Фотоэлектрический автоколлиматор Советский патент 1980 года по МПК G02B27/30 

Изобретение относится к области :измерительной техники,, в частности к. устройствам, обеспечивающим измерение углов поворота контролируемого объекта относительно базовых плоскостей, и может применяться в станкостроении,,в строительстве, в гебдезии, в судостроении для согласования монтируемых объектов. Известно устройство для измерени углов;ftOBOpOTa вокруг оптической оси, содержащее излучатель, поляризатор, электропреобразовательный тракт, фотоприемник, анализатор, модулятор Фарадея 1. Известно также устройство, содер жащее задающий блок, включающий объектив, светоделитель, два излуча теля, два поляризатора с неподвижными взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, анализирую щий блок, включающий ана.лизатор, плоскость поляризации которого рас ложена под углом 45° к плоскости поляризации поляризаторов, фотопри емник, соединенный с электропреобр зовательным трактом, который соеди нен с генератором опорного напряже ния. Поляризаторы расположены пере излучателями. Излучатели запитыаются в противофазе.Если световой поток, излучаемый излучателями, одинаков по величине и плоскость поляризации анализатора расположена под углом 45 к плоскости поляризации поляризаторов,то с выхода фотоприемника будет сниматься постоянный световой поток.В случае поворота анализатора световой поток,поступаемый на фотоприемник из одного с излучателей, будет больший, чем с другого 21. С фотоприемника будет сниматься переменный сигнал, амплитуда которого пропорциональна углу поворота, а фаза, в зависимости от угла поворота, будет совпадать с фазой напряжения, питающего один из излучателей. Так как в этом устройстве имеется два излучателя, то любые изменения напряжения и температуры будут приводит к дрейфу нуля, то есть к уменьшению стабильности. Кроме того, наличие в анализирующем блоке фотоприемника приводит к необходимости дополнительных устройств, Ч1;о увеличивает габариты и вес анализирующего блока и снижает надежность устройства. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее излучатель, два поляризатора, оптически связанны между собой через фазовый отражател и светоделитель, и фотоэлектропреобразовательный блок 3. Недостатками этого устройства являются малые стабильность и точность измерений из-за небольшой амп литуды раскачки плоскости поляризации и дрейфа нуля в результат измерения температуры и параметров питания. Целью изобретения является повышение стабильности и точности измерений . Это достигается тем, что в предлагаемом автоколлиматоре ось фазово го отражателя расположена под углом 45° к плоскости поляризации однего из поляризаторов, а второй пол ризатор связан с дополнительно введенным вращателем плоскости поляризации. На чертеже представлена оптическ схема описываемого устройства. Устройство состоит из задающего блока 1, включающего объектив 2, светоделитель , излучатель 4, поля ризатор 5, размещенный перед излуча телем, фотрприемник 6, поляризатор размещенный перед фотоприемником, электропривод 8, приводящий во вращение поляризатор перед фотоприе мником/ генератор 9 опорного напряжения, диафрагму 10, анализирующего блока 11, включающего отражательный Элемент 12 ч элемент 13 (пластина) 1/8 длины волны (для четвертьволно вого отражательного элемента) или элемент 1/4 длины волны (для полу-. волнового отражательного элемента)., электропреобразовательный тракт 14, электрически связанный с фотоприемником и генератором опорного напряжения, четвертьволновой элемент 15, четырехгранную усеченную пирамиду 16, фотоприемники 17, оптически связанные с отражающими гранями пирамиды. Фиксаторами направления поворота вокруг оптической оси на анализирующем блоке 11 является оптическая ось элемента 13, а на задающем блоке - плоскость поляризации поляризатора 5, которые находятся под уг лем 45 друг к другу. С целью повы шения чувствительности, элемент 13 может быть выполнен четвертьволновы а в задающий блок 1 дополнительно вводится четвертьволновой элемент 15. Оптические оси этих элементов расположены под углом 45, 90 или параллельно. Световой поток от изл чателя 4 задающего блока 1, пройдя диафрагму 10, поляризатор 5, поляризуется в определенном направлении. Пройдя светоделитель 3, объектив 2,световой поток,попадает на анализирующий блок 11. Световой поток, пройдя элемент 13 1/8 длины волны, отражается от отражателя 12, снова проходит элемент 13 и попадает после прохождения объектива 2 и поляризатора 7 на фотоприемник 6. Известно, что четвертьволновой элемент раскладывает поляризованную световую .волну на два взаимно перпендикулярных направления колебаНий. Поэтому, если плоскость поляризации 5 будет находиться под углом 45° к оси пластины 13, то пластина 13 разложит световой пучок на две равные по амплитуде составляющие. При вращении плоскости поляризации поляризатора 7 на фотоприемник 6 будет поступать постоянный световой сигнал. Если плоскость поляризации поляризатора 5 при развороте задающего блока расположится относительно оси пластины 13 под углом, большим или меньшим, чем-45, то амплитуда одного из двух взаимно перпендикулярных направлений колебаний световой волны будет больше. При вращении плоскости поляризации поляризатора на фотоприемник 6 будут поступать постоянный и переменный световые потоки, причем, в зависимости от направления поворота, фаза переменного сигнала будет совпадать или отличаться на 180° по отношению к фазе опорного сигнала, выдаваемой генераТором 9. В электропреобразовательном тракте 14 отфильтровывается переменный сигнал и сравнивается с опорным сигналом. Амплитуда сигнала характеризует величину угла, а знак направление вращения. В случае выпол.нения элемента 13 четвертьволновым вместе с отражательным элементом 12 образуется полуволновой отражатель. Дополнительно в задающий блок 1 перед поляризатором 7 с возможностью вращения введен четвертьволновый элемент 15. Ось полуволнового отражателя расположена под уг-лом 22,5°, 45°, УС к плоскости поляризации неподвижного поляризатора .Оптическая ось четвертьволновой пластины расположена соответственно под углом 45°, параллельно, под углом 90°, под углом 45 к оптической оси полуволнового отражателя. Известно, что после прохождения поляризованного светового потока через полуволновой отражатель плоскость поляризации его будет занимать симметричное положение относительно оптической оси отражателя. Например, если оптическая ось полуволнового отражателя будет параллельна плоскости поляризации поляризатора 5 и под углом 45 к оптической оси элемен