Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на обеспечение в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования.
Известно устройство юстировки двухзеркальной оптической системы, содержащее корпус, главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ), установленные в корпусе (Патент РФ №2467286, 06.06.2011).
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения в автоматическом режиме юстировки: двухзеркальной телескопической системы из ГЗ и ВЗ; параллельности вышедших из двухзеркальной телескопической системы лучей; заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования.
Также известно устройство обеспечения в автоматическом режиме юстировки двухзеркальной системы (Савицкий А.М., автореферат диссертации «Принципы построения оптических систем термостабилизированных телескопов дистанционного зондирования земли», Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, 2012, стр. 12-14.). Это устройство включает корпус, ГЗ и ВЗ, установленные в корпусе, первое зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, жестко связанное с ГЗ, второе зеркало-имитатор оптической оси ВЗ, жестко связанное с ВЗ, первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ), первую перископическую систему, при этом первое и второе зеркала-имитаторы связаны между собой первым АКФ через первую перископическую систему, также содержит два привода наклонов ВЗ и три привода линейных смещений ВЗ, блок обработки и управления, первую и вторую пентапризмы.
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения в автоматическом режиме юстировки: двухзеркальной телескопической системы из ГЗ и ВЗ с установленным между ГЗ и ВЗ диагональным зеркалом (ДЗ); параллельности вышедших из двухзеркальной телескопической системы лучей; заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения» (Патент РФ №2611604 от 28.02.2017. Авторы: Александров А.Б., Мейтин В.А., Мокшанов В.Н., Мошков В.Л. Патентообладатель: Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации).
Это устройство содержит установленные в корпусе с входным и выходным окнами главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ) с размещенным между ними диагональным зеркалом (ДЗ) с двумя приводами наклонов,
направленное световое излучение, которое во входном окне ориентировано под прямым углом к оптической оси ГЗ и направлено на ДЗ, при этом ГЗ, ВЗ и ДЗ выполнены с центральными отверстиями в их нерабочих световых зонах;
первое, второе, третье и четвертое плоские зеркала-имитаторы, где первое, третье, и четвертое плоские зеркала-имитаторы, жестко связаны с ГЗ и ориентированы перпендикулярно к оптической оси ГЗ, второе плоское зеркало-имитатор, жестко связано с ВЗ и ориентировано перпендикулярно к оптической оси ВЗ,
два привода наклонов и три привода линейных смещений ВЗ, блок обработки и управления, первую и вторую пентапризмы,
первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ) и второй АКФ с визирной осью, ориентированной перпендикулярно к плоскости третьего зеркала-имитатора оптической оси ГЗ;
первую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым АКФ, и вторую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым АКФ через первую и вторую пентапризмы;
первую перископическую систему, через которую первое и второе зеркала-имитаторы связаны между собой оптически первым АКФ,
вторую перископическую систему с осью, ориентированной под углом к оси первой перископической системы, посредством которой первый АКФ оптически связывает четвертое зеркало-имитатор со вторым зеркалом-имитатором, при этом концевые отражатели в перископических системах выполнены в виде пентапризм;
первый объектив с центральным осевым отверстием, жестко связанный с ГЗ так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ, а главная точка расположена вблизи вершины ГЗ;
светящуюся марку, жестко связанную с ВЗ и расположенную на оптической оси ВЗ вблизи его вершины и одновременно расположенную в фокальной плоскости первого объектива с отверстием.
Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования.
Задачей, для решения которой предназначено предлагаемое техническое решение, является обеспечение в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования.
Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемое устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения относительно направления визирования, содержащее установленные в корпусе с входным и выходным окнами главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ) с размещенным между ними диагональным зеркалом (ДЗ) с двумя приводами наклонов,
направленное световое излучение, которое во входном окне ориентировано под прямым углом к оптической оси ГЗ и направлено на ДЗ, при этом ГЗ, ВЗ и ДЗ выполнены с центральными отверстиями в их нерабочих световых зонах;
первое, второе, третье и четвертое плоские зеркала-имитаторы, где первое, третье, и четвертое плоские зеркала-имитаторы, жестко связаны с ГЗ и ориентированы перпендикулярно к оптической оси ГЗ, второе плоское зеркало-имитатор, жестко связано с ВЗ и ориентировано перпендикулярно к оптической оси ВЗ,
два привода наклонов и три привода линейных смещений ВЗ, блок обработки и управления, первую и вторую пентапризмы,
первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ) и второй АКФ с визирной осью, ориентированной перпендикулярно к плоскости третьего зеркала-имитатора оптической оси ГЗ;
первую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым АКФ, и вторую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым АКФ через первую и вторую пентапризмы;
первую перископическую систему, через которую первое и второе зеркала-имитаторы связаны между собой оптически первым АКФ,
