Фотоэлектрическое приемное устройство астрометрического инструмента Советский патент 1992 года по МПК G01C21/02 

сл

с

Использование: для фотоэлектрической регистрации положений фотометрического центра изображения звезды. Сущность изобретения: устройство содержит оптический анализатор 3, диссекторный телевизионный датчик 6, двухстороннее зеркало 7, расположенное перед оптическим анализатором с перекрытием половины поля зрения объектива и ориентированное под углом к его оптической оси, а оптический анализатор выполнен в виде прозрачной пластинки с зеркальным покрытием в виде горизонтальных и вертикальных линейных растров. 4 ил.

Изобретение относится к астрономии, предназначается для фотоэлектрической регистрации положений фотометрического центра изображения звезды относительно щелей линейчатого растра оптического анализатора и может быть использовано в службе параметров вращения Земли для определения всемирного времени и широты. Кроме того, может быть использовано для получения информации об оптических характеристиках атмосферы (амплитуды дрожания и мерцания звезд, коротко-периодические аномалии рефракции, фотометрическая величина звезд и прозрачность атмосферы, эффективный диаметр изображения звезд).

Известна фотометрическая приставка к астрономо-геодезическому инструменту (авт.св. № 498592, М кл. G 02 В 23/16,1976), содержащая оптический блок и два фотоприемника с линзами Фабри перед ними. Оптический блок выполнен в виде нескольких склеенных призм, в плоскости склейки

которых нанесены две сдвинутые одна относительно другой зеркальные решетки. А в просвете между отражательными элементами зеркальных решеток нанесены штрихи сетки зрительной трубы.

Недостатком являются большая техническая сложность изготовления оптического блока высокой точности, различие в диаметрах пучков засветки фотокатодов ФЭУ № 1 и ФЭУ № 2, вследствие различия в соответствующих оптических длинах путей, применения двух ФЭУ, делающее практически невозможной идентичность двух оптико- электронных каналов фотоэлектрической приставки.

Известен фотоэлектрический меридианный круг РМС 190, работающий в Токийской обсерватории (Итоги науки и техники серии Астрономия, том 30, 1987, стр. 7-11) Его приемный оптико-механический блок содержит окуляр визуального контроля, призму, сетку, зеркало, подвижную пластинку со щелями и отверстиями, выполняVI

VI

СЛ О

о

СЛ

ющую роль оптического анализатора (АО). Для визуального контроля в конус лучей, собираемых объективом, введено диагональное зеркало, отклоняющее свет под углом 90°, и в образовавшийся отклоненный фокус помещена сетка, совмещенная с полем изображения окуляра. Так как оптическая часть меридианного круга построена по одноканальной схеме, то при фотоэлектрических наблюдениях диагональное зеркало выводится из конуса лучей, сходящихся в главной фокальной плоскости, где расположен оптический анализатор, через щели которого проходящий свет с помощью линз проецируется на фотокатод ФЭУ.

Недостатком этого приемного оптико- механического блока является то, что в нем канал визуального контроля не может функционировать одновременно с основным каналом фотоэлектрической регистрации, так как оптическая часть его построена по одноканальной схеме.

За прототип выбрана окулярная часть устройства фотоэлектрической регистрации моментов прохождения звезд (авт.св. № 1121585, М.кл. G 01 С 21/02, 1984), построенная по двухканальной схеме, которая содержит объектив, оптический анализатор, две линзы Фабри, оптический компенсатор, световоды и диссектор.

Недостатком устройства-прототипа является то, что в нем принципиально не может быть увеличено поле обзора по зенитному расстоянию. Вследствие того, что пластинка оптического анализатора ориентирована под углом 45° к главной оптической оси, заметный уход по зенитному расстоянию от осевой линии ОА, практически совмещенной с фокальной плоскостью, даст значительную расфокусировку изображения звезды, что недопустимо.

Устройств (прототип) рассчитано для наблюдения звезд на ФПИ, когда положение изображения звезды мало изменяется по высоте - на величину, не превышающую радиус изображения звезды. Это практически не приводит к расфокусировке изображения звезды за счет наклоненного положения (под углом 45° к главной оптической оси) пластинки оптического анализатора. Вследствие этого размер поля обзора оптического анализатора по высоте составляет всего несколько угловых секунд.

Кроме этого устройство (прототип) не обеспечивает формирование второго фокуса для построения канала контроля поля изображения с помощью визуального окуляра или телевизионной системы регистрации.

