Углоизмерительный прибор

Прибор может быть использован для ориентации космических аппаратов (КА). Прибор содержит бленду, канал геометрического эталона (КГЭ) в виде блока коллиматора, включающего оптический элемент, одна из поверхностей которого имеет выпуклую, а другая вогнутую сферическую форму, образующих телескопическую систему с угловым увеличением 0,5х, источник излучения, прозрачную точечную диафрагму и плоское зеркало, установленное на базовой плоскости, а также зеркально-призменный блок для ввода излучения в приемное устройство. Оптический элемент представляет собой монолитную деталь с двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями с зеркальным покрытием, на выпуклую поверхность которой нанесено светоделителительное покрытие. Точечная диафрагма нанесена на входную наклонную поверхность и оптически сопряжена с передним фокусом вогнутой сферической поверхности при отражении от сферической выпуклой поверхности. На входную наклонную поверхность в области диафрагмы жестко установлена гипотенузной гранью прямоугольная призма, входная плоскость которой, обращенная к источнику излучения, перпендикулярна отрезку оптической оси оптического элемента, расположенного перед входной наклонной поверхностью. Технический результат - повышение точности прибора без изменения его габаритно-массовых характеристик. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах ориентации космических аппаратов (КА).

Известен углоизмерительный звездный прибор ориентации и навигации КА (фиг. 1) (см., например, Федосеев В.И., Колосов М.П., «Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов»: - М.: Логос, 2007, стр. 76). Прибор содержит бленду 1, канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде блока коллиматора, представляющего собой объектив 2, 6, с точечной диафрагмой 5, расположенной на его входной поверхности, источник излучения 3 и плоское зеркало 4', установленное на базовой плоскости 4 на половине фокусного расстояния объектива, нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7, выполненный из склеенных между собой призм АР-90° и БкР-180° с зеркальными и светоделительной в месте склейки наклонными гранями, осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив 8 и фотоприемник с вычислительным устройством 9. Коллиматорный объектив КГЭ состоит из склеенных между собой оптического элемента 2 со сферической поверхностью 10 и прямоугольной призмы 6 с плоской поверхностью 13'. В области склейки оптического элемента 2 и призмы 6 расположен светоделитель 14.

Данная система обеспечивает привязку углоизмерительного прибора к плоскому зеркалу 4', закрепленному на базовой плоскости 4, которая расположена на расстоянии от коллиматорного объектива.

В этом устройстве излучение от визируемой звезды, пройдя бленду 1, нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7 на проход, фокусируется объективом 8 на матричном фотоприемнике 9.

На входной поверхности зеркально-призменного блока 7 со стороны бленды в области склейки призм возможно нанесение черного матового покрытия или установка непрозрачной диафрагмы, занимающих небольшую часть зрачка объектива устройства и прикрывающих область склейки. Это позволяет исключить влияние клеевого соединения и обеспечить высокую стабильность углового положения прошедших лучей при жестких условиях эксплуатации в виде, например, температурных воздействий.

Зеркально-призменный блок 7 при работе на проход (режим визирования звезды) представляет собой плоскопараллельную пластину, работающую в параллельных пучках и, следовательно, не чувствителен к микронаклонам и микросмещениям.

В КГЭ световой поток от источника излучения 3, пройдя через точечную диафрагму 5, входит в прямоугольную призму 6. Положение точечной диафрагмы 5 выбирается из условия совмещения ее мнимого изображения, образуемого после отражения от светоделителя 14 с задней главной точкой Н коллиматорного объектива, представляющего собой плосковыпуклую линзу со сферической поверхностью 10.

Выйдя из призмы 6 через плоскую поверхность 13', пучок лучей падает на плоское зеркало 4', жестко закрепленное на базовой плоскости 4. Выполнение плоского зеркала 4' металлическим непосредственно на базовой плоскости существенно повышает стабильность системы.

Плоское зеркало 4' расположено на половине фокусного расстояния коллиматорного объектива от его главной задней точки Н'. В этом случае отраженный от зеркала 4' пучок лучей строит мнимое изображение диафрагмы 5 в фокусе объектива коллиматора. Далее, пройдя на проход в обратном направлении плоскую поверхность 13', светоделитель 14 и сферическую поверхность 10, выходящий пучок лучей становится коллимированным. При этом ось вышедшего пучка лучей перпендикулярна поверхности зеркала 4', а микронаклоны объектива коллиматора и его микросмещения в направлении, параллельном поверхности зеркала, практически не влияют на угловое положении коллимированного пучка (см., например, Гебгарт А.Я., Колосов М.П. «Оптика приборов ориентации космических аппаратов»: - М.: Университетская книга, 2017, с. 50).

