Оптический шарнир Советский патент 1992 года по МПК G02B23/08 

Изобретение относится к оптико-механической технике и может быть использовано в оптико-механических устройствах для осуществления оптической связи между подвижными и неподвижными элементами устройства.

Известен оптический шарнир (ОШ) 1, состоящий из нескольких ветвей. Каждая ветвь ОШ представляет собой трубку с отражающим элементом, закрепленным под уг- лом 45° к оси трубки. Трубка имеет .возможность поворачиваться вокруг оси, проходящей под углом 45° к отражающему элементу.

Недостатком данного ОШ является то, что перенос изображения осуществляется только в одной плоскости, а также то, что имеет место вращение передаваемого изображения, так как поворот отражающего элемента осуществляется вокруг оси, лежащей в плоскости отклонения.

Известен двухканальный ОШ 2, содержащий в каждом из каналов входную и выходную прямоугольные призмы с гипотенузными отражающими гранями и промежуточную призменную систему, выполненную из двух поворотных вокруг пересекающихся осей прямоугольных призм с катетными отражающими гранями и плоскостями главных сечений, развернутыми на 90° относительно друг друга, между которыми размещена куб-призма с осью вращения, проходящей через точку пересечения осей вращения указанных призм.

Данный ОШ позволяет изменять угол визирования в двух плоскостях, что расширяет рабочий диапазон, однако недостатком известного ОШ является наклон передаваемого изображения, обусловленный тем, что призмы поворачиваются вокруг осей, лежащих в плоскости отклонения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ОШ 3J, содержащий входной и выходной оптические элементы, отражающие грани которых расположены под углом 45° к световому лучу. Промежуточный блок и входной отражающий элемент установлены с возможностью поворота вокруг осей, лежащих в плоскости отклонения луча, при этом угол поворота промежуточного блока равен половине угла поворота входного отражающего элемента.

Недостатком данного ОШ является сравнительно малый угол визирования в вертикальной плоскости из-за ограничения размеров визирной призмы головной оптической ветви.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности

сканирования в плоскости, перпендикулярной первой плоскости сканирования в широком угловом диапазоне.

Цель достигается тем, что в оптическом

шарнире, содержащем последовательно установленные четыре отражающих элемента, первый из которых установлен с возможностью вращения относительно оси, ориентированной под углом 45° к его отра0 жающей поверхности и проходящей через второй отражающий, элемент, а второй и третий отражающие элементы, ориентированные под углом 90° друг к другу и образующие блок, установлены с возможностью

5 вращения совместно с первым отражающим элементом относительно второй оси, параллельной первой, ориентированной под углом 45° к третьему и четвертому отражающим элементам, а четвертый отражаю0 щий элемент установлен параллельно третьему отражающему элементу, при этом угол поворота блока из второго и третьего отражающих элементов относительно второй оси вдвое меньше угла поворота перво5 го отражающего элемента относительно первой оси, введены пятый и шестой отражающие элементы, отражающие поверхности которых параллельны друг другу и установлены с возможностью совместного

0 вращения относительно оси, проходящей через шестой отражающий элемент и ориентированной под углом 45° к его отражающей поверхности и перпендикулярно первым двум осям, а пятый отражающий элемент

5 установлен с возможностью вращения относительно оси, ориентированной под углом 45° к его отражающей поверхности, проходящей через четвертый отражающий элемент и установленной с возможностью

0 поворота параллельно самой себе по радиусу, равному половине расстояния до оси вращения шестого отражающего элемента, причем первая ось, проходящая через первый отражающий элемент, установлена с

5 возможностью вращения в пространстве по радиусу, равному половине расстояния до второй оси, а радиусы вращения первого и пятого отражающих элементов лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях. Сопоставительный анализ с прототи0 пом показывает, что заявляемое устройство

отличается наличием двух отражающих эле-,

ментов.°

Таким образом, заявляемое устройство

соответствует критерию изобретения но5 визна.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия.

