0 с крышей на наклонной грани, а после третьей анизотропной акустооптической ячейки установлен оптический разветвитель с крышей, представляющий собой призму в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и треугольной прямоугольной призмы 9 БкР-180 с крышей на катете. Волновая пластинка установлена на пути распространения излучения при его отражении от крыши поляризационного светоделительного блока. Технический результат - повышение стабильности работы системы. 1 ил.

Система телеориентации объекта, состоящая из последовательно установленных лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, состоящего из первой и второй анизотропных акустооптических ячеек, развернутых относительно друг друга на 90°, третьей анизотропной акустооптической ячейки, телескопа и измерительного канала, состоящего из поляризационного светоделительного блока, телескопической системы, двух пар оптических клиньев, позиционно чувствительного фотоприемника, волновой пластинки λ/2 и оптического разветвителя, отличающаяся тем, что после двухкоординатного акустооптического дефлектора установлен поляризационный светоделительный блок с крышей, состоящий из призмы в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и призмы в виде параллелограмма БкС-0 с крышей на наклонной грани, а после третьей анизотропной акустооптической ячейки установлен оптический разветвитель с крышей, представляющий собой призму в виде параллелограмма БС-0 с приклеенными к отклоняющим излучение граням треугольной прямоугольной призмы АР-90 и треугольной прямоугольной призмы БкР-180 с крышей на катете, при этом волновая пластинка установлена на пути распространения излучения при его отражении от крыши поляризационного светоделительного блока.