Затем пучок параллельных лучей, последовательно отразившись от зеркал и светоделителя призмы БкР-180° нерасстраиваемого зеркально-призменного блока 7, попадает в объектив 8 приемного устройства, при этом ось пучка всегда параллельна нормали к плоскому зеркалу 4'. Это объясняется тем, что призма БкР-180° эквивалентна уголковому отражателю, и поэтому ее микросмещения и микронаклоны не влияют на угловое положение указанного пучка. Далее пучок лучей фокусируется объективом 8 на чувствительной площадке фотоприемника матричного типа 9.

Полученное изображение точечной диафрагмы 5 определяет центр опорной системы координат на фотоприемнике 9, соответствующий нормали к плоскости зеркала 4', установленного на базовой плоскости 4. Все это позволяет производить с помощью вычислительного блока (на фиг. 2 не показан) измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и тем самым исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями матрицы 9 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 8.

Однако в ряде случаев возможно изменение положения прибора относительно плоского зеркала 4' в направлении, параллельном оптической оси объектива 8. Например, вследствие установки прибора на другой объект с другим конструктивным исполнением, или в случае изменяющегося положения прибора относительно базовой плоскости в процессе работы. Тогда расстояние между задней главной точкой Н' и плоским зеркалом 4' уже не будет составлять величину 0,5f'. В этом случае:

- возникает дефокусировка изображения точечной диафрагмы 5 на матрице 9, что приводит к существенному снижению уровню сигнала в изображении на матрице и, следовательно, к потере точности определения его энергетического центра;

- нарушается условие нерасстраиваемости блока коллиматора. При микронаклонах объектива коллиматора относительно плоского зеркала 4' ось выходящего из указанного блока коллимированного пучка отклоняется от направления нормали к зеркалу 4'. Это приводит к смещению положения центра полученного на фотоприемнике 9 изображения диафрагмы 5, определяющего центр опорной системы координат и, следовательно, к дополнительной погрешности определения координат визируемых звезд;

- нарушаются условия нерасстраиваемости зеркально-призменной системы ввода изображения в объектив прибора, так как зеркально-призменная система уже не будет работать в параллельных пуках лучей и ее микронаклоны и микросмещения будут влиять на положение изображения диафрагмы на фотоприемнике 9, что приводит к снижению точности определения координат визируемых звезд.

Для устранения указанных недостатков возможно, например, использование классической автоколлимационной системы, формирующей параллельный пучок лучей, падающий на плоское зеркало. Однако такая система является расстраиваемой в отношении термодеформаций, вибраций и т.д. и требует усложнение конструкции крепления автоколлиматора, специальной термостабилизации корпуса и т.д., что приводит к увеличению габаритно-массовых характеристик прибора и усложнению его конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является углоизмерительный прибор (фиг. 2) (см. патент РФ на изобретение №2470258), содержащий бленду 1, КГЭ, выполненный в виде блока коллиматора, включающего в себя оптический элемент 2, одна из поверхностей которого 10 имеет выпуклую сферическую форму, а другая 13 - вогнутую, образующие телескопическую систему с угловым увеличением 0,5х, источник излучения 3, прозрачную точечную диафрагму 5, оптически сопряженную с передним фокусом вогнутой поверхности и плоское зеркало 4', установленное на базовой плоскости 4, а также зеркально-призменный блок 7, выполненный из склеенных между собой призм БкР-180° и АР-90° с зеркальными и светоделительными, в месте склейки, наклонными гранями, находящийся в составе КГЭ, и осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив 8 и фотоприемник с вычислительным блоком 9.

Оптический элемент склеен из линзовой и зеркально-линзовой систем, в месте склейки образующих наклонную светоделительную грань 14 (светоделитель). Входная поверхность расположена в линзовой системе и выполнена плоской с нанесенной на нее точечной диафрагмой 5. В зеркально-линзовой системе сферическая поверхность 15, расположенная напротив точечной диафрагмы, выполнена зеркальной, а выходная поверхность 13 выполнена в виде вогнутой сферической поверхности, передний фокус которой совмещен с изображением точечной диафрагмы от зеркальной сферической поверхности 15. Оптический элемент для отраженного излучения плоским зеркалом 4' за счет вогнутой 13 и выпуклой 10 поверхностей работает как телескопическая система с угловым увеличением 0,5х.

Это устройство работает следующим образом: излучение от визируемой звезды, пройдя бленду 1, предназначенную для подавления паразитных засветок, зеркально-призменный блок 7 на проход, попадает во входной зрачок объектива 8 и фокусируется на матричном фотоприемнике 9. Зеркально-призменный блок 7 в данном направлении является плоскопараллельной пластиной, работающей в параллельных пучках и, следовательно, не чувствителен к микронаклонам и микросмещениям.

