Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения



Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения
Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения

 


Владельцы патента RU 2496098:

Артемов Юрий Михайлович (RU)
Барышников Николай Васильевич (RU)

Устройство содержит призменную систему, включающую первую пару пентапризм, содержащую первую и вторую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р, оптический клин, склеенный с первой отражающей гранью первой пентапризмы и выполненный так, что его выходная грань параллельна входной грани первой пентапризмы, причем поверхность склейки имеет светоделительное покрытие, вторую пару пентапризм, содержащую третью и четвертую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р'. Входная грань третьей пентапризмы расположена за выходной гранью оптического клина и параллельна ей. Плоскости Р и Р' расположены под углом 2φ друг к другу. Вторая и четвертая пентапризмы оптически связаны с объективом, в фокальной плоскости которого расположен координатно-чувствительный фотоприемник, выход которого связан со входом микропроцессора. Технический результат - определение углового отклонения оси лазерного пучка при использовании высокоэнергетического лазера с одновременным уменьшением экранирования сечения его пучка в условиях внешних механических воздействий, приводящих к угловым уводам призм призменной системы. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, точнее - к оптическим призменным системам, предназначенным для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения.

Оптические оси приемного и передающего каналов лазерных систем должны быть выставлены с необходимой точностью. В некоторых случаях это удается обеспечить на стадии заводской юстировки. К таким системам относятся малогабаритные оптические дальномеры, лазерные системы видения. Они отличаются сравнительно невысокими требованиями по юстировки осей каналов - погрешности выставки могут достигать нескольких угловых минут.

Для целого ряда современных локационных систем выдвигаются очень высокие требования по точности юстировки приемо-передающих каналов - погрешности их взаимной выставки не должны превышать нескольких угловых секунд. Как правило, такие системы имеют значительные габариты, вес, они могут быть подвержены воздействию внешних механических вибраций и температурным уводам элементов конструкции. Требования по точности юстировки каналов таких систем могут быть выполнены только с использованием систем автоюстировки (САЮ).

Принцип организации подобной САЮ заключается в следующем. Часть пучка излучения рабочего лазера передающего канала на выходе системы формирования с помощью призменной системы (ПС) заводится в приемный канал, меняя направление распространения в точности на обратное. Отведенный пучок в приемном канале является репером пространственного положения оси диаграммы направленности излучения рабочего лазера, сформированного в передающем канале. В приемном канале измеряется его угловое рассогласование с осью приемного канала, которое в реальном масштабе времени отрабатывается корректирующими элементами оптической системы.

В большинстве случаев в приемный канал целесообразно отводить пучок излучения не рабочего лазера, а дополнительного маркерного источника излучения, имеющего гораздо меньшую мощность и поперечные размеры. Предварительно его ось выставляется на входе оптической системы передающего канала относительно оси пучка излучения рабочего лазера с высокой точностью.

Как видно, погрешности определения углового рассогласования определяются погрешностью переноса пучка, поэтому ПС в такой САЮ играет ключевую роль. Схемы их построения должны быть обоснованы с учетом условий функционирования, а точностные характеристики каждой схемы должны быть тщательно исследованы.

Известно, что уголковый отражатель с двугранными углами между отражающими гранями, равными 90°, является идеальным световозвращателем [Барышников Н.В., Карасик В.Е., Степанов P.O. Исследование отражательных характеристик тетраэдрических световозвращателей в ИК диапазоне. Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. «Приборостроение», 2010. №1, С.3-16]. Он отражает падающее на него излучение точно в обратном направлении (см. фиг.1a). Матрица МУО его действия имеет следующий вид:

М У О = ( 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ) ( 1 )

Теоретически - это идеальный вариант ПС. Однако расстояние а переноса оси пучка излучения минимально и оно ограничено конструктивными параметрами уголкового отражателя и технологическими возможностями его изготовления.

Модификация конструкции уголкового отражателя - УО с разнесенными входным и выходным зрачками (см. фиг.1б) обеспечивает несколько большие значения расстояния переноса a - до 100…200 мм. На этом возможности уголкового отражателя ограничиваются.

Известно устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения (см. фиг.2), которое является ближайшим аналогом и включает призменную систему, содержащую оптически связанные ромб призму 1, уголковый отражатель и ромб-призму 2 (Н.В. Барышников, В.В. Карачунский, В.И. Козинцев А.С. Румянцев, Д.В. Худяков, Использование методов полунатурного моделирования для исследования характеристик системы автоюстировки Тезисы докладов IV НТК «Радиооптические технологии в приборостроении», Сочи, 2006 г., с.105-108). Эта система обеспечивает большие значения расстояния переноса a.

