Фотоэлектрическое приемное устройство астрометрического инструмента

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 С 21/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4875677/10 (22) 12.09.90 (46) 15.11.92. Бюл, ¹ 42 (71) Восточно-Сибирскйй научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (72) А.И.Язев (56) Итоги науки и техники. серии Астрономия, том 30, 1987, стр. 7 — 11.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1121585, кл. G 01 С 21/02, 31.12.80, (54} ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПРИЕМНОЕ

УСТРОЙСТВО АСТРОМЕТРИЧЕСКОГО ИНСТРУМ Е НТА

Изобретение относится к астрономии, предназначается для фотоэлектрической регистрации положений фотометрического центра иэображения 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. ¹ 498592, M.кл. G 02 В 23/16, 1976), содержащая оптический блок и два фотоприемника с линзами Фабэи перед ними.

Оптический блок выполнен в виде нескольких склеенных призм, в плоскости склейки

„„. Ж „„1775605 А1 (57) 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 45 к его оптической оси, а оптический анализатор выполнен в виде прозрачной пластинки с зеркальным покрытием в виде горизонтальных и вертикальных линейных растров. 4 ил; 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 s диаметрах пучков засветки фотокатодов ФЭУ ¹ 1 и ФЭУ ¹ 2, вследствие различия в соответствующих оптических длинах путей, применения двух ФЭУ, делающее практически невозможной идентичность двух оптикоэлектронных каналов фотоэлектрической приставки.

Известен фотоэлектрический меридианный круг PMC 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, выполня1775605

20

35

50 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 изобра>кения 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 оптикомеханического блока является то, что в нем канал визуального контроля не может функционировать одновременно с основным каналом фотоэлектрической регистрации, так как оптическая часть его построена па одноканальной схеме.

3а прототип выбрана окулярная часть устройства фотоэлектрической регистрации моментов прохождения звезд (авт,св. N.

1121585, М.кл, 6 01 С 21/02, 1984), построенная па двухканальной схеме, которая садер>кит обьектив, оптический анализатор, две линзы Фабри, оптический компенсатор, светаводы и диссектор.

Недостатком устройства — прототипа является то, что в нем принципиально не может быть увеличено поле обзора по зенитному расстоянию. Вследствие того, чта 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 знэчительну о расфокусировку изображения звезды, что недопустимо, Устройств (прототип) рассчитано для наблюдения звезд на ФПИ, когда положение изображения звезды мало изменяется по высоте — нэ величину, не превышающую радиус изобра>кения звезды. Это практически не приводит к расфокусировке изображения звезды за счет наклоненного положения (пад 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 иэображения с помощью влэуальнага окуляра или телевизионной системы регистрации, Целью изобретения является устранение этих недостатков, а именно: увеличение поля обзора по зенитному расстоянию и обеспечение воэможности формование второго фокуса для канала контроля поля изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическое приемное устройство, содер>кащее оптический анализатор, расположенный в плоскости главного фокуса объектива, телевизионный датчик на диссектаре, двухканальную проекционную оптическую систему с линзами и световодами, дополнительно перед оптическим анализатором введено двухсторонее диагональное зеркало, перекрывающее одну половину конуса собираемых обьективом лучей и находящееся на оптической оси канала отраженного света, и оптический анализатор выполнен в виде пластинки с зеркальным покрытием, заполняющим попеременно промежутки между прозрачными щелями горизонтальных и вертикальных растров.

Новым в приемном устройстве астрометрического инструмента является та, что двухстороннее диагональное зеркало введено в одну из половин конуса собираемых обьективом лучей, а зеркальное покрытие оптического анализатора состоит из нескольких зон с горизонтальными и вертикальными растрами.

На фиг, 1 изображена общая структурная схема приемного устройства; на фиг. 2 — схема оптических каналов ФЭЗТ; на фиг.

3, 4 — варианты оптического анализатора, которые можно применять в раэличных астрометрических инструментах, На чертеже приняты следующие обозначения: 1 — объектив, 2 — оптический анализатор (ОА). 3 — конденсатор канала проходящего света, 4 — оптический компенсатор, 5 — световад канала проходящего света, 6 — диссектор (первая телевизионная система регистрации), 7 — двухстороннее диагональное зеркало, 8 — конденсатор канала отраженного света, 9 — световод канала отраженного света, 10 — сетка искателя (вторай фокус). 11 — окуляр визуального обзора или вторая телевизионная система регистрации, 12 — плоскопареллельная полупрозрачная пластинка, 13 — объектив светодиодного излучателя, 14 — светодиод, 15 -- горизонтальное зеркало в трубе телескопа, 16 — диагональное зеркало в трубе телескопа, Устройство работает следу ощим образом.

Труба астрометрического инструмента на альтазимутальной монтировке с абьекти1775605 вом 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 установлена пластинка оптического анализа тора 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 автоколлимацианной марки.