В канале КГЭ излучение от источника излучения 3, пройдя точечную прозрачную диафрагму 5 и светоделитель 14, отразившись от сферического зеркала 15 и светоделителя 14, преломляется на вогнутой сферической поверхности 13 и выходит из оптического элемента 2 в направлении плоского зеркала 4'. Сферическое зеркало 15 проецирует изображение точечной диафрагмы 5 в передний фокус сферической поверхности 13, вследствие чего вышедший в направлении плоского зеркала 4' пучок лучей становится коллимированным. Далее параллельный пучок лучей отражается от плоского зеркала 4', установленного на базовой плоскости, и проходит оптические элементы 10, 13, образующие телескопическую систему, имеющую угловое увеличение γ=0,5х.

Угловое увеличение γ=0,5х телескопической системы 10, 13 обеспечивается следующими конструктивными параметрами: радиусами кривизны R10, R13 поверхностей 10 и 13, а также толщиной d и показателем преломления стекла n. Определение параметров R, n и d производится на основе следующих зависимостей:

(n-1)⋅(1/R10-1/R13)+(n-1)2⋅d/n⋅R10⋅R13=Ф=0 - условие афокальности, где Ф - оптическая сила системы 10, 13;

γ=f'10/f13=0,5;

f'10=n R10/(n-1), где f'10 - задний фокус поверхности 10;

f13=n R13/(n-1), где f13 - передний фокус поверхности 13.

В данной телескопической системе направление оси вышедшего параллельного пучка всегда параллельно нормали к зеркалу 4'. Это свойство сохраняется при микронаклонах коллиматорного блока относительно зеркала 4' и поясняется геометрическими построениями, представленными на фиг. 3. При микронаклоне относительно плоского зеркала 4' на угол β угол падения оси пучка с нормалью N к зеркалу 4' тоже составит угол β. При отражении от зеркала 4' направление оси пучка составит с нормалью угол β, а с падающим пучком угол 2β. Таким образом, на телескопическую систему 10, 13 падает отраженный от плоского зеркала 4' пучок параллельных лучей под углом 2β к оптической оси. При прохождении телескопической системы с угловым увеличением γ=0,5 угол вышедшего пучка с осью будет составлять α=2β⋅γ=2β⋅0,5=β. Следовательно, ось вышедшего пучка всегда параллельна нормали к поверхности зеркала 4'.

Очевидно, что и при микросмещениях блока в любых направлениях ось пучка не меняет своего положения углового положения и параллельна нормали к зеркалу 4'. Это объясняется тем, что коллиматорный блок работает в параллельных пучках.

Далее, пучок параллельных лучей, последовательно отразившись от зеркал нерасстраиваемого зеркально-призменного моноблока 7, попадает в объектив 8 и фокусируется им на фотоприемник 9.

Микронаклоны и микросмещения зеркально-призменного блока 7 не влияют на угловое положение пучков лучей, входящих в объектив 8 из КГЭ, и, следовательно, на положение изображения диафрагмы 5 на фотоприемнике 9, так как он по своему действию представляет собой призму БкР-180° (уголковый отражатель), работающую в параллельных пучках.

Следовательно, в объектив 8 попадает пучок лучей, ось которого параллельна нормали к плоскому зеркалу 4'. Полученное изображение точки определяет центр опорной системы координат на матричном фотоприемнике 9, соответствующий нормали к плоскости зеркала 4', установленного на базовой поверхности. Все это позволяет производить с помощью вычислительного блока, подключенного к приемнику 9, измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и, следовательно, исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями фотоприемника 9 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 8.

Выполнение оптического элемента в виде оптической системы, соединяющей в себе коллиматор и телескопическую систему с угловым увеличением γ=0,5х, позволяет обеспечить практическую неизменность углового положения выходящего из КГЭ пучка, параллельного нормали к плоскости зеркала, расположенного на базовой плоскости на любом расстоянии от прибора, и, следовательно, повысить его точность.

Недостатком рассмотренного устройства является наличие клеевого соединения между линзовой и зеркально-линзовой системами оптического элемента в области светоделителя 14, обеспечивающего совмещение изображения точечной диафрагмы 5 с передним фокусом поверхности 13 и прохождение лучей в прямом и обратном ходе. В этом случае угловое положение пучка, прошедшего через светоделитель 14 на отражение и на проход в зоне клеевого соединения не отличается стабильностью, что снижает точность определения координат визируемой звезды, а, следовательно, и прибора. Это обусловлено различием физико-технических свойств клея и стекла, что при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях приводит к возникновению деформаций. Деформации вызывают микроразворот указанных систем друг относительно друга. Это приводит к образованию дополнительного клина в зоне клеевого соединения (см. фиг. 4). Следствием этого является отклонение вышедшего пучка A1 от первоначального направления А и, следовательно, смещение положения изображения диафрагмы 5 на матрице фотоприемника 9, что снижает точность определения координат углового положения визируемой звезды.