Идеально изготовленная ромб-призма осуществляет поперечное смещение оси падающего пучка, не меняя его направления. Матрица ее действия МРП имеет следующий вид:

М Р П = ( 1 0 0 0 1 0 0 0 1 )

Действие рассматриваемой ПС можно описать матрицей M:

М = М Р П 2 М У О М Р П 1 = ( 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ) = М У О

Нетрудно заметить, что матрица M соответствует матрице уголкового отражателя (1).

Каждая из трех оптических деталей схемы при малых собственных угловых смещениях идеально переносит ось пучка, поэтому такая система инвариантна к механическим вибрациям и температурным уводам механических оправ. На качество переноса могут повлиять только собственные температурные деформации уголкового отражателя и ромб-призм, а также погрешности их изготовления.

Для увеличения расстояния переноса a в схему ПС можно включить дополнительные ромб-призмы. Их максимальное количество определяется только светопропусканием призменной системы, а также массогабаритными ограничениями.

Однако существует принципиальный недостаток рассмотренных выше схем. Он связан с тем, что элементы конструкции ПС могут располагаются на выходе формирующей оптической системы передающего канала, в сечении пучка высокоэнергетического рабочего лазера. Это обстоятельство вызывает многочисленные проблемы, связанные с защитой конструкции самой ПС от излучения рабочего лазера, а также с нарушениями пространственной структуры формируемого пучка рабочего лазера, вызванные его экранированием.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении возможности определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения при использовании высокоэнергетического лазера и с одновременным уменьшением экранирования сечения его пучка в условиях внешних механических воздействий, приводящих к угловым уводам призм призменной системы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения, содержащем призменную систему, указанная призменная система включает первую пару пентапризм, содержащую первую и вторую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р, оптический клин, склеенный с первой отражающей гранью первой пентапризмы и выполненный так, что его выходная грань параллельна входной грани первой пентапризмы, причем поверхность склейки имеет светоделительное покрытие, вторую пару пентапризм, содержащую третью и четвертую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р', при этом входная грань третьей пентапризмы расположена за выходной гранью оптического клина и параллельна ей, плоскости Р и Р' расположены под углом 2φ друг к другу, а вторая и четвертая пентапризмы оптически связаны с объективом, в фокальной плоскости которого расположен координатно-чувствительный фотоприемник, выход которого связан со входом микропроцессора.

При этом микропроцессор может быть выполнен с возможностью вычисления углового отклонения θZ, θY оси контролируемого пучка от номинального положения на входе первой пентапризмы по формулам:

θz=(-θy1sinφ+θz1cosφ+θy2sinφ+θz2cosφ)/2cosφ,

θy=(θy2sinφ+θz2cosφ+θy1sinφ-θz1cosφ)/2sinφ,

где θy1; θz1 - угловое отклонение от номинального положения оси лазерного пучка, прошедшего первую и вторую пентапризмы;

θy2; θz2 - угловое отклонение от номинального, положения оси лазерного пучка, прошедшего первую, третью и четвертую пентапризмы.

В предлагаемом устройстве за счет того, что вместо системы призм в виде моноблока, как в ближайшем аналоге, используются отдельные пентапризмы, обеспечивается уменьшение экранирования сечения его пучка. При этом оптические свойства пентапризм позволяет создать призменную систему, обеспечивающую определение углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения в условиях внешних механических воздействий, приводящих к угловым уводам призм призменной системы.

Изобретение более подробно описывается с помощью чертежей.

На фиг.1а, 1б показана призменная система на основе уголкового отражателя.

На фиг.2 показана призменная система ближайшего аналога на основе уголкового отражателя и двух ромб-призм.

На фиг.3 показано расположение призменной системы устройства для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения в локационной станции.

На фиг.4 показана схема, иллюстрирующая определение углового отклонение от номинального положения оси лазерного пучка с помощью координатно-чувствительного фотоприемника при отсутствии угловых уводов призм призменной системы.

На фиг.5 показана призменная система предлагаемого устройства на основе двух пар пентапризм.

На фиг.6 показано расположение системы координат XYZ и связанной с ней нормали N ¯ по отношению к входной грани пентапризмы.

На фиг.4 показана схема, иллюстрирующая определение углового отклонение от номинального положения оси лазерного пучка с помощью координатно-чувствительного фотоприемника при отсутствии угловых уводов призм призменной системы.

Система координат XYZ связана с оптической осью системы, образованной объективом и координатно-чувствительным, например, матричным фотоприемником, расположенным в его фокальной плоскости. Центр координат O совпадает с нулевым чувствительным элементом матричного фотоприемника. При этом обычно в качестве нулевого элемента используется элемент, расположенный в центре матрицы чувствительных элементов. Ось OX выбