Фотоэлектрическое устройство для автоматической фокусировки объектива телескопа Советский патент 1990 года по МПК G02B27/40 G02B23/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для использования в астрономической оптике, в частности в телескопах для исследования Солнца.

Целью изобретения является повышение точности фокусировки, а также расширение функциональных возможностей за счет обеспечения отбора изображения высокого качества.

На фиг. 1 изображена оптико-механическая схема устройства} на фиг. 2 - полуцилиндрический модуля- тор, в изометрии; на фиг. 3 - блок- схема устройства для автоматической фокусировки.

Устройство содержит оптический ,блок 1, установленный на оптической оси телескопа с возможностью вращения вокруг нее с помощью привода 2 через редуктор 3. В оптическом блоке 1 размещены плоские зеркала 4 р зеркальная призма 5. В верхней стенке оптического блока 1 выполнены отверстия-диафрагмы 6 диаметром d, разнесенные по высоте на величину сГ. На оптической оси телескопа размещен также полуцилиндрический модулятор 7, выполненный с возможностью вращения вокруг нее и кинематически связанный с приводом 2 с помощью редуктора 3, Редуктор 3 обеспечивает вращение полуцилиндрического модулятора с частотой, вдвое меньшей частоты вращения оптического блока 1.

С помощью зеркал 4 и зеркальной призмы 5 диафрагмы 6 оптически сопряжены с фотоприемником 8, в качестве которого используется фотоумножитель

Источник 9 света и два фотодиода 10 образуют две оптопары, вырабатывающие фазовые управляющие сигналы для работы электронной схемы обработки.

Электронная схема обработки состоит из преобразователя 11 ток - напряжение, усилителя 12, амплитудного детектора 13, фазового детектора 14 генератора 15 опорного напряжения, состоящего из двух усилителей-формирователей и триггера, подключенных к двум фотодиодам 10, усилителя 16 мощности, привода 17 фокусируемого объектива, порогового устройства 18, датчика порога срабатывания в виде источника 19 порогового напряжения, усилителя 20, затвора фотокамеры 21,

первой схемы 22 совпадения, второй схемы 23 совпадения, генератора 24 опорной частоты, реверсивного счетчика 25, цифроаналогового преобразователя 26, усилителя 27, исполнительного устройства 28, автоматической гйдирующей системы 28.

Оптимальное расстояние сР между от- верстиями диафрагмы 6 определяется соотношением

, 0,745 -Л

„. . ,

где А - длина волны света;

ft - апертурный угол объектива

телескопа.

Оптимальный диаметр d отверстий 6 вычисляется по соотношению

,

4-6,333- /3 2D 0,333

где f фокусное расстояние объектива телескопа; и - масштаб изображения;

D - диаметр изображения Солнца.

При выполнении этих соотношений

угловой размер отверстия-диафрагмы составляет около 1 угл.с и отличается от среднего размера гранулы Солнца.

Устройство работает следующим образом.

При вращении блока 1 за один оборот каждой из его двух диафрагм 6 попеременно с помощью полуцилиндрического модулятора 7 за время его полуоборота сканируется край изображения Солнна, Фокусируемого в одну точку фотоумножителя 8. С помощью источника 9 света, двух фотодиодов 10 и выреза полутгилиндрического модулятора 7 происходит выделение опорного

сигнала.поскольку в первый полуоборот полуцилиндрического модулятора 7 включается один из фотодиодов 10. Затем одной из граней полуцилиндрического модулятора 7 осуществляется

закрытие источника 9 света. Через полуоборот полуцилинлрического модулятора 7 происходит открытие источника 9 света, закрытие пепвого фотодиода 10 и включение ятопогп фото-

лиола, расположенного рядом при совпадении линии выреза получилиндои- ческого модулятора и источника 9 света. Аналогично работает модулятор 7 при перекрытии пучей света о.

5

изображения Солнца, ипущих от диафрамы 6.

На Лиг. 3 представлена электронная схема обработки сигнала и эпюры напряжений. На эпюре напряжений сигнала tt - время анализа от одной диафрагмы, а ц - время анализа or второй диафрагмы. Сигнал после фотоумножителя 8 попадает в преобразователь 11 ток - напряжение, затем в усилитель 12,амплит удный детектор 13, пороговое устройство 18, на которое от датчика порога срабатывания подается пороговое напряжение, при превышении которого максимум амплитуды высокочастотной составляющей сигнала, характеризующего максимальный контраст и, следовательно, высокое качество изображения, сигнал после порогового устройства 18 попадает в усилитель 20 и на затвор срабатывания фотокамеры 21. Таким образом, происходит отбор качественных изображений по изменению контраста.

