Оптический ориентатор
Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для определения взаимного углового положения или направления на объекты при помощи оптического луча по автоколлимационной схеме. Оптический ориентатор включает взаимно удаленные приемепередающую оптическую систему, установленную на базовом объекте и уголковый отражатель, жестко закрепленный на подвижном исследуемом объекте. При этом отражатель представляет собой тетраэдр, содержащий отражающие грани 1, 2, 3 и фронтальную грань 4. Двугранные углы между отражающими гранями 1, 2, 3 определяются соответственно величинами р 12 я/25 - д 12, (рк л , (рх л/2 - из. где S 1, 2, 3 .... а внешняя нормаль к фронтальной грани 4 отражателя составляет с его ребрами углы, равные соответственно Јi2,Јi3.|23. Приведены соотношения для определения величин 5 и Ј . За счет рационатьного выбора отступлений двугранных углов и ориентации фронтальной грани уголкового отражателя в данном оптическом ориентаторе обеспечивается независимое измерение как угла скручивания, так и коллимационных углов. При этом достигается максимальная чувствительность в определении этих углов для заданных дальности действия и апертуры оптической системы. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК Ы,, 1675813 À1 (51)5 G 02 В 5/122
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР ., с!3," 1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, -,::"",,"""1
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в контрольно-измерительной технике, геодезии, машиностроении, строительстве и экспериментальной физике для определения взаимного углового положения или направления на объекты при помощи оптического луча по автоколлимационной схеме, Цель изобретения — достижение максимальной чувствительности оптического ориентатора в определении угла скручивания и коллимационных углов при сохранении независимости их определения и при задан(21) 4655973/10 (22) 27.02.89 (46) 07,09.91. Бюл. М 33 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им, А.H.Ñåâ÷åíêî (72) С,В,Процко и А.Д.Титов (53) 535,317.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
hh 1425565, кл. G 02 В 5/122, 20.03.87.
Авторское свидетельство СССР
М 1563433, кл. G 02 В 5/122, 19,08.88. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ОРИЕНТАТОР (57) Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для определения взаимного углового положения или направления на объекты при помощи. оптического луча по автоколлимационной схеме. Оптический ориентатор включает взаимно удаленные приемо- передающую оптическую систему, установленную на базовом объекте и уголковый отражатель, жестко закрепленный на подвижном исследуемом объекте, При этом отражатель представляет собой тетраэдр, содержащий отражающие грани 1, 2, 3 и фронтальную грань 4. Двугранные углы между отражающими гранями 1, 2, 3 определяются соответственно величинами р 12 = л/2S ä 12, ф1з= тг/2-Аз, указ = Г12 — Аз, где S = 1, 2, 3 ..„а внешняя нормаль к фронтальной грани 4 отражателя составляет с его ребрами углы, равные соответственно (12 1зД2з. Приведены соотношения для определения величин д и (. За счет рационального выбора отступлений двугранных углов и ориентации фронтальной грани уголкового отражателя в данном оптическом ориентаторе обеспечивается независимое измерение как угла скручивания, так и коллимационных углов, При этом достигаl ется максимальная чувствительность в оп- з ределении этих углов для заданных дальности действия и апертуры оптической системы. 1 ил. с. 5 ных дальности действия и апертуре оптической системы. (л
На чертеже представлен вид уголкового QQ отражателя ориентатора. ай
В оптическом ориентаторе, содержащем взаимно удаленные приемо-передающую оптическую систему, установленную на базовом объекте (не показан), и уголковый отражатель, закрепленный на подвижном объекте, два двугранных угла между отража- ющими гранями 1, 2, 3 отражателя выполнены с отступлениями от прямого угла, а третий двугранный угол между отражающими гранями отражателя выполнен с отступ1675813 лением от угла л /2. :.:, где S = 1, 2, 3 ..„ причем указанные отступления определяются иэ соотношений да = йз (/2Б.A) (1) . 5 д э = — (Асов(л э ) + "Г112 А "In (_#_/2s ) )сЪзlл ,нец,няя нормаль к фронтальной рани 4 л пажа геля составляет с его ребрами углы 10
Е; ";;; (-:-., определяемые иэ соотношен лй спв,-. I> ---:: И, соз @э = А1 (2) с-:- с; (1-:=- Д с-оз (7kgs ) + / "$ — А Х .- .,и (7,4э ) + Одэ t А 31п (+as )—
i -- р - соз (spjs ) )/(V2S A ), -...,: 61:;-. o.. eòónëeíèe величины двугран ного
:. л,, г1д ма>яду отра;кающими гранями 1; 2 зс >)э отступление acr w÷èíû двугранного угла p Йз- произвольное отступление величины двугранного угла ои между отражающими гранями 2, 3 от и /2, не превышающее л /18 величина А удовлетворяет соотношени- 3п ям А=2д э(/8< 1/ /ГХ, (3) О < П вЂ” А со" (ЖЬ) < А вЬ (>Has ) < 1 rqe R — заданный радиус объектива оптиче- 35 I, I,",oQ системы; 1 — заданная дальность действия опти-ке с ко го о риентатора. устройство работает следуюшим обра..- i i м, 4(j О rpa. «àòeëü жестко закрепляется на подвижном объекте, прос1ранственное угловое положение которого определяется, а источник излучения и приемный телескоп (составляющие приемо-передающую оптическук> систему), ось которого совмещена с осью падающего коллимированного пучка лучей, устанавливаются на базовом объекге. 50 При нормальном падении коллимированного пучка олтическпх лучей источника излучения на фронтальную грань 4 отражателя в результате в,нутренних переотра «å- 55 ний от граней 1, 2, 3 отражателя формируется 43 + 2 парциональных пучков, которые выходят иэ отражателей через фро:-стальную грань 4 в обратном направленли. 