Автоколлиматор

 

АВТОКОЛЛИМАТОР, содержащий источник излучения, поляризационный переключатель и светоделитель, формирующий два оптических канала, причем в первом канале установлены объектив и трипель-призма, жестко связанная с объектом наблюдения,фронтальная грань которой разделена на секторы, а также две фазовые пластины , одна из которых четвертьволновая , первьй и второй линейные поляризаторы , расположенные перед соответствующими секторами фронтальной грани трипель-призмы, а во втором оптическом канале установлено регистрирующее устройство, о т л и ч а ю-, щ и и с я тем, что, с целью повьппения точности измерения и чувствительности , поляризационный переключатель установлен между объективом и трипель-призмой, трипель-призма выполнена прямоугольной, а ее секторы образованы диагоналями фронтальной грани, причем первый и второй линейный поляризаторы установлены перед двумя симметричными относительно центра фронтальной грани секторами , а перед двумя другими секторами установлены фазовые пластины, выполненные четвертьволновыми, при этом оптические оси фазовых пластин составляют между собой угол 22,5 , а оси линейных поляризаторов 45°, регистрирующее устройство выполнено в виде фотоприемного устройства, выходом S подключенного к входам двухканальной (Л фазочувствительной измерительной схемы , каждьй канал которой состоит из избирательного, усилителя, двух синхродетекторов , дифференциального усилителя и датчика опорных сигналов поляризационного переключателя, причем вход избирательного усилителя подключен к выходу фотоприемного 4ib устройства, а выход избирательного 00 00 СП) усилителя - к первым входам синхродетекторов , вторые входы которых подключены к выходам датчика опорных сигналов поляризационного переключателя , а выходы синхродетекторов подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 02 В 27/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ0РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3718147/24-10 (22) 29.03.84 (46) 23.08.85. Бюл. № 31 (72) И.Д.Бондаренко и Е.П.Колик (71) Белорусский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (53) 531.715.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 547632, кл. С 01 С 1/00, 25.02.77.

Авторское свидетельство СССР № 832519, кл. G 02 В 27/30, 23.05.81.

Метрология, 1979, № 8, с. 21-24. (54)(57) АВТОКОЛЛИМАТОР, содержащий источник излучения, поляризационный переключатель и светоделитель, формирующий два оптических канала, причем в первом канале установлены объектив и трипель-призма, жестко связанная с объектом наблюдения, . фронтальная грань которой разделена на секторы, а также две фазовые пластины, одна из которых четвертьволновая, первый и второй линейные поляризаторы, расположенные перед соответствующими секторами фронтальной грани трипель-призмы, а во втором оптическом канале установлено регистрирующее устройство, о т л и ч а ю-. шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения и чувствительности, поляризационный переключатель установлен между объективом..,SU„„11 4886 A и трипель-призмой, трипель-призма выполнена прямоугольной, а ее секторы образованы диагоналями фронтальной грани, причем первый и второй линейный поляризаторы установлены перед двумя симметричными относительно центра фронтальной грани секторами, а перед двумя другими секторами установлены фазовые пластины, выполненные четвертьволновыми, при этом оптические оси фазовых пластин сосо тавляют между собой угол 22,5, а оси линейных поляризаторов 45, регисто рирующее устройство выполнено в виде фотоприемного устройства, выходом . подключенного к входам двухканальной фазочувствительной измерительной схемы, каждый канал которой состоит из избирательного усилителя, двух синхродетекторов, дифференциального уси" лителя и датчика опорных сигналов . поляризационного переключателя, причем вход избирательного усилителя подключен к выходу фотоприемного устройства, а выход избирательного усилителя — к первым входам синхродетекторов, вторые входы которых подключены к выходам датчика опорных сигналов поляризационного переключателя, а выходы синхродетекторов подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя.

1 11748

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционного определения угловогб положения удаленных объектов. 5

Цель изобретения — повышение точности измерения и чувствительности.

На фиг. 1 показана принципиальная схема автоколлиматора; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3— ход лучей в трипель-призме при косом падении световых лучей.