Для устранения указанного недостатка возможна, например, доработка конструкции крепления коллиматорного блока, специальный термообогрев корпуса и т.д. Однако этот путь приводит к существенному усложнению конструкции прибора и к увеличению его габаритно - массовых характеристик.

Целью изобретения является повышение точности прибора без изменения его габаритно - массовых характеристик.

Данная задача решается за счет того, что в углоизмерительном приборе, содержащем бленду, канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде блока коллиматора, включающего в себя оптический элемент, одна из поверхностей которого имеет выпуклую, а другая вогнутую сферическую форму, образующих телескопическую систему с угловым увеличением 0,5х, источник излучения, прозрачную точечную диафрагму, оптически сопряженную с передним фокусом вогнутой поверхности и плоское зеркало, установленное на базовой плоскости, а также зеркально-призменный блок, находящийся в составе КГЭ и осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив и фотоприемник с вычислительным блоком, при этом оптический элемент выполнен в виде монолитной детали с двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями с зеркальным покрытием, на выпуклую поверхность которой нанесено светоделителительное покрытие, на входную наклонную поверхность нанесена прозрачная точечная диафрагма, которая размещена в точке оптического сопряжения с передним фокусом вогнутой сферической поверхности при отражении от сферической выпуклой поверхности, а на входную наклонную поверхность жестко установлена прямоугольная призма гипотенузной гранью в области точечной диафрагмы, причем ее входная плоскость, обращенная к источнику излучения, перпендикулярна отрезку оптической оси оптического элемента, расположенного перед входной наклонной поверхностью.

Таким образом, представленная совокупность признаков позволила создать новое техническое решение, неизвестное из уровня техники.

При этом следует отметить, что использование в оптико-электронных углоизмерительных звездных приборах КГЭ с блоком коллиматора, включающего в себя телескопическую систему с увеличением γ=0,5х, для привязки к плоскому зеркалу, расположенному на базовой плоскости и работающему в параллельных лучах известно и обеспечивает расположение зеркала практически на любых расстояниях от объектива коллиматора, но благодаря применению указанного технического решения в углоизмерительном приборе, а именно, в составе новой совокупности признаков, обеспечивается высокая стабильность оптических характеристик коллиматорного объектива за счет выполнения его в виде оптического элемента, представляющего собой единую монолитную деталь без применения клеевых соединений между точечной диафрагмой и сферической поверхностью (в отличие от прототипа), что практически устраняет влияние жестких условий эксплуатации (например, температурных воздействий) на прохождение рабочих пучков.

В результате достигается практическая неизменность углового положения выходящего из коллиматорного объектива пучка лучей, что обеспечивает технический результат - повышение точности углоизмерительного прибора без усложнения его конструкции и ухудшения габаритно-массовых характеристик.

Для пояснения сущности предлагаемого изобретения предлагаются чертежи, на которых:

на фиг. 1 - приведена оптическая схема аналога;

на фиг. 2 - приведена оптическая схема прототипа;

на фиг. 3 - показана для прототипа нерасстраиваемость блока коллиматора;

на фиг. 4 - показано для прототипа отклонение пучка лучей от первоначального направления;

на фиг. 5 - приведена оптическая схема заявляемого устройства;

на фиг. 6 - приведен ход лучей в оптической системе блока коллиматора заявляемого устройства.

Заявленное устройство содержит бленду 1, КГЭ, представляющего собой блок коллиматора, включающий в себя оптический элемент 2, источник излучения 3, плоское зеркало 4', установленное на базовой плоскости 4, и прозрачную точечную диафрагму 5, а также прямоугольную призму 6, зеркально-призменный блок 7, находящийся в составе КГЭ и осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив 8 и фотоприемник 9 с вычислительным блоком. При этом оптический элемент 2 представляет собой единую монолитную деталь с одной выпуклой сферической поверхностью 10, двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями 11, 12 с зеркальным покрытием и одной вогнутой сферической поверхностью 13. Оптический элемент со сферическими поверхностями 10, 13 при работе на проход со стороны зеркала 4' образует телескопическую систему с угловым увеличением 0,5х. На выпуклую сферическую поверхность 10 нанесено светоделителительное покрытие. Прозрачная точечная диафрагма 5 нанесена непосредственно на входную наклонную поверхность 11 и размещена в точке оптического сопряжения с передним фокусом вогнутой сферической поверхности 13 при отражении от сферической выпуклой поверхности 10. На входную наклонную поверхность 11 жестко установлена (приклеена) прямоугольная призма 6 гипотенузной гранью в области диафрагмы, ее входная плоскость, обращенная к источнику излучения 3, перпендикулярна отрезку оптической оси оптического элемента, расположенного перед входной наклонной поверхностью.