На фиг. 1 показана конструктивная схема устройства; на фиг. 2 - оптическая схема устройства; на фиг. 3. 4 - схема прохождения светового луча в оптическом шарнире при визировании, соответственно, по углу места и азимуту (в проекции на плоскость визирования).

Устройство содержит первый отражающий элемент 1, отражающая грань которого расположена под углом 45° к световому лучу 2. Отражающий элемент 1 закреплен на основании 3. которое может перемещаться в вертикальной плоскости по С-образной направляющей 4, а главная точка элемента 1по дуге окружности 5, центр которой расположу в точке 0 пересечения осей координат (фиг. 2). При этом элемент 1 имеет возможность вращаться относительно оси 6, расположенной в плоскости отклонения луча 2 и проходящей через второй отражающий элемент 7. образующий с третьим отражающим элементом 8 промежуточный оптический блок 9, отражающие грани которого расположены под углом 90° друг к дру- гу и под углом 45и к световому лучу 2. Для обеспечения постоянной оптической связи отражающие элементы 7 и 8 соединены между собой шатунной тягой 10, жестко связанной, например, с элементом 7 и образу- ющей поступательную пару 11 с элементом 8. Весь блок 9 вместе с отражающим элементом 1 может вращаться относительно второй оси 12, параллельной первой оси 6 и ориентированной под углом 45° к 8 и 13 отражающим элементам. При этом ось 6 перемещается в пространстве параллельно самой себе по радиусу, равному половине максимального расстояния между осями 6 и 12, при этом радиус вращения лежит в вер- тикальной плоскости. Четвертый отражающий элемент 13 установлен на основании 14, которое имеет возможность перемещаться в горизонтальной плоскости с С-образной направляющей 4. При этом главная точка элемента 13 находится на дуге окружности 15, главная точка элемента 1 - на дуге окружности 16, а центры отличных окружностей расположены на центральной оси Z-Z. За элементом 13 установлены два дополни- тельных - пятый и шестой отражающих элемента 17 и 18, связанных между со бой аналогично элементам 7 и 8. Отражающие грани элементов 17 и 18 параллельнь -друг другу и расположены под углом 45° к свёто- вому лучу 2.

Элемент 18 может вращаться относительно оси Zi-Zt, а элемент 17 - относительно оси 19, расположенной в плоскости

отклонения луча под углом 45° к отражающей поверхности элементов 17 и 13. Ось 19 перемещается в пространстве параллельно самой себе по радиусу, равному половине максимального расет@ я между осями 19 и Zi-Zi, при этом радиус «ращения лежит в горизонтальной плоскости.

Причем элементы 17 и 18 образуют Z-об- разную оптическую 20 шарнира, элементы 7 и 8 промежуточного оптического блока формируют П-образную оптическую ветвь 21 шарнира, а оптические элементы 1 и 13 формируют соответственно первую и вторую Г-образные оптические ветви шарнира.

Устройство работает следующим образом.

Информативный световой луч 2 входит в ОШ через входной отражающий элемент 1, проходит П-образную оптическую ветвь 21, оптический элемент 13, Z-образную оптическую ветвь 20 и попадает на приемник (на чертеже не показан). Визирование по углу места 0° а 270° осуществляется при перемещении входного отражающего элемента 1 в вертикальной плоскости по направляющей 4. При перемещении элемента 1 по направляющей 4, его главная точка перемещается по дуге окружности 5 с радиусом R, при этом главные точки отража- ющих элементов 7 и 8 всегда находятся на окружности с таким же радиусом R8.

Вследствие этого угол поворота луча 2 между элементами 8 и 7 (а 7, 8) равен половине угла визирования по углу места а 7,8 - т% ау м. (см. фиг. 3).

При перемещении отражающего элемента 1 в горизонтальной плоскости по дуге окружности 16 осуществляется визирование по азимуту на угол 0° а 270°. При этом главная точка отражающего элемента 2 всегда находится на дуге окружности 15с радиусом г (см. фиг, 4). А главные точки отражающих элементов 18 и 17 всегда находятся на окружности с таким же радиусом г. что и окружность 15, причем указанные выше окружности располагаются в параллельных между собой плоскостях и их центры лежат на одной оси.