Автоколлиматор содержит устанавливаемые на одном объекте источник 1 излучения, светоделитель 2, объек- 15 тив 3, поляризационный переключатель 4, выполненный в виде поляризатора, вращающегося с угловой скоростью сд относительно оптической оси объектива, и регистрирующее устройст-20 во 5, включающее фотоприемное устройство 6, выполненное по позиционночувствительной схеме (ФППЧС) и двухканальную фазочувствительную измерительную схему, каждый канал которой состоит из избирательного усилителя 7(8), двух синхродетекторов 9 и 10 (11 и 12) с датчиками опорных сигналов 13(14), связанными с поляризационным переключателем 4, и диф- Зр ференциального усилителя 15(16), а на другом объекте — отражающий элемент 17, выполненныч в виде трипельпризмы с прямыми двухгранными углами между отражающими гранями. 35

Фронтальная грань трипель-призма разделена на четыре сектора 18 — 21 линиями раздела АВ и CD проходящими через ее центр О и ориентированными 4р под углом 45 к коллимационным осям ОХ и ОУ. Перед секторами 18 и 19 установлены соответственно линейные поляризаторы 22 и 23, направления пропускания которых составляют между 45 собой угол 45, а перед секторами 20 и 2 1 — четвертьволновые фазовые пластинки 24 и 25, оптические оси которых ориентированы одна к другой под углом 22,5 ° 50

Автоколлиматор работает следующим образом.

При помощи источника 1 излучения, светоделителя 2, объектива 3 и вра щающегося поляризатора 4 формируется 55 коллимированный пучок световых лучей, плоскость поляризации которого вращается с угловой скоростью1Ф, и на86 правляется на отражающий элемент, выполненный в виде трипель-призмы 17, Часть этого пучка предварительно проходит через поляризатор 22, сектор 18, последовательно отражается от трех граней трипель-призмы 17 и покидает ее через сектор 19 и поляризатор 23. В то же время световой поток, падающий на симметричный сектор 19, выходит из сектора 18 через поляризатор 22;

Так как направления пропускания поляризаторов 22 и 23 составляют между собой угол 45", то оба отраженных пучка, смодулированных по плоскости поляризации, на выходе из поляризаторов будут модулированными по интенсивности с частотой 2ю и фазой, отличающейся на 90 .

Амплитуды этих сигналов зависят от соотношения площадей рабочей апертуры трип ль-призмы, экранированных поляризаторами 22 и 23, При нормальном падении световых лучей на отражатель 17 центр его рабочей апертуры (на фиг. 2, пунктирные линии), совпадает с центром О фронтальной грани и, следовательно, с точкой пересечения линий раздела

АВ и CD поляризаторов. и фазовых пластинок.

В этом случае поляризаторы 22 и 23 экранируют одинаковые площади рабочей апертуры трипель-призмы 17, поэтому секторы 18 и 19 возвращают одинаковые световые потоки.

При поворотах отражателя относительно оси ОУ на угол 8q центр О рабочей апертуры смещается относительно центра О его фронтальной грани в плоскости ОХ на расстояние d=htgp, где h — высота трипель-призмы, — угол преломления центрального луча в материале трипель-призмы, связанный с углом поворота 0@ соотношением sin 9 =п sing, где n — показатель преломления материала призмы (фиг. 3).

Пропорционально величине смещения и изменяются и площади рабочей апертуры отражателя 17, экранируемые поляризаторами 22 и 23.

Например, при поворотах отражателя вокруг оси ОУ по часовой стрелке площадь рабочей апертуры, экранируемая поляризатором 23, увеличивается, а экранируемая поляризатором 22,умень шается..

11748

Площади рабочей апертуры отражателя, экранируемые фазовыми пластинками, при этом изменяются на одинаковую величину в сторону уменьшения ее.

В соответствии с величиной поворота отражателя изменяются и световые потоки, возвращаемые через секторы 18 и 19. При этом разность световых потоков пропорциональна величине .