Оптический элемент 2 по принципу действия представляет собой коллиматор со встроенной телескопической системой с угловым увеличением 0,5х.

В предлагаемом устройстве:

- бленда 1 выполнена в виде набора диафрагм;

- оптический элемент 2 выполнен в виде детали из оптического бесцветного стекла, например, К108 ГОСТ 3514-94 (либо оптического кварцевого стекла ГОСТ 15130-86), при этом сферическая поверхность 10 - выпуклая, с нанесенным полупрозрачным светоделительным покрытием, сферическая поверхность 13 - вогнутая, плоские зеркальные поверхности 11 и 12 - наклонные и расположены, например, под углом 45° к оптической оси;

- точечная прозрачная диафрагма 5 выполнена, например, путем фотолитографии на поверхности зеркала 11;

- прямоугольная призма 6 выполнена из оптического бесцветного стекла, например, К108 ГОСТ 3514-94 (либо оптического кварцевого стекла ГОСТ 15130-86), и приклеена гипотенузной гранью к поверхности зеркала 11 в области точечной диафрагмы 5 оптическим клеем. Марки стекол прямоугольной призмы 6 и оптического элемента 2 должны быть одинаковыми и прозрачными вместе с клеем в спектральном диапазоне работы источника излучения 3;

- в качестве источника излучения 3 может использоваться светодиод. В случае необходимости для улучшения засветки диафрагмы 5 между призмой 6 и источником излучения 3 может быть установлен конденсор (на чертеже не показан);

- плоское зеркало 4' выполнено, например, металлическим непосредственно на базовой плоскости;

- нерасстраиваемый зеркально-призменный блок 7 выполнен из склеенных между собой призм АР-90° и БкР-180° с зеркальными и светоделительными, в месте склейки, наклонными гранями. В области склейки призм со стороны бленды может быть нанесено черное матовое покрытие или непрозрачная диафрагма;

- объектив 8 выполнен, например, в виде многолинзовой системы, обеспечивающей необходимые оптические характеристики;

- фотоприемник 9 может быть выполнен в виде матрицы ПЗС или фотодиодной матрицы с активными пикселями, подключенной к вычислительному устройству (на фигурах не показано).

Таким образом, предлагаемые примеры реализации подтверждают осуществимость заявленного технического решения.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от визируемой звезды (фиг. 5), пройдя бленду 1, предназначенную для подавления паразитных боковых засветок, зеркально-призменный блок 7 на проход, попадает во входной зрачок объектива 8 и фокусируется на фотоприемнике 9. Зеркально-призменный блок 7 в данном направлении является плоскопараллельной пластиной, работающей в параллельных пучках и, следовательно, не чувствителен к микронаклонам и микросмещениям.

В КГЭ (фиг. 5, 6) пучок лучей от источника излучения 3 падает на входную поверхность прямоугольной призмы 6, при этом ось падающего пучка перпендикулярна указанной поверхности. Далее, пройдя призму 6, приклеенную гипотенузной гранью к поверхности зеркала 11, пучок засвечивает прозрачную диафрагму 5 и поступает в оптический элемент 2 вдоль отрезка оптической оси Б сферической поверхности 10. Далее, отразившись от светоделителя сферической поверхности 10, зеркал 11, 12 и преломившись на сферической поверхности 13, пучок лучей поступает в направлении зеркала 4'. Положение точечной диафрагмы 5 выбирается таким образом, чтобы отраженный от поверхности 10 пучок лучей проецировался при отражении от плоских зеркал 11, 12 в передний фокус В поверхности 13, вследствие чего пучок, вышедший из оптического элемента 2 и падающий на зеркало 4' становится параллельным.

Пучок лучей от осветителя 3, прошедший точечную прозрачную диафрагму 5 и выпуклую сферическую поверхность 10 насквозь, после преломления на поверхности 10 становится расходящимся, так как точечная диафрагма находится существенно ближе фокуса преломляющей поверхности 10. Пройдя зеркально-призменный блок 7 и объектив 8, пучок лучей ввиду большой расходимости создает на приемнике 9 незначительный фон, не влияющий на работу устройства.