вторую перископическую систему с осью, ориентированной под углом к оси первой перископической системы, посредством которой первый АКФ оптически связывает четвертое зеркало-имитатор со вторым зеркалом-имитатором, при этом концевые отражатели в перископических системах выполнены в виде пентапризм;
первый объектив с центральным осевым отверстием, жестко связанный с ГЗ так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ, а главная точка расположена вблизи вершины ГЗ;
светящуюся марку, жестко связанную с ВЗ и расположенную на оптической оси ВЗ вблизи его вершины и одновременно расположенную в фокальной плоскости первого объектива с отверстием;
отличающееся тем, что устройство дополнительно включает закрепленные на корпусе двухзеркальной телескопической системы ночной (первый) визир, состоящий из первого корпуса визира с установленными в нем первым объективом визира и первым матричным фотоприемником (МФП), и дневной (второй) визир, состоящий из второго корпуса визира с установленными в нем вторым объективом визира и вторым МФП, при этом корпуса визиров закреплены на корпусе двухзеркальной телескопической системы так, что оптические оси объективов визиров ориентированы параллельно оптической оси ГЗ;
дополнительно включает пятое плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, жестко связанное с ГЗ и ориентированное параллельно плоскости третьего зеркала-имитатора оптической оси ГЗ;
второй объектив с отверстием, расположенным вдоль его оптической оси, закрепленный на корпусе двухзеркальной телескопической системы так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ и главная точка находится на расстоянии, равном половине фокусного расстояния второго объектива от плоскости пятого зеркала имитатора оптической оси ГЗ,
первый источник света с длиной световой волны λ1 и второй источник света с длиной световой волны λ2,
оптоволокно, один конец которого введен в осевое отверстие второго объектива до совмещения его торца с положением главной точки второго объектива и связан с объективом клеевым соединением, другой конец оптоволокна закреплен вместе с двумя источниками света с длинами световых волн λ1 и λ2 с возможностью освещения ими другого торца оптоволокна,
первое и второе устройства коллинеарного переноса лучей (УКПЛ), каждое из которых содержит несущую трубу с закрепленными на ее концах концевыми отражателями, выполненными в виде пентапризм, главные сечения которых ориентированы параллельно друг к другу и параллельно оси несущей трубы, причем каждая из несущих труб установлена на две опоры, закрепленные на корпусе двухзеркальной телескопической системы, первая опора выполнена в виде карданного подвеса, а вторая опора выполнена на подшипниках качения, при этом входная грань пентапризмы первого концевого отражателя первого УКПЛ выполнена параллельно противоположной грани, расположенной по ходу лучей, причем противоположная грань отражает световые волны с длиной λ1 и пропускает световые волны с длиной λ2;
первую призму БкР-180° (42), связанную оптически с первым УКПЛ с возможностью смены направления вышедших из него лучей на противоположное;
вторую призма БкР-180° (43), связанную оптически со вторым УКПЛ с возможностью смены направления вышедших из него лучей на противоположное;
третью ромб-призму, установленную между вторым объективом и первым концевым отражателем первого УКПЛ;
первый оптический клин, установленный в ход световых лучей от первого УКПЛ в первый визир;
второй оптический клин, установленный в ход световых лучей от второго УКПЛ во второй визир.
Предлагаемое устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения относительно направления визирования показано на схемах фиг. 1, 2, 3 и 4.
Предлагаемое устройство, содержащее установленные в корпусе 1 с входным 2 и выходным 3 окнами (фиг. 1), ГЗ 4 и ВЗ 5 с размещенным между ними диагональным зеркалом (ДЗ) 26 с двумя приводами наклонов 27 и 28 (фиг. 2 - разрез по А-А).
Направленное световое излучение 29, которое во входном окне 2 ориентировано под прямым углом к оптической оси ГЗ 4 и направлено на ДЗ 26, при этом ГЗ 4, ВЗ 5 и ДЗ 26 выполнены с центральными отверстиями в их нерабочих световых зонах (фиг. 2).
Первое 6, второе 7, третье 20 (фиг. 2) и четвертое 31 (фиг. 4 - разрез по В-В) плоские зеркала-имитаторы, где первое 6, третье 20 и четвертое 31 плоские зеркала-имитаторы, жестко связаны с ГЗ 4 и ориентированы перпендикулярно к оптической оси ГЗ 4, второе плоское зеркало-имитатор 7, жестко связано с ВЗ 5 и ориентировано перпендикулярно к оптической оси В3 5.
Два привода наклонов 10, 11 и три привода линейных смещений 12, 13, 14 ВЗ 5; блок обработки и управления 15; первую 16 и вторую 17 пентапризмы (фиг. 2).
Первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ) 8 и второй АКФ 21 с визирной осью, ориентированной перпендикулярно к плоскости третьего зеркала-имитатора 20 оптической оси ГЗ 4 (фиг. 2).
Первую поворотную ромб-призму 22 с приводом 23, оптически связанную со вторым АКФ 21 и вторую поворотную ромб-призму 24 с приводом 25, оптически связанную со вторым АКФ 21 через первую 16 и вторую 17 пентапризмы (фиг. 2).
Первую перископическую систему 9, через которую первое 6 и второе 7 зеркала-имитаторы связаны между собой оптически первым АКФ 8.
Вторую перископическую систему 30 (фиг. 4) с осью, ориентированной под углом к оси первой перископической системы 9 (фиг. 2), посредством которой первый АКФ 8 оптически связывает четвертое зеркало-имитатор 31 со вторым зеркалом-имитатором 7, при этом концевые отражатели 9(1), 9(2) и 30(1) и 32 в перископических системах выполнены в виде пентапризм (фиг. 2 и фиг. 4).
Первый объектив с центральным осевым отверстием 18, жестко связанный с ГЗ так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ, а главная точка расположена вблизи вершины ГЗ (фиг. 2).