Угла поворота 8>, а знак разности 1О указывает на направление поворота, т.е. определяет знак угла 9 . Разность световых потоков, выходящих через секторы 20 и 21, не будет зависеть от угла В . 15

Световые лучи, выходящие через секторы 18 и 19, распространяются параллельно направлению падающего пучка. Они проходят поляризатор 4, попадают в объектив 3, формируя в его 20 фокальной плоскости неподвижное автоколлимационное изображение, расположенное на оптической оси коллиматора, и регистрируются фотоприемным устройством 6, которое в этом 25 случае. работает как обычный фотоприемник (центр изображения совпадает с точкой пересечения линий нулевой чувствительности ФППЧС) . Сигнал с выхода 6 усиливается избирательным ЗО усилителем 8, настроенным на частоту

2ы, и поступает в синхродетекторы 11 и 12, где он перемножается с опорными сигналами. Опорные сигналы частотой 24), сдвинутые по фазе относитель 35 но друг друга на 90, формируются датчиком 14, связанным с поляризаторам 4.

Постоянные составляющие выходных сигналов синхродетекторов пропорцио- 40 нальны амплитудам световых потоков, возвращенных трипель-призмой через секторы 18 и 19 соответственно.

Эти сигналы вычитаются дифференциальным усилителем 16, на выходе ко- 45 торого формируется сигнал, пропорциональный углу поворота контролируемого объекта вокруг оси ОУ, а знак указывает на направление поворота.

Аналогично другая часть светового потока, падающего на трипель-призму, проходит предварительно четвертьволновую фазовую пластинку 24, сектор 20, последовательно отражается от граней трипель-призмы и покидает ее 55 через сектор 21 и фазовую пластинку 25. А световой поток, падающий на симметричный сектор 21, покидает

86 4 призмы через сектор 20 и фазовую пластинку 24. Как и в первом случае, амплитуды этих световых потоков являются мерой смещения центра рабочей апертуры отражателя.

Разность световых потоков пропорциональна величине угла поворота В„, а знак разности указывает на направление поворота.

Плоскости поляризации обоих отраженных пучков после прохождения фазовых пластинок 24 и 25 вращаются с угловой скоростью ы, но в направлении, противоположном направлению вращения плоскости поляризации падающего пучка, а их фазы вращения сдвинуты относительно друг друга на 22,5 .

Отраженные пучки возвращаются на первый объект также в направлении, параллельном направлению падающего пучка. При прохождении враща ющегося поляризатора 4 на выходе из него световые потоки становятся модулированными по интенсивности с частотой 4ы и фазами, отличающимися на 90 . Далее они улавливаются объективом 3, регистрируются фотоприемным устройством. Сигнал с выхода устройства 6 усиливается избирательным усилителем 7, настроенным на частоту 4w и поступает на входы синхродетекторов 9 и 10, на выходах которых формируются сигналы, пропорциональные световым потокам, возвращенным трипель-призмой через секторы 20 и 21 соответственно. Далее эти сигналы вычитаются дифференциальным усилителем 15 и на его выходе получают сигнал, пропорциональный величине угла 9„.

Знак выходного сигнала указывает на направление поворота объекта.

Опорные сигналы для с п.хродетекторов 9 и 10 частотой 4 и фазами, отличающимися на 90, вырабатываюто ся датчиком 13, связанным с поляризатором 4.

В формировании отраженного светового потока, используемого для определения углов коллимации, в автоколлиматоре участвует вся рабочая апертура трипель-призмы, т.е. она используется с максимальной эффективностью, Увеличение энергии отраженного потока приводит к увеличению дальности действия прибора и повышению точности измерений.

1174886

Фиг 1 фиг.

С ос тавит ель С . Лукишова

Редактор Н.Гунько Техред М.Надь КорректорЕ.Рошко

Заказ 5 182/48 Тираж 526 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, Точное определение углов наклона

& и 8 объекта в пределах угловых размеров поля зрения объектива осуществляется при помощи ФППЧС по регистрации смещения автоколлимационного изображения, сформированного световыми лучами, отраженными от участков фронтальной грани трипель-призмы, неэкранированных поляризаторами и фазовыми пластинками, на которые может быть нанесено отражающее покрытие, как от плоского зеркала.