Следовательно, угол поворота луча 2 между элементами 18 и 17 («is, 16). равен половине угла поворота луча 2 между элементами 13 и 8 ( а 2, 11), т.е.: «18,17

1/2 (213.8 (СМ. фИГ. 4),

Таким образом, перемещая отражающий элемент 1 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, осуществляют обзор любой точки пространства большим, чем полусфера, без наклона передаваемого изображения.

Достоинством предлагаемого оптического шарнира является то, что он может быть использован не только в обзорно-поисковых, следящих системах, для передачи окружающей обстановки на приемное устройство, но и в стендовом оборудовании для испытания вышеперечисленных систем. Для этого достаточно входной отражающий элемент (в данном случае он будет уже выходным) установить так, чтобы его отражающая грань была направлена в точку О симметрии шарнира, в которую устанавливают приемник испытуемой системы, а на противоположный крайний элемент оптического шарнира подают информативный луч, модулирующий в лабораторных условиях окружающую обстановку.

Формула изобретения Оптический шарнир, содержащий последовательно установленные четыре отражающих элемента, первый из которых размещен с возможностью вращения относительно оси, ориентированной под углом 45° к его отражающей поверхности и проходящей через второй отражающий элемент, а второй и третий отражающие элементы, ориентированные под углом 90° друг к другу и образующие блок, установлены с возможностью вращения совместно с первым отражающим элементом относительно второй оси, параллельной первой, ориентированной под углом 45° к третьему и четвертому отражающим елементам, а четвертый отражающий элемент установлен параллельно третьему, при этом угол поворота блока из второго и третьего отражающих элементов относительно второй оси вдвое меньше угла

поворота первого отражающего элемента относительно первой оси, отличающийся тем. что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения сканирования в плоскости,

перпендикулярной первой плоскости сканирования в широком угловом диапазоне, в него введены пятый и шестой отражающие элементы, отражающие поверхности которых параллельны друг другу и установлены

с возможностью совместного вращения относительно оси, проходящей через шестой отражающий элемент и ориентированной под углом 45° к его отражающей поверхности и перпендикулярно первым двум осям,

а пятый отражающий элемент установлен с возможностью вращения относительно оси, ориентированной под углом 45° к его отражающей поверхности, проходящей через четвертый отражающий элемент и установленной с возможностью поворота параллельно самой себе по радиусу, равному половине расстояния до оси вращения шестого отражающего элемента, причем первая ось, проходящая через первый отражающий

элемент, установлена с возможностью вращения по радиусу, равному половине расстояния до второй оси, при этом радиусы вращения первого и пятого отражающих элементов лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может найти применение в устройствах для осуществления оптической связи между подвижными и неподвижными элементами устройства. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения сканирования в плоскости, перпендикулярной первой плоскости сканирования в широком угловом диапазоне. Оптический шарнир состоит из шести отражающих элементов 1, 7, 8, 13, 17, 18, установленных последовательно друг за другом, а их отражающие грани расположены под углом 45° к входному лучу. Входной оптический элемент 1 формирует первую Г-образную оптическую ветвь 6-8, представляющую собой промежуточный блок 9, и формирует П-об- разную ветвь 21. Оптический элемент 13 формирует вторую Г-образную ветвь и оптические элементы 17 и 18 - 2 - образную оптическую ветвь 20. Оптический элемент 1 закреплен на основании 3, которое может перемещаться в вертикальной плоскости по направляющей 4 и вместе с ней - в горизонтальной плоскости. При перемещении оптического элемента 1 в вертикальной плоскости происходит визирование по углу листа, а в горизонтальной плоскости - по азимуту. 4 ил. Ё VJ ы VJ GO Ю О

. Фиг 2

X,

16

Фиг.З