Наличие прямоугольной призмы 6 с входной поверхностью, перпендикулярной оси падающего пучка и отрезку оптической оси Б оптического элемента 2 перед наклонным зеркалом 11, позволяет пройти излучению в данную систему через диафрагму 5 вдоль указанной оси при любых угловых положениях зеркала 11. Призма 6 предназначена только для обеспечения подсветки точечной диафрагмы 5 и является частью осветительного устройства. В случае отсутствия призмы 6 распространение пучка от осветителя через диафрагму 5 вдоль отрезка оптической оси Б для достаточно широкого диапазона углов наклона зеркал 11, 12 становится невозможным из-за преломления на границе стекло - воздух.

Наличие прозрачной точечной диафрагмы 5 в силу малости занимаемой ей площади практически не влияет на прохождение рабочих пучков лучей в обратном ходе, отраженных от зеркала 11.

Далее пучок параллельных лучей отражается от плоского зеркала 4', установленного на базовой плоскости 4, проходит насквозь телескопическую систему 13, 12, 11, 10, имеющую угловое увеличение γ=0,5х, и выходит из нее также параллельным.

Ось вышедшего из коллиматорного блока пучка лучей всегда практически параллельна нормали к зеркалу 4' при микронаклонах и микросмещениях оптического элемента 2 относительно плоскости зеркала 4'. Неперпендикулярность точечной диафрагмы 5 оптической оси элемента 2 практически не влияет на качество изображения, формируемого на фотоприемнике 9, ввиду малости ее диаметра. Для получения на фотоприемнике 9 изображения диафрагмы 5 в виде окружности контур ее может быть выполнен в виде соответствующего эллипса.

Свойство нерасстраиваемости блока коллиматора в отношении микронаклонов, также как и в прототипе, поясняется геометрическими построениями, представленными ранее на фиг. 3. Однако объектив коллиматора, представляющий собой оптический элемент 2, выполненный в виде единой монолитной детали без использования клеевых соединений, в этом случае обеспечивает (в отличие от прототипа) высокую стабильность углового положения пучка при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях.

Клеевое соединение между оптическим элементом 2 и призмой 6 при жестких условиях эксплуатации не влияет на угловое положение коллимированного пучка (в отличие от прототипа), так как призма 6, как было указано выше, является составной частью узла осветителя, предназначена только для обеспечения подсветки диафрагмы 5 и не является частью коллиматорного объектива.

Габариты коллиматорного блока практически не превышают габаритов прототипа.

Определение параметров R, n и d телескопической системы 10…13 производится, как и в случае прототипа, на основе следующих зависимостей:

(n-1)⋅(1/R10-1/R13)+(n-1)2d/n⋅R10⋅R13=Ф=0 - условие афокальности, где Ф - оптическая сила системы 10…13;

γ=f'10/f13=0,5х - угловое увеличение,

f'10=n⋅R10/(n-1), где f'10 - задний фокус преломляющей поверхности 10,

f13=n⋅R13/(n-1), где f13 - передний фокус преломляющей поверхности 13.

Положение точечной диафрагмы 5 определяется из условия совмещения ее изображения при отражении от поверхности 10 с передним фокусом поверхности 13.

Используя известную формулу Гаусса для отражающей поверхности (см., например, Дубовик А.С., Апенко М.Н., Дуреко Г.В. «Прикладная оптика»: - М.: Недра, 1982, стр. 108) 1/S'+1/S=2/R10, где S - расстояние от поверхности 10 до точечной диафрагмы, S'=f'10=nR10⋅(n-1) - расстояние от поверхности 10 до переднего фокуса поверхности 13, получим S=n⋅R10/(n+1).

В качестве примера приведем параметры телескопической системы, рассчитанные по указанным выше выражениям: γ=0,5х, d=50 мм, ne=1,5183 (стекло К8), R10=34,136 мм, R13=17,068 мм, S=20,585 мм, S'=100 мм, f'10=100 мм, f13=50 мм.

Далее, вышедший из коллиматорного блока параллельный пучок лучей, параллельный нормали к плоскости зеркала 4', последовательно отразившись от зеркал призмы БкР-180° зеркально-призменного блока 7 (фиг. 5), попадает в объектив 8, при этом ось пучка сохраняет параллельность своей нормали к плоскому зеркалу 4'. Это объясняется тем, что призма БкР-180° по своему действию эквивалентна уголковому отражателю, в котором падающий и отраженный пучки всегда параллельны друг другу. Также вследствие указанного свойства уголкового отражателя, микронаклоны и микросмещения зеркально-призменного блока 7 не влияют на угловое положение пучков лучей, входящих в объектив 8 из КГЭ.