Светящуюся марку 19, жестко связанную с ВЗ 5 и расположенную на оптической оси ВЗ 5 вблизи его вершины и одновременно расположенную в фокальной плоскости первого объектива с отверстием 18 (фиг. 2).
Устройство (фиг. 3 - вид по стрелке Б)) дополнительно включает закрепленные на корпусе 1 двухзеркальной телескопической системы ночной (первый) визир 33, состоящий из первого корпуса визира 33(1) с установленными в нем первым объективом визира 33(2) и первым матричным фотоприемником (МФП) 33(3), и дневной (второй) визир 34, состоящий из второго корпуса визира 34(1) с установленными в нем вторым объективом визира 34(2) и вторым МФП 34(3), при этом корпуса визиров закреплены на корпусе 1 двухзеркальной телескопической системы так, что оптические оси объективов визиров 33(2) и 34(2) ориентированы параллельно оптической оси ГЗ 4.
Дополнительно включает пятое 35 (фиг. 3) плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ 4, жестко связанное с ГЗ и ориентированное параллельно плоскости третьего 20 зеркала-имитатора оптической оси ГЗ 4.
Второй объектив с отверстием 36, выполненным вдоль его оптической оси, закрепленный на корпусе двухзеркальной телескопической системы 1 так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ и главная точка расположена на расстоянии, равном половине фокусного расстояния второго объектива от плоскости пятого зеркала имитатора 35 оптической оси ГЗ 4.
Первый источник света 38 с длиной световой волны λ1 и второй источник света 39 с длиной световой волны λ2.
Оптоволокно 37, один конец которого 37(1) введен в осевое отверстие второго объектива 36 до совмещения его торца с положением главной точки второго объектива и связан с объективом клеевым соединением, другой конец оптоволокна 37(2) закреплен вместе с двумя источниками света с длинами световых волн λ1 и λ2 с возможностью освещения ими другого торца оптоволокна.
Первое 40 и второе 41 устройства коллинеарного переноса лучей (УКПЛ), каждое из которых содержит несущую трубу с закрепленными на ее концах концевыми отражателями, выполненными в виде пентапризм, главные сечения которых ориентированы параллельно друг к другу и параллельно оси несущей трубы, причем каждая из несущих труб установлена на две опоры, закрепленные на корпусе двухзеркальной телескопической системы, первая опора 40(1) и 41(1) выполнена в виде карданного подвеса, а вторая опора 40(2) и 41(2) выполнена на подшипниках качения. При этом входная грань пентапризмы первого концевого отражателя 40(3) первого УКПЛ 40 выполнена параллельно противоположной грани, расположенной по ходу лучей, причем противоположная грань отражает световые волны с длиной λ1 и пропускает световые волны с длиной λ2.
Первую призму БкР-180° 42, связанную оптически с первым УКПЛ 40 с возможностью смены направления вышедших из него лучей на противоположное.
Вторую призму БкР-180° 43, связанную оптически со вторым УКПЛ 41 с возможностью смены направления вышедших из него лучей на противоположное.
Третью ромб-призму 44, установленную между вторым объективом 36 и первым концевым отражателем 40(3) первого УКПЛ.
Первый оптический клин 45, установленный в ход световых лучей от первого УКПЛ 40 в первый визир 33.
Второй оптический клин 46, установленный в ход световых лучей от второго УКПЛ 41 во второй визир 34.
Примечание. В процессе работы устройства обеспечение в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования требует последовательного выполнения следующих операций: во-первых, автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы из ГЗ и ВЗ с установленным между ГЗ и ВЗ диагональным зеркалом (ДЗ); во-вторых, автоматической юстировки параллельности вышедших из двухзеркальной телескопической системы лучей; в-третьих, определения углового отклонения вышедшего из телескопической системы излучения относительно нормали к третьему плоскому зеркалу-имитатору оптической оси главного зеркала, т.е. к оси ГЗ; в-четвертых, обеспечения в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования.
Первые три операции выполняются с использованием признаков известного технического решения. Выполнение четвертой операции возможно с использованием признаков известного технического решения, дополненного новыми отличительными признаками, только после выполнения первых трех пунктов.
Устройство работает следующим образом.
В предлагаемом устройстве, как и в известном устройстве, фиг. 1 и фиг. 2, предварительно обеспечивается автоматическая юстировка двухзеркальной телескопической системы при ее размещении в корпусе 1, когда в процессе работы корпус 1 может занимать произвольные пространственные положения и деформироваться. В этом случае может нарушаться условие качественной работы телескопической системы, по которому в процессе работы оптическая ось ВЗ 5 должна оставаться совмещенной с оптической осью ГЗ 4.
Решение такой задачи осуществляется следующим образом. Пучок параллельных лучей из первого АКФ 8 (фиг. 1) от светящейся марки 8(1) направляется через первую перископическую систему 9 на первое плоское зеркало-имитатор 6 и по автоколлимационному изображению от этого зеркала на матричном приемнике 8(2) снимают координаты X1 и Y1 углового положения имитатора 6. Одновременно пучок параллельных лучей из первого АКФ 8 направляется через светоделительную грань концевого отражателя 9(1) и через отверстие в объективе 18, на второе плоское зеркало-имитатор 7 и по автоколлимационному изображению от него снимают координаты Х2 и Y2 углового положения имитатора 7. Полученные координаты передаются в блок обработки и управления 15. По разности координат угловых положений зеркал-имитаторов 6 и 7 в блоке обработки и управления 15 формируются команды для приводов наклонов 10 и 11 ВЗ 5, которыми поворачивают зеркало 5 в требуемое положение.