После амплитудного детектора 13 сигнал попадает в фазовый детектор 14 на который подается опорное напряжение от генератора 15 опорного напряжения, подключеннного к двум фотодиодам 10. В фазовом детекторе 13 от высокочастотной направляющей сиг-нала отделяется его низкочастотная огибающая, характеризующая дефокусировку. Разница амплитуды низкочастотной составляющей сигнала, полученной с помощью двух диафрагм 6, сдвинутых по глубине шокуса, и модулятор 7, усиливается усилителем 16 мощности и подается на исполнительный орган 17 привода объектива, который перемещает фокусируемый объектив вдоль оптической оси в зависимости от величины и знака расфокусировки. После амплитудного детектора 13 сигнал подается на схемы 22, 23 совпадения, причем на первую схему 22 совпадения подает.ся опорный сигнал через генератор 15 опорного напряжения от первого фотодиода 10, а на вторую схему 23 совпадения подается опорный сигнал от второго фотодиода 10. На обе схемы 22, 23 совпадения подается опорная частота от генератора 24 опорной частоты. Количество импульсов высокочастотного сигнала от обоих схем 22 и 23 совпадений подсчитывается в реверГ

ю

15

20

25

30

35

40

45

0

5

356

сивном счетчике 25, с которого сравни ваемые сигналы количества высокочастотных импульсов сигнала, характеризующих дрожание изображения Со лн- ца, попадают в цнфроаналоговый преобразователь 26 и усиливаются в усилителе 27. Затем сигнал попадает на чатвор фотокамеры 21, который срабатывает при минимальной разнице в длительности высокочастотных пачек сигнала. Кроме того, сигнал от усилителя 27 попадает на исполнительное устройство автоматической гиди- рующей системы 28.

Ожидаемая точность чувствительности дефокусировки достигает в искажении волнового фронта А/1000. Формула изобретения

1.Фотоэлектрическое устройство для автоматической фокусировки объектива телескопа, содержащее оптический бгок с плоскими зеркалами и диа- сЬрагмой, установленный с возможностью вращения вокруг оптической оси телескопа с помощью привода, генератор опорного напряжения, связанный

с приводом оптического блока, фотоприемник, оптически сопряженный с помощью зеркал оптического блока с диафрагмой, амплитудный детектор, вход которого подключен к фотоприемнику через усилитель, фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а второй- к выходу генератора опорного напряжения, и привод объектива телескопа, подключенный к выходу фазового детектора через усилитель мощности, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки, оптический блок выполнен с двумя диафрагмами, каждая из которых оптически сопряжена с фотоприемником с помощью зеркал, при этом расстояние с между диафрагмами вдоль оптической оси телескопа и диаметр диафрагмы выбраны из соотношений:

л 0,745Л J ----,--,

d 4 o7333T(i

где Д - длина волны света;

/1 - апертурнмй угол объектива телескопа.

2.Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможноефиг. 1

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в астрономических телескопах для исследования Солнца. Цель изобретения - повышение точности фокусировки и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения отбора изображений высокого качества. Разнесенные по глубине диафрагмы сканируют край изображения Солнца за счет вращения оптического блока приводом через редуктор. Излучения, прошедшие диафрагмы, попеременно попадают на фотоприемник 8 через систему зеркал и полуцилиндрический модулятор. Сигналы фотоприемника обрабатываются схемой из амплитудного 13 и фазового 14 детекторов. Величина и знак выходного сигнала управляют приводом 17 перемещения объектива до получения сфокусированного изображения. Часть схемы из порогового устройства 18, источника 19 порогового напряжения и усилителя 20 вызывает срабатывание затвора 21 при высококонтрастных изображениях. Часть схемы, включающая схемы 22 и 23 совпадения, генератор 24 опорной частоты, реверсивный счетчик 25, цифроаналоговый преобразователь 26 и усилитель 27, обеспечивает срабатывание затвора 21 в моменты времени, когда дрожание изображения Солнца наименьшее. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.