После прохождения объектива 8 пучок лучей фокусируется на чувствительной площадке фотоприемника матричного типа 9. По полученному изображению точечной диафрагмы 5 определяют центр опорной системы координат на фотоприемнике 9, соответствующий нормали к плоскости зеркала 4', установленного на базовой поверхности. Все это позволяет производить с помощью вычислительного блока (на фиг. 5 не показан) измерения углового положения изображения звезды относительно изображения диафрагмы 5 и тем самым исключить погрешности определения координат звезды, связанные, например, с микросмещениями фотоприемника 9 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 8. При этом точность определения координат существенно повышается (в отличие от прототипа) за счет повышения стабильности углового положения вышедшего из коллиматора пучка лучей, определяющего положение нормали к базовой плоскости.

Таким образом, заявленное техническое решение благодаря реализации вышеуказанных конструктивных предложений обеспечивает высокую угловую точность углоизмерительного прибора при жестких условиях эксплуатации, а, кроме того, сохраняются допустимые габаритно-массовые характеристики изделия.

Углоизмерительный прибор, содержащий бленду, канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде блока коллиматора, включающего в себя оптический элемент, одна из поверхностей которого имеет выпуклую, а другая вогнутую сферическую форму, образующих телескопическую систему с угловым увеличением 0,5х, источник излучения, прозрачную точечную диафрагму, оптически сопряженную с передним фокусом вогнутой поверхности, и плоское зеркало, установленное на базовой плоскости, а также зеркально-призменный блок, находящийся в составе КГЭ и осуществляющий ввод излучения в приемное устройство, включающее в себя объектив и фотоприемник с вычислительным блоком, отличающийся тем, что оптический элемент представляет собой монолитную деталь с двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями с зеркальным покрытием, на выпуклую поверхность которой нанесено светоделителительное покрытие, на входную наклонную поверхность нанесена прозрачная точечная диафрагма, которая размещена в точке оптического сопряжения с передним фокусом вогнутой сферической поверхности при отражении от сферической выпуклой поверхности, а на входную наклонную поверхность жестко установлена прямоугольная призма гипотенузной гранью в области диафрагмы, при этом ее входная плоскость, обращенная к источнику излучения, перпендикулярна отрезку оптической оси оптического элемента, расположенного перед входной наклонной поверхностью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах повышения безопасности полета и посадки воздушных судов (ВС). Технический результат – расширение функциональных возможностей на основе обнаружения внешней имитационной помехи самим ВС.

Изобретение относится к области бортового информационно-навигационного оборудования космических аппаратов (КА) и предназначено для формирования и излучения навигационных радиосигналов системы ГЛОНАСС.

Группа изобретений относится к способу и устройству определения координат космического аппарата по сигналам навигационных спутников. Для определения координат передают радиосигналы от навигационных спутников с известными параметрами орбиты в известные моменты времени, отслеживают их приемными антеннами на космическом аппарате, определяют дальности между навигационными спутниками и космическим аппаратом определенным образом, определяют координаты космического аппарата с учетом всех отслеживаемых сигналов навигационных спутников.

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к технике выполнения траекторных измерений и определения параметров орбиты искусственного спутника Земли (ИСЗ), и может быть использовано на наземных и бортовых комплексах управления полетом ИСЗ для точного определения текущих параметров движения ИСЗ.

Изобретение относится к приборам навигации космических аппаратов по Солнцу или иным источникам оптического излучения. Широкопольный датчик положения Солнца содержит многоэлементный приемник оптического излучения, состоящий из корпуса, выполненного в виде полусферы или многогранника, в сквозных отверстиях которого относительно оси чувствительности датчика установлены цилиндрические бленды, в которых размещены элементарные фотоприемники с фоточувствительными площадками и светофильтры.

Телескоп может быть использован в качестве вспомогательного средства определения космических аппаратов. Космический телескоп для наблюдения звезд и Земли содержит канал наблюдения Земли, имеющий главное зеркало, на часть которого, закрытую зеленым отражающим светофильтром, попадает свет от Земли, второе зеркало, линзовый корректор и установленная в фокальной плоскости матрица, одна часть которой закрыта красным пропускающим светофильтром, канал для наблюдения звезд, имеющий круглую диафрагму и плоское наклонное эллиптическое зеркало, отражающее свет от звезд на ту часть главного зеркала, которая не покрыта зеленым отражающим светофильтром.
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в бортовых системах межзвездной навигации космических аппаратов (КА) для определения автономных оценок орбиты и ориентации КА.
Изобретение относится к области управления перемещением лазерного луча в пространстве, способам сканирования и слежения, и может быть использовано для навигации космических аппаратов (КА).