Затем, светящаяся марка 8(1) выключается и включается светящаяся марка 19 у вершины ВЗ. Изображение светящейся марки 19 через объектив 18 формируется на приемнике 8(2), где снимают координаты Х3 и Y3. По разности значений X1/2 и Y1/2, полученных до выключения первой марки 8(1), и последних снятых координат Хз и Y3 в блоке обработки и управления 15 формируются команды для приводов 12 и 13, которыми ВЗ 5 смещают перпендикулярно оптической оси в требуемое положение.
Для повышения надежности контроля сохранности положения ВЗ 5 относительно ГЗ 4 устройство включает вторую перископическую систему 30 (фиг. 4).
Далее в устройстве обеспечивается автоматическая юстировка параллельности вышедших из двухзеркальной телескопической системы лучей и определяется угловое отклонение вышедшего из телескопической системы излучения относительно нормали к третьему плоскому зеркалу-имитатору 20 оптической оси главного зеркала, т.е. к оси ГЗ 4.
Для этого, фиг. 2, предварительно, ромб-призма 22 приводом 23 переводится в первое положение, при котором пучок параллельных лучей от светящейся марки 21(1) АКФ 21, пройдя ромб-призму 22, попадает на третье зеркало-имитатор 20 ГЗ 4, отражается от него и по автоколлимационному изображению во втором АКФ 21 снимаются координаты Х4 и Y4, определяющие угловое положение визирной оси второго АКФ 21 относительно оптической оси ГЗ 4. Затем, ромб-призма 22 приводом 23 переводится во второе положение и первая часть лучей из пучка направленного выходного светового излучения 29(1) попадает в ромб-призму 22 и через нее во второй АКФ 21, где на матрице 21(2) формируется изображение с координатами Х5 и Y5. Далее, приводом 23 призма 22 переводится в третье положение, при котором открывается путь во второй АКФ 21 для параллельных лучей со стороны пентапризмы 16. При этом ромб-призма 24 переводится приводом 25 в рабочее положение и вторая часть из пучка лучей направленного выходного светового излучения 29.1 (диаметрально противоположная первой части пучка лучей, по апертуре ГЗ 4) попадает в ромб призму 24, затем, в пентапризму 17, пентапризму 16 и во второй АКФ 21, где на матричном приемнике 21(2) формируется изображение с координатами Х6, Y6. Все измеренные координаты передаются в блок обработки и управления 15, где определяется разность координат. По разности координат ΔХ5,6 = Х6-Х5, ΔY5,6=Y6-Y5 определяется расходимость направленного светового излучения 29(1) на выходе в области выходного окна 3. По разности ΔX5,6 и ΔY5,6 формируются управляющие команды для привода 14 осевого перемещения ВЗ 5, осуществляется осевое перемещение ВЗ 5 и устраняется расходимость излучения.
Также определяется отклонение от параллельности между направлением выходного излучения и оптической осью ГЗ 4, заданной нормалью к третьему зеркалу-имитатору 20. Это отклонение определяется в блоке обработки и управления 15 по разности между координатами Х'=Х4/2, Y'=Y4/2 и X''=(Х5+Х6)/2, Y''=(Y5+Y6)/2, как ΔХ'''=Х''-Х'' и ΔY'''=Y''-Y'.
Предложенное устройство, в отличие от известного устройства, обеспечивает автоматическую юстировку направления выходного излучения относительно направления визирования также и при наличии случайных деформаций корпуса 1 двухзеркальной телескопической системы и корпусов 33(1), 34(1) визиров.
Для выполнения этого двухзеркальная телескопическая система, дополненная ночным визиром 33 и дневным визиром 34, устанавливается на опорно-поворотное устройство (ОПУ). Поворотами ОПУ двухзеркальная телескопическая система с закрепленными на ее корпусе визирами выводится в область наблюдения так, чтобы в центре МФП одного из визиров (в зависимости от того, в какое время суток осуществляется работа - ночью или днем) появилось изображение наблюдаемого объекта S.
Рассмотрим работу с первым визиром 33, в таком случае направление визирования будет определяется прямой, проходящей через заднюю узловую точку объектива 33(2) и центр изображения S на МФП 33(3) визира.
Автоматической юстировкой требуется устанавливать направление выходного излучения 29(1) параллельно относительно направления визирования, или, с учетом скоростной аберрации света, требуется устанавливать направление выходного излучения 29(1) под задаваемым углом упреждения относительно направления визирования.
В процессе работы для данной автоматической юстировки последовательно решается ряд задач.
Во-первых, определяются угловые координаты для направления выходного излучения относительно нормали к плоскости третьего зеркала-имитатора 20 оптической оси ГЗ 4. Эта задача решается с помощью известного технического решения, описанного выше.
Во-вторых, фиг. 3, определяются угловые координаты направления нормали к плоскости пятого зеркала-имитатора 35 оптической оси ГЗ 4 относительно направления визирования, проходящего через заднюю узловую точку объектива 33(2) и центр изображения S на МФП 33(3) первого визира.