8 фокальной плоскости приемного телескопа набл к>дается а BroKoëëимацианн ые иэображения источника, Создаваемые этими пучками. Отражатель направляет пучки таким образом, что два автоколлимационных изображения источника наблюдаются в центре поля зрения, а остальные 4S — по периферии, В случае поворота отражателя вокруг оси скручивания два центральных изображения неподвижны, при поворотах же отражателя относительно коллимационных осей они диаметрально расходятся относительно центра поля зрения, давая при этом информацию только об углах поворота отражателя относительно коллимационных осей. Чувствительность оптического ориентатора в определении коллимационных углов прямо пропорциональна отношению величины смещения автоколлимационного изображения tg ф к величине коллимационного угла поворота отражателя О, В предлагаемом устройстве за счет выбора отступлений двугранных углов и оси визирования (1), (2) чувствительность P при определении коллимационных углов характеризуется величиной P — M f-Aa, (4) где f — фокусное расстояние объектива приемного телескопа, М вЂ” коэффициент передачи, равный M = 2/А. (5) Смещение изображения в плоскости анализа щф = Psiri О/f при заданных расстояниях t от отражателя до приемного телескопа, радиус объектива которого R, ограничено диапазоном видимости отражателя от точки наблюдения Р з1п О < Я/1 . (6) Формулы (4) — (6) позволяют при заданных характеристиках приемной оптики f, R и дальности действия L найти максимальное значение чувствительности, при котором пара отраженных пучков, дающих центральные изображения, испольэумые для измерения коллимационных углов, еще попадает в объектив приемного телескопа. Периферийные 4S изображения источника света расположены попарно и зеркально симметричны относительно центра поля зрения. При повороте отражателя вокруг коллимационных осей одна из пар этих периферийных иэображений неподвижна, а при повороте на некоторый угол вокруг оси скручивания эта пара смещается относительно центра поля на такой же угол по окружности, давая при этом информацию только об угле поворота отражателя относительно оси скручивания. Чувствительность оптического ориентатора в определении угла скручивания прямо пропорциональна ли1675813 нейному смещению этой пары периферийных изображений, которое, в свою очередь, увеличивается с ростом радиуса окружности. В предлагаемом устройстве за счет выбора отступлений двугранных углов и оси визирования (1}, (2) радиус окружности определяется соотношением г= Mf д2з, (7) где козэфициент передачи M определяется соотношением (5). Диапазон измерения угла скручивания в 360 градусов при заданных L u R обеспечивается при г < fR/L, (8) Формулы (7), (5), (8) позволяют при заданных характеристиках приемной оптики f, R и дальности действия L найти максимальное значение чувствительности, при котором пара отраженных пучков, дающих периферийные иэображения, используемые для угла скручивания, еще попадает в обьектив приемного телескопа. Таким образом, по двум центральным изображениям независимо от угла скручивания определяются коллимационные углы, а по одной из пар периферийных изображений независимо от коллимационных углов определяется угол скручивания. В качестве примера исполнения рассмотрим оптическую систему с R - 20 мм, f - 400 мм и дальностью действия L t0 м. При д2з - 2 максимальная- чувствитель1 ность в определении угла скручивания достигается согласно (7), (8) при М - 3,4377. (9) . Коэзфициент передачи при определении коллимационных углов согласно (4), (5) также определяется величиной (4). При этом согласно (6) нет ограничений на диапазон измерений коплимационных углов, Предлагаемое устройство имеет коэффициент передачи 9) дяя $ - 1 при д12- +2,4308, д1з = -1,3816, (10) cosg12 = V 2, соз дз =0,5818) соз (1з = 0,4019 + 0,0004, для S = 2 при д12 = и 1,21541 д1з = 2,3911 соз ф12 = Az, соз@з =0,5815 (11) соз 1з = 0,6956 ©ормула изобретения Оптический ориентатор, содержащий взаимно удаленные приемо-передающую оптическую систему, установленную на базовом обьекте, и уголковый отражатель, закрепленный на подвижном исследуемом объекте, причем два двугранных угла между отражающими гранями отражателя выпол5 нены с отступлениями от прямого угла, а внешняя нормаль к фронтальной грани отражателя составляет с его ребрами заданные углы, отличающийся тем, что, с целью достижения максимальной чувстви10 тельности оптического ориентатора в определении угла скручивания и коллимационных углов при сохранении независимости их определния и при заданных дальности действия и апертуре оптической 15 системы, третий двугранный угол между отражающими гранями отражателя выполнен с отступлением от угла %2s, где S = 1, 2. 3 ..., причем указанные отступления определяются из соотношений 20 д12 = дгз /(V2SA д13 = (Асов (s) + 6 А sin (+s))(32NA, а внешняя нормаль к фронтальной грани 25 отражателя составляет с его ребрами углы (12Я1з,@з, определяемые из соотношений cos )12 = М/2. соз@з = А M cos )is =A coo (sssss) + s тя — s x Х з1п 68 +%Э(А sin {Я 23 )— и — A- cos (s))б(6ЗД) 35 где д12 — отступление величины двугранного угла между первой и второй отражающими гранями oT+s; д1з — отступление величины двугранного угла между первой и третьей отражающими гранями от Ж2 д2з — произвольное отступление величины двугранного угла между второй и третьей отражающими гранями от л/2, не превышающее л /18; величина А удовлетворяет соотношениям А = 2д2з Й < М 0 < КЯ вЂ” А соз (Л2Я ) < А sill (Ф2з ) < 1, 50 где R — заданный радиус объектива оптической. системы; L — заданная дальность действия ориентатора, 1675813 У/Л-А У/г- „ 23 Составитель В.Кравченко Редактор Г. Наджарян Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Малец Заказ 3000 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101