Группа изобретений относится к автономной космической навигации космических аппаратов (КА), в частности, на обеих сторонах поверхности Луны. Способ включает измерения в аппаратной системе координат ориентации местной вертикали в точке позиционирования КА бортовым датчиком вертикали, а также положений двух навигационных звезд бортовыми звездными датчиками.

Изобретение относится к области космической навигации и касается устройства ориентации космического аппарата по звездам. Устройство включает в себя корпус, объектив, центральный модуль, электронную единую плату, гибкие участки электронной единой платы, термоэлектрический охладитель Пельтье, пластину, выполняющую функцию крышки корпуса, бленду, неохлаждаемый матричный приемник ИК-излучения на основе термопневматического микромеханического преобразователя с оптоэлектронной системой считывания и матричный приемник терагерцового излучения.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения длины колонны труб оптическими методами. Технической задачей предлагаемого изобретение является создание способа измерения длины труб при спускоподъёмных операциях, упрощающего использование за счет применения для измерений лазерного длинномера и не зависящего от внешних факторов.

Устройство может быть использовано в метрологии и приборостроении. Устройство имеет корпус, опорную шайбу, прижимную шайбу и винт.

Способ может быть использован для измерений угловых параметров зеркальных и призменных уголковых отражателей. В способе пучок ПСЛ, направленный из автоколлиматора на выбранную зону входного/выходного окна УО, предварительно пропускают через окно в плоском зеркале.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения угловых перемещений. Волоконно-оптический датчик угла поворота состоит из микроконтроллера, лазерного диода, оптического делителя мощности, фотодетектора, двух отрезков оптического волокна, свернутых в полукольца и оптически соединяющих лазерный диод с фотодетекторами.

Изобретение относится к области технологии проведения монтажа роторных или иных машин и предназначено для измерения относительного положения осей валов. Приемное устройство для измерения положения лазерного луча линейной светочувствительной матрицей в плоскости матрицы, состоящее из линейной светочувствительной матрицы и оптической системы, располагающейся параллельно указанной матрице, обеспечивающей развертку луча в горизонтальную линию.

Прибор может быть использован для измерения угловых координат положения осей космических аппаратов относительно астроориентиров. Прибор содержит бленду, канал геометрического эталона (КГЭ) и приемное устройство, включающее объектив и фотоприемник с вычислительным блоком.
Изобретение относится к области проведения измерений. Способ определения вертикальности протяженной конструкции заключается в том, что на поверхности конструкции устанавливают источник и приемник лазерного излучения, вертикальность установки конструкции определяют по показаниям приемника лазерного излучения.

Устройство для формирования изображения зеркальных отражений от роговицы пользователя устройства и от оптического приспособления для глаз, носимого пользователем, содержит первую камеру, выполненную с возможностью захвата изображения роговицы и оптического приспособления для глаз, средство обработки, выполненное с возможностью получения первого изображения от первой камеры, идентификации, путем анализа первого изображения, отражения от роговицы и отражения от отражающей поверхности оптического приспособления для глаз, и определения оптического преобразования, представляющего собой отражение от роговицы, и оптического преобразования, представляющего собой отражение от отражающей поверхности оптического приспособления для глаз.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения углового положения подвижных объектов при радиолокационных измерениях.

Изобретение предназначено для определения угла скручивания контролируемого объекта относительно некоторой базы в различных отраслях промышленности, в частности в телескопо- и ракетостроении.

Прибор может быть использован для ориентации космических аппаратов. Прибор содержит бленду, канал геометрического эталона в виде блока коллиматора, включающего оптический элемент, одна из поверхностей которого имеет выпуклую, а другая вогнутую сферическую форму, образующих телескопическую систему с угловым увеличением 0,5х, источник излучения, прозрачную точечную диафрагму и плоское зеркало, установленное на базовой плоскости, а также зеркально-призменный блок для ввода излучения в приемное устройство. Оптический элемент представляет собой монолитную деталь с двумя параллельными плоскими наклонными поверхностями с зеркальным покрытием, на выпуклую поверхность которой нанесено светоделителительное покрытие. Точечная диафрагма нанесена на входную наклонную поверхность и оптически сопряжена с передним фокусом вогнутой сферической поверхности при отражении от сферической выпуклой поверхности. На входную наклонную поверхность в области диафрагмы жестко установлена гипотенузной гранью прямоугольная призма, входная плоскость которой, обращенная к источнику излучения, перпендикулярна отрезку оптической оси оптического элемента, расположенного перед входной наклонной поверхностью. Технический результат - повышение точности прибора без изменения его габаритно-массовых характеристик. 6 ил.

Наверх