Для этого по команде блока обработки и управления 15 включается источник света с длиной волны λ1, с помощью которого подсвечивается торец 37(2) оптоволокна 37, фиг. 4. Световое излучение передается по оптоволокну 37 на выход со стороны первого торца 37(1). Светящаяся марка, образованная со стороны первого торца 37(1) и совмещенная с положением главной точки второго объектива 36, отражается от пятого плоского зеркала-имитатора 35 оптической оси ГЗ 4, расположенного на половине фокусного расстояния от главной точки второго объектива. При этом световые лучи, идущие от светящейся марки и отраженные от пятого плоского зеркала-имитатора возвращаются к второму объективу, проходят его, образуя на выходе из него пучок параллельных лучей, ориентированных всегда параллельно нормали к пятому плоскому зеркалу 35. Применение оптоволокна 37 во втором объективе 36 для формирования марки позволяет существенно уменьшить световое экранирование выходного окна второго объектива. Этот пучок проходит дальше через ромб-призму 44, которая позволяет вывести данный пучок без изменения направления из внутренней части двухзеркальной телескопической системы, ограниченной корпусом 1, к наружной части корпуса 1 с закрепленным на наружной части корпуса 1 первым УКПЛ 40. После ромб-призмы 44 пучок параллельных лучей входит в первое УКПЛ 40, отражается им и выходит из него в виде пучка параллельных световых лучей, параллельных входному в это УКПЛ пучку световых лучей, фиг. 4. Для обеспечения сохранности параллельности между входным и выходным пучками световых лучей (при произвольных пространственных положениях корпуса 1 и возможных его деформациях) конструкция УКПЛ 40 содержит несущую трубу с закрепленными на ее концах концевыми отражателями, выполненными в виде пентапризм, главные сечения которых ориентированы параллельно друг к другу и параллельно оси несущей трубы, при этом несущая труба установлена на две опоры, закрепленные на корпусе двухзеркальной телескопической системы, первая опора 40(1) выполнена в виде карданного подвеса, а вторая опора 40(2) выполнена на подшипниках качения. Опоры расположены относительно трубы так, что при произвольных пространственных положениях УКПЛ 40 остается неизменной взаимная угловая ориентация главных сечений его пентапризм, поэтому не нарушается параллельность между входными и выходными лучами. После УКПЛ 40 пучок параллельных лучей попадает в призму БкР-180° 42, которая изменяет направление пучка параллельных лучей на противоположное направление и вводит его в первый визир 33. При этом призма не нарушает параллельность между пучком параллельных лучей на выходе из призмы относительно пучка параллельных лучей на ее входе. Кроме того, применение в конструкции призмы БкР-180° позволяет уменьшить (минимизировать) световое экранирование входного окна визира. Далее, пучок параллельных лучей направляется в объектив 33(2), который формирует из этого пучка на МФП 33(3) изображение марки, образованной со стороны первого торца 37(1) оптоволокна. Координаты изображения этой марки на первом МФП позволяют получать угловые отклонения направления нормали к плоскости пятого зеркала-имитатора 35 оптической оси ГЗ 4 в системе координат визира 33. Кроме того, на первом МФП имеется изображение наблюдаемого объекта S, координаты которого позволяют получать угловые отклонения направления визирования на наблюдаемый объект S также в системе координат визира. Разность координат изображений на первом МФП для марки и объекта S позволяет получить угловые отклонения направления нормали к пятому плоскому зеркалу-имитатору ГЗ относительно направления визирования на наблюдаемый объект S, т.е. позволяет получить угловые отклонения оптической оси ГЗ 4 относительно направления визирования на наблюдаемый объект S. Эти угловые отклонения будут одинаковыми как в системе координат визира, так и в системе координат ГЗ.
Таким образом, на основе решения первой задачи получены угловые отклонения для направления выходного излучения относительно нормали к плоскости третьего зеркала-имитатора 20 оптической оси ГЗ 4, т.е. получены угловые отклонения для направления выходного излучения относительно оптической оси ГЗ 4; на основе решения второй задачи получены угловые отклонения для направления нормали к пятому плоскому зеркалу-имитатору 35 оптической оси ГЗ 4 относительно направления визирования на наблюдаемый объект S, т.е. получены угловые отклонения оптической оси главного зеркала относительно направления визирования на наблюдаемый объект S. Поэтому, зная указанные отклонения, получаем угловые отклонения направления выходного излучения относительно направления визирования как сумму указанных угловых отклонений.
В-третьих, все угловые отклонения вычисляются в блоке обработки и управления 15 по координатам, снимаемым с матричных приемников: для второго АКФ 21 - это координаты, снимаемые с матричного приемника 21(2); для первого визира 33 - это координаты, снимаемые с МФП 33(3). Полученные значения угловых отклонений направления выходного излучения относительно направления визирования используются блоком обработки и управления 15 для формирования команд для приводов 27 и 28 управления наклонами ДЗ 26 для их устранения или для задания требующихся угловых упреждений направления излучения относительно направления визирования с учетом скоростной аберрации.