Целью изобретения является устранение этих недостатков, а именно: увеличение поля обзора по зенитному расстоянию и обеспечение возможности формование второго фокуса для канала контроля поля изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическое приемное устройство, содержащее оптический анализатор, распо0 ложенный в плоскости главного Фокуса объектива, телевизионный датчик на диссекторе, двухканальную проекционную оптическую систему с линзами и световодами, дополнительно перед оптическим ана5 лизатором введено двухсторонее диагональное зеркало, перекрывающее одну половину конуса собираемых объективом лучей и находящееся на оптической оси канала отраженного света, и оптический ана0 лизатор выполнен в виде пластинки с зеркальным покрытием, заполняющим попеременно промежутки между прозрачными щелями горизонтальных и вертикальных растров.

5 Новым в приемном устройстве астро- метрического инструмента является то, что двухстороннее диагональное зеркало введено в одну из половин конуса собираемых объективом лучей, а зеркальное покрытие

0 оптического анализатора состоит из нескольких зон с горизонтальными и вертикальными растрами.

На фиг. 1 изображена общая структурная схема приемного устройства; на фиг. 2

5 - схема оптических каналов ФЭЗТ; на фиг. 3, 4 - варианты оптического анализатора, которые можно применять в различных аст- рометрических инструментах.

На чертеже приняты следующие обоз0 начения: 1 - объектив, 2 - оптический анализатор (ОА), 3 - конденсатор канала проходящего света, 4 - оптический компенсатор, 5 - световод канала проходящего света, 6 -- диссектор (первая телевизионная

5 система регистрации), 7 - двухстороннее диагональное зеркало, 8 - конденсатор канала отраженного света, 9 - световод канала отраженного света, 10 - сетка искателя (второй фокус), 11 - окуляр визуального об0 зора или вторая телевизионная система регистрации, 12 - плоскопареллельнзя полупрозрачная пластинка, 13 - объектив светодиодного излучателя, 14 - светодиод, 15 - горизонтальное зеркало в трубе теле5 скопа, 16 - диагональное зеркало в трубе телескопа.

Устройство работает следующим образом.

Труба астрометрического инструмента на альтззимутальной монтировке с обьективом 1 наводится на наблюдаемую звезду. При этом правая половина конуса собираемых объективом 1 лучей от звезды собирается в плоскости изображения главного фокуса в виде изображения звезды, где ус- тановлеиа пластинка оптического анализатора 2. Предварительно анализатор 2 устанавливается таким образом, чтобы щели горизонтального растра были параллельны линии горизонта.

В процессе наблюдения прохождения звезды ее изображение перемещается в поле анализатора по траектории, параметры которой требуется определить.

Такая траектория получается в системе координат оптического анализатора 2, начало координат которой находится в центре автоколлимациоиной марки.

В процессе прохождения звезды ее изображение проецируется попеременно то на прозрачные щели, то на зеркальные промежутки между ними (фиг. 3, 4). Проходящий через щели анализатора световой поток от звезды и фона неба направляется через конденсатор 3, оптический компенсатор 4 и световод 5 канала проходящего света на соответствующий вход диссектора 6. Отраженный от зеркальных промежутков анализатора 2 световой поток еще раз отражается от диагонального двухстороннего зеркала 7 и направляется через конденсатор 8 и световод 9 на другой оптический вход диссектора 6. Регистрация световых потоков осуществляется попеременно посредством системы оптико-электронной коммутации, как это описано в прототипе.

Левая половина конуса собираемых объективом 1 лучей после отражения диагональным зеркалом 7 фокусируется на сетке искателя 10, т.е. втором фокусе, где распо- ложен либо окуляр визуального обзора 11, либо телевизионная система регистрации контрольного канала поля изображения.

Предлагаемое приемное устройство может использоваться со следующими типо- выми астрометрическими инструментами:

1)фотоэлектрическим пассажным инструментом (ФПИ);

2)меридианным кругом (МК);

3)фотоэлектрической зенитной трубой (ФЭЗТ);

4)зенит-телескопом (ЗТ);

5)астролябией призменной (АСТР.).