В процессе прохождения звезды ее иэображение 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 диссектара 6. Отраженный от зеркальнь х промежутков анали-, затора 2 световой поток еще рзз отражается от диагонального двухстороннего зеркала 7 и направляется через конденсатор 8 и световад 9 на другой оптический вход диссектора 6. Регистрация световых потоков осуществляется попеременно посредством системы оптико-электронной коммутации, как зто описано в прототипе.

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

Предлагаемое приемное устройство может использоваться со следующими типовыми астрометрическими инструментами:

1) фотоэлектрическим пассажным инструментом (Ф ПИ);

2) меридианным кругом (MK);

3) фотоэлектрической зенитной трубой (ФЭЗТ);

4) зенит-телескопом (ЗТ);

5) астролябией приэменнай (АСТР.).

В случае фотоэлектрической зенитной трубы (ФЭЗТ) щели горизонтального растра

АО (фиг. 3) должны быть ориентированы в направлении первого вертикала, центр автоколлимационной марки должен быть совмещен с направлением отвесной линии (например. с помощью автоматической авhj =сов (+hj — 1И вЂ” Ь вЂ” 1 )(1) где h > О, если n > 1; Ь < О, если h < 1; ! — порядковый номер измерения.

j — порядковый номер итерации.

Каждое элементарное измерение, следовательно, дает расстояние h — ординату, принадлежащую одной и тай же параболе вида:

hj =AT )+ BT(+ С, (2) где А, В, С вЂ” коэффициенты параболы;

Ti — соответствующие моменты времени.

Та же парабола в линейных величинах;

%=ах;+ вх +с,,2, (3) 50

55 токоллимационной фотоэлектрической следящей системы). Горизонтальный растр на участках А, С, Е, С служит для определения зенитного расстояния через определение

5 параметров параболического следа околозенитной звезды, а на участках С и Е также для прямого измерения зенитного расстояния наблюдаемой звезды в районе кульминации. В процеесе прохождения

10 изобра>кения звезды по горизонтальному растру оптического анализатора центр этого иэображения пересекает края щелей с известными зенитными расстояниями (расстояния между краями щелей точно иэмере15 ны и с учетом масштаба изображения выражены в единицах угловой секунды), Измерительная информация формируется фотоэлектрическим микрометром триадами вида (Т, С1, С2), где С1 и С2 — показания

20 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

25 краем щели горизонтального растра, а Т— момент оканчанйя периода накопления информации в счетчиках по шкале координатного времени. Каждое такое элементарное измерение, происходящее многократно в

30 течение каждой секунды. дает информацию о расстоянии центра изображения звезды .да ближайшего края щели горизонтального растра.

Принимая показания счетчиков С1 и С2

35. (эа вычетом составляющей фона неба) пропорциональными соответственно площадям. нижнего и верхнего сегментов кружка рассеяния изображения звезды, можно выС2

40 числить па аргументы h = — расстояние h

С1 центра изображения звезды от горизонтального края щели в долях его радиуса методом итераций по следующей формуле:

1775605 где а = - —, Здесь д — склонение звезды, тцд

2Г !

F - фокусное расстояние.

Эффективный фотометрический радиус изображения звезды:

r = — 1, (4) а 2

А

1 где! — линейная скорость движения иэобра>кения звезды со склонением д. благодаря вращению Земли.

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

М tga Т2 Т1 2 (5) где М вЂ” масштаб изображения в угл. сек/мкм;

Т1, T2 — два значения абсциссы из уравнения (2} для значения ординат h1,2 =- О.

Физический смысл разности Т2 — Т1 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 9 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, осущест5 вляемое многократно в течение каждой секунды, дает информацию о расстоянии центра изображения звезды до ближайшего края щели вертикального растра. В силу то«о, что движение изобра>кения звезды, 10 вследствие вращения Земли является равномерным, то временная зависимость расстояния центра изображения звезды до ближайшего края щели (формула 1) будет линейной и момент прохождения изображе- .

15 ния звезды через данный край щели соответствует ординате этой линейной зависимости, равной нулю, Средний момент прохождения звезды через меридиан может быть вычислен на

20 основе усреднения отдельных моментов по каждому краю щелей вертикального растра, Формула изобретения

Фотоэлектрическое. приемное устройство астрометрического инструмента, со25 держащее оптический анализатор, расположенный в плоскости главного фокуса объектива, диссекторный телевизионный датчик, двухканальную проекционную оптическую систему, включающую линзы и све30 товады и расположенную между оптическим анализатором и телевизионным датчиком.отл ичаю щееся тем,что, с целью повышения производительности путем расширения поля обзора, в него допол35 нительно введено двухстороннее зеркало, расположенное перед оптическим анализатором с перекрытием половины конуса соI бираемых объективом лучей и ориентированное под углом 45 к его оптиче40 ской оси, а оптический анализатор выполнен в виде прозрачной пластинки с зеркальным покрытием в виде горизонтальных и вертикальных линейчатых растров.

1775605

Фиг. Л

1775605

ЗВезда

0 f0 . 20 30 40 50 60

Фиг. 3

Составитель С.Юмашев

Техред М.Моргентал Корректор С.Патрушева

Редактор

П оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 р

Заказ 4029 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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