Также для удобства наблюдения объекта первым визиром 33 в ход световых лучей от первого УКПЛ 40 установлен оптический клин 45 (фиг. 4), который смещает на первом МФП 33(3) на известную величину изображение марки, образованной со стороны первого торца 37(1) оптоволокна, от центра первого МФП 33(3) на периферию. При этом изображение объекта не накладывается на изображение марки и центральная часть первого МФП освобождается только для наблюдения за объектом.
Рассмотрим работу с вторым визиром 34, для этого визира направление визирования будет определяться прямой, проходящей через заднюю узловую точку объектива 34(2) и центр изображения S на втором МФП 34(3) второго визира.
Также, как и в случае работы с первым визиром, при работе с вторым визиром 34 автоматической юстировкой требуется устанавливать направление выходного излучения 29(1) параллельно относительно направления визирования, или, с учетом скоростной аберрации света, требуется устанавливать направление выходного излучения 29(1) под углом упреждения относительно направления визирования.
В процессе работы с вторым визиром для обеспечения данной автоматической юстировки (как и в случае с первым визиром) последовательно решаются задачи: во-первых, определяются угловые координаты для направления выходного излучения относительно нормали к плоскости третьего зеркала-имитатора 20 оптической оси ГЗ 4 и, во-вторых, определяются угловые координаты направления нормали к плоскости пятого зеркала-имитатора 35 оптической оси ГЗ 4 относительно направления визирования, проходящего через заднюю узловую точку объектива 34(2) и центр изображения S на матричном приемнике 34(3) второго визира 34.
Отличие в работе с вторым визиром 34 по сравнению с работой с первым визиром 33 заключается в том, что: во-первых, по команде блока обработки и управления 15 включается источник света 39 с длиной волны λ2, с помощью которого, также как и для работы с первым визиром 33, подсвечивается торец 37(2) оптоволокна 37; во-вторых, пучок параллельных лучей с длиной волны λ2, идущий со стороны второго объектива 36, после прохождения ромб-призмы 44 проходит через пентапризму первого концевого отражателя 40(3) первого УКПЛ 40, как через плоскопараллельную пластину, не изменяя своего направления, входит во второе УКПЛ 41, отражается им и выходит из него в виде пучка параллельных световых лучей, параллельных входному в это УКПЛ пучку световых лучей.
Для обеспечения сохранности параллельности между входным и выходным пучками световых лучей (при произвольных пространственных положениях корпуса 1 и возможных деформациях корпуса 1 конструкция УКПЛ 41 содержит несущую трубу с закрепленными на ее концах концевыми отражателями, выполненными в виде пентапризм, главные сечения которых ориентированы параллельно друг к другу и параллельно оси несущей трубы, при этом несущая труба установлена на две опоры, закрепленные на корпусе 1 двухзеркальной телескопической системы, первая опора 41(1) выполнена в виде карданного подвеса, а вторая опора 41(2) выполнена на подшипниках качения. При этом опоры расположены относительно трубы так, что при произвольных пространственных положениях УКПЛ остается неизменной взаимная угловая ориентация главных сечений его пентапризм, поэтому не нарушается параллельность между входными и выходными лучами. После УКПЛ 41 пучок параллельных лучей попадает во вторую призму БкР-180° 43, которая изменяет направление пучка параллельных лучей на противоположное направление и вводит его в второй визир 34. При этом призма не нарушает параллельность между пучком параллельных лучей на выходе из призмы относительно пучка параллельных лучей на ее входе. Кроме того, применение в конструкции призмы БкР-180° позволяет уменьшать (минимизировать) световое экранирование входного окна второго визира. Далее, пучок параллельных лучей направляется в объектив 34(2), который формирует из этого пучка на втором МФП 34(3) изображение марки, образованной со стороны первого торца 37(1) оптоволокна. Координаты изображения этой марки на втором МФП позволяют получать угловые отклонения направления нормали к плоскости пятого зеркала-имитатора 35 оптической оси ГЗ 4 в системе координат визира 34. Кроме того, на втором МФП имеется изображение наблюдаемого объекта S, координаты которого на втором МФП позволяют получать угловые отклонения направления на наблюдаемый объект S также в системе координат второго визира. Вместе с тем, разность между координатами изображений на втором МФП для марки и объекта S позволяют получить угловые отклонения для направления нормали к пятому плоскому зеркалу-имитатору ГЗ относительно направления визирования на наблюдаемый объект S, т.е. позволяют получить угловые отклонения оптической оси главного зеркала относительно направления визирования на наблюдаемый объект S со стороны второго визира. Эти угловые отклонения будут одинаковыми как в системе координат второго визира, так и в системе координат ГЗ.
Таким образом, получены угловые отклонения для направления выходного излучения относительно нормали к плоскости третьего зеркала-имитатора 20 оптической оси ГЗ 4, т.е. получены угловые отклонения для направления выходного излучения относительно оптической оси ГЗ, и получены угловые отклонения для направления нормали к пятому плоскому зеркалу-имитатору 35 оптической оси ГЗ 4 относительно направления визирования на наблюдаемый объект S, т.е. получены угловые отклонения оптической оси главного зеркала относительно направления визирования на наблюдаемый объект S со стороны второго визира. Поэтому, зная указанные отклонения, получаем угловые отклонения направления выходного излучения относительно направления визирования со стороны второго визира как сумму указанных угловых отклонений.