В случае фотоэлектрической зенитной трубы (ФЭЗТ) щели горизонтального растра АО (фиг. 3) должны быть ориентированы в направлении первого вертикала, центр зв- токоллимационной марки должен быть совмещен с направлением отвесной линии (например, с помощью автоматической автоколлимационнои фотоэлектрической следящей системы). Горизонтальный растр на участках А, С, Е, С служит для определения зенитного расстояния через определение параметров параболического следа околозенитной звезды, а на участках С и Е также для прямого измерения зенитного расстояния наблюдаемой звезды в районе кульминации. В процессе прохождения изображения звезды по горизонтальному растру оптического анализатора центр этого изображения пересекает края щелей с известными зенитными расстояниями (расстояния между краями щелей точно измерены и с учетом масштаба изображения выражены в единицах угловой секунды). Измерительная информация формируется фотоэлектрическим микрометром триадами вида р, С1, С2), где С1 и С2 - показания счетчиков фотонов каналов проходящего (1) и отраженного (2) света, пропорциональные световым потокам, исходящим из нижнего и верхнего частей изображения звезды (в случае зенитальных измерений), разделенных краем щели горизонтального растра, а Т - момент окончания периода накопления информации в счетчиках по шкале координатного времени. Каждое такое элементарное измерение, происходящее многократно в течение каждой секунды, дает информацию о расстоянии центра изображения звезды до ближайшего края щели горизонтального растра.

Принимая показания счетчиков С1 и С2 (за вычетом составляющей фона неба) пропорциональными соответственно площадям, нижнего и верхнего сегментов кружка рассеяния изображения звезды, можно выС2

числить по аргументы h pj расстояние h

центра изображения звезды от горизонтального края щели в долях его радиуса методом итераций по следующей формуле:

hj cos (

л.

п, + 1

+ hj-i V1 -hjf-i )(1)

где h 0, если п 1; h 0, если li 1;

I - порядковый номер измерения.

j - порядковый номер итерации.

Каждое элементарное измерение, следовательно, дает расстояние hj - ординату, принадлежащую одной и той же параболе вида:

hj AT2i + ВТ, + С,(2)

где А, В. С - коэффициенты параболы;

Ti - соответствующие моменты времени.

Та же парабола в линейных величинах:

YI ах i + BXi + с.

(3)

у

где а - IU- . Здесь 6- склонение звезды,

F -фокусное расстояние.

Эффективный фотометрический радиус изображения звезды:

(4)

где I - линейная скорость движения изображения звезды со склонением д, благодаря вращению Земли.

Искомая величина разности зенитных расстояний AZ между цегтром кульминирующей звезды и краем щели, разделяющим изображение звезды на части (участка растра С и Е), вычисляется как среднее из результатов вычисления по формуле (1).

Искомая величина разности зенитных расстояний AZ между вершиной параболической кривой (2) в единицах г и ближайшим краем щели горизонтального растра (участки А.-С, Е, С), вычисляются по формуле

7 M-tgc5 ,TV-Tit ,2 д/.-пр- (-ъ-г;

(5)

где М - масштаб изображения в угл. сек/мкм;

Тт. Та - дез значения абсциссы из уравнения (2) для значения ординат hi,2 0.

Физический смысл разности Jz Ti представляет собой выраженную в единицах времени хорду, совпадающую с отрезком края щели между точками пересечения ее параболой.

Вертикальный растр на участках В и Г служит для определения времени, а на участке D имеется одиночная вертикальная щель, край которой совпадает с центром коллимационной марки - для юстировки коллимации оптического анализатора.

В процессе прохождения изображения звезды по вертикальному растру оптического анализатора центр этого изображения

пересекает края щелей с известными расстояниями до центра коллимационной марки. Аналогично предыдущему случаю, каждое элементарное измерение, осуществляемое многократно в течение каждой секунды, дает информацию о расстоянии центра изображения звезды до ближайшего края щели вертикального растра. В силу то- iO, что движение изображения звезды,

вследствие вращения Земли является равномерным, то временная зависимость расстояния центра изображения звезды до ближайшего края щели (формула 1) будет линейной и момент прохождения изображения звезды через данный край щели соответствует ординате этой линейной зависимости, равной нулю.

Средний момент прохождения звезды через меридиан может быть вычислен на

основе усреднения отдельных моментов по каждому краю щелей вертикального растра. Формула изобретения Фотоэлектрическое приемное устройство астрометрического инструмента, содержащее оптический анализатор, расположенный в плоскости главного фокуса объектива, диссекторный телевизионный датчик, двухканальную проекционную оптическую систему, включающую линзы и световоды и расположенную между оптическим анализатором и телевизионным датчиком, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности путем расширения поля обзора, в него дополнительно введено двухстороннее зеркало, расположенное перед оптическим анализатором с перекрытием половины конуса собираемых объективом лучей и ориентированное под углом 45 к его оптической оси, а оптический анализатор выполнен в виде прозрачной пластинки с зеркальным покрытием в виде горизонтальных и вертикальных линейчатых растров.

Фиг. 2.

X

Фаг. 1

ЗЙезЭа

10

20

Фиг. 3

Сканирующая щель

Звезда

А

ЩелеЬая диафрагма

АВтокшимацконная ,марка

30

40 50

60

В ФигЛ