Все угловые отклонения вычисляются в блоке обработки и управления 15 по координатам, снимаемым с матричных приемников: для второго АКФ 21 - это координаты, снимаемые с матричного приемника 21 (2); для второго визира 34 - это координаты, снимаемые со второго МФП 34(3). Полученные значения угловых отклонений направления выходного излучения относительно направления визирования используются блоком обработки и управления 15 для формирования команд для приводов 27 и 28 управления наклонами ДЗ 26 для их устранения или для задания требующихся угловых упреждений направления излучения относительно направления визирования с учетом скоростной аберрации.
Для удобства наблюдения объекта вторым визиром 34 в ход световых лучей от второго УКПЛ установлен второй оптический клин 46, который смещает на втором МФП 34(3) на известную величину изображение марки, образованной со стороны первого торца 37(1) оптоволокна, от центра второго МФП 34(3) на ее периферию. В такой конструкции изображение объекта не накладывается на изображение марки и центральная часть второго МФП освобождается только для наблюдений за объектом.
Примечание. Если бы конструкция устройства была абсолютно жесткой, то дополнение двухзеркальной телескопической системы (устройства по известному техническому решению, т.е. прототипа) ночным и дневным визирами обеспечивало бы решение задачи автоматической юстировки заданного направления выходного излучения относительно направления визирования, однако из-за деформаций корпуса двухзеркальной телескопической системы и корпусов визиров собственная визирная ось любого визира (прямая, проходящая через заднюю узловую точку его объектива и центр МФП) в процессе работы будет случайным образом изменять свое угловое положение относительно оптической оси главного зеркала (или относительно нормалей к зеркалам-имитаторам), что не позволяет обеспечивать решение указанной задачи. Только дополнение известного устройства не только визирами, но и остальными описанными выше конструктивными элементами позволяет решать поставленную задачу, т.е. конструктивное обеспечение стабильного оптического переноса в визир изображения марки, задающей направление оптической оси ГЗ в визире, относительно которой можно определить направление на объект S, позволяет исключить влияние деформаций всех корпусов и точно определить угловое отклонение направления излучения относительно направления визирования для его последующей автоматической коррекции с помощью блока управления и обработки, приводов наклонов диагонального зеркала и самого диагонального зеркала.
Таким образом, совокупность всех перечисленных признаков заявленного технического решения позволяет обеспечивать решение поставленной задачи обеспечения в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования с высокой точностью при наличии случайных деформаций корпуса двухзеркальной телескопической системы и корпусов визиров.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ЗАДАННЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2015 |
|
RU2611604C1 |
| Способ и устройство автоматической юстировки зеркальных телескопов | 2017 |
|
RU2690723C1 |
| УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ЦЕНТРИРОВАННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 2011 |
|
RU2467286C1 |
| Способ фокусировки телескопического объектива и устройство для его осуществления | 1990 |
|
SU1760423A1 |
| ОПТИЧЕСКАЯ ПАНОРАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА | 2007 |
|
RU2348956C1 |
| Оптический способ параллельного переноса исходного направления | 1972 |
|
SU447551A1 |
| ОПТИЧЕСКАЯ ПАНОРАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА | 2009 |
|
RU2399073C1 |
| ЛАЗЕРНЫЙ БИНОКЛЬ-ДАЛЬНОМЕР | 2008 |
|
RU2381445C1 |
| Имитатор звездного неба | 1984 |
|
SU1164774A1 |
| ЛАЗЕРНЫЙ ПРОФИЛОМЕТР | 2008 |
|
RU2369835C1 |
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на обеспечение в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования. Устройство содержит корпус с входным и выходным окнами, главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ) с размещенным между ними диагональным зеркалом (ДЗ) с двумя приводами наклонов, первое, второе, третье, четвертое и пятое плоские зеркала-имитаторы, где первое, третье, четвертое и пятое плоские зеркала-имитаторы жестко связаны с (ГЗ), а второе жестко связано с (ВЗ). Также содержит два привода наклонов и три привода линейных смещений (ВЗ); блок обработки и управления; первую и вторую пентапризмы, первый и второй автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ), первую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым (АКФ), вторую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым (АКФ) через первую и вторую пентапризмы; первую перископическую систему, через которую первое и второе зеркала-имитаторы связаны между собой оптически первым (АКФ); вторую перископическую систему; первый объектив с центральным осевым отверстием, жестко связанный с (ГЗ); второй объектив с отверстием, выполненным вдоль его оптической оси, светящуюся марку, жестко связанную с (ВЗ); ночной (первый) визир и дневной (второй) визир. Устройство включает первый источник света с длиной световой волны λ1 и второй источник света с длиной световой волны λ2; оптоволокно, первое и второе устройства коллинеарного переноса лучей (УКПЛ), каждое из которых содержит несущую трубу с закрепленными на ее концах концевыми отражателями, выполненными в виде пентапризм; первую призму БкР-180°, связанную оптически с первым (УКПЛ) и вторую призму БкР-180°, связанную оптически со вторым (УКПЛ); третью ромб-призму, установленную между вторым объективом и первым концевым отражателем первого (УКПЛ); первый оптический клин, установленный в ход световых лучей от первого (УКПЛ) в первый визир; второй оптический клин, установленный в ход световых лучей от второго (УКПЛ) во второй визир. Технический результат - обеспечение в автоматическом режиме юстировки заданного направления выходного из двухзеркальной телескопической системы излучения относительно направления визирования. 4 ил.
Устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения относительно направления визирования, содержащее установленные в корпусе с входным и выходным окнами главное зеркало (ГЗ) и вторичное зеркало (ВЗ) с размещенным между ними диагональным зеркалом (ДЗ) с двумя приводами наклонов,
направленное световое излучение, которое во входном окне ориентировано под прямым углом к оптической оси ГЗ и направлено на ДЗ, при этом ГЗ, ВЗ и ДЗ выполнены с центральными отверстиями в их нерабочих световых зонах;
первое, второе, третье и четвертое плоские зеркала-имитаторы, где первое, третье, и четвертое плоские зеркала-имитаторы жестко связаны с ГЗ и ориентированы перпендикулярно к оптической оси ГЗ, второе плоское зеркало-имитатор жестко связано с ВЗ и ориентировано перпендикулярно к оптической оси ВЗ,
два привода наклонов и три привода линейных смещений ВЗ, блок обработки и управления, первую и вторую пентапризмы,
первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ) и
второй АКФ с визирной осью, ориентированной перпендикулярно к плоскости третьего зеркала-имитатора оптической оси ГЗ;
первую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым АКФ, и вторую поворотную ромб-призму с приводом, оптически связанную со вторым АКФ через первую и вторую пентапризмы;
первую перископическую систему, через которую первое и второе зеркала-имитаторы связаны между собой оптически первым АКФ,
вторую перископическую систему с осью, ориентированной под углом к оси первой перископической системы, посредством которой первый АКФ оптически связывает четвертое зеркало-имитатор со вторым зеркалом-имитатором, при этом концевые отражатели в перископических системах выполнены в виде пентапризм;
первый объектив с центральным осевым отверстием, жестко связанный с ГЗ так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ, а главная точка расположена вблизи вершины ГЗ;
светящуюся марку, жестко связанную с ВЗ и расположенную на оптической оси ВЗ вблизи его вершины и одновременно расположенную в фокальной плоскости первого объектива с отверстием;
отличающееся тем, что устройство дополнительно включает закрепленные на корпусе двухзеркальной телескопической системы
ночной (первый) визир, состоящий из первого корпуса визира с установленными в нем первым объективом визира и первым матричным фотоприемником (МФП), и дневной (второй) визир, состоящий из второго корпуса визира с установленными в нем вторым объективом визира и вторым МФП, при этом корпуса визиров закреплены на корпусе двухзеркальной телескопической системы так, что оптические оси объективов визиров ориентированы параллельно оптической оси ГЗ;
дополнительно включает пятое плоское зеркало-имитатор оптической оси ГЗ, жестко связанное с ГЗ и ориентированное параллельно плоскости третьего зеркала-имитатора оптической оси ГЗ;
второй объектив с отверстием, выполненным вдоль его оптической оси, закрепленный на корпусе двухзеркальной телескопической системы так, что его оптическая ось ориентирована вдоль оптической оси ГЗ и главная точка расположена на расстоянии, равном половине фокусного расстояния второго объектива от плоскости пятого зеркала имитатора оптической оси ГЗ,
первый источник света с длиной световой волны λ1 и второй источник света с длиной световой волны λ2,
оптоволокно, один конец которого введен в осевое отверстие второго объектива до совмещения его торца с положением главной точки второго объектива и связан с объективом клеевым соединением, другой конец оптоволокна закреплен вместе с двумя источниками света с длинами световых волн λ1 и λ2 с возможностью освещения ими другого торца оптоволокна,
первое и второе устройства коллинеарного переноса лучей (УКПЛ), каждое из которых содержит несущую трубу с закрепленными на ее концах концевыми отражателями, выполненными в виде пентапризм, главные сечения которых ориентированы параллельно друг к другу и параллельно оси несущей трубы, причем каждая из несущих труб установлена на две опоры, закрепленные на корпусе двухзеркальной телескопической системы, первая опора выполнена в виде карданного подвеса, а вторая опора выполнена на подшипниках качения, при этом входная грань пентапризмы первого концевого отражателя первого УКПЛ выполнена параллельно противоположной грани, расположенной по ходу лучей, причем противоположная грань отражает световые волны с длиной λ1 и пропускает световые волны с длиной λ2;
первую призму БкР-180°, связанную оптически с первым УКПЛ с возможностью смены направления вышедших из него лучей на противоположное;
вторую призму БкР-180°, связанную оптически со вторым УКПЛ с возможностью смены направления вышедших из него лучей на противоположное;
третью ромб-призму, установленную между вторым объективом и первым концевым отражателем первого УКПЛ;
первый оптический клин, установленный в ход световых лучей от первого УКПЛ в первый визир;
второй оптический клин, установленный в ход световых лучей от второго УКПЛ во второй визир.
| УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ЗАДАННЫМ НАПРАВЛЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2015 |
|
RU2611604C1 |
| Оптическая система для автоматической фокусировки и юстировки двухзеркального телескопа | 1979 |
|
SU871128A1 |
| 0 |
|
SU162917A1 | |
| WO 2004068090 A1, 12.08.2004 | |||
| УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ ЦЕНТРИРОВАННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ | 2011 |
|
RU2467286C1 |
| US 5282016 A, 25.01.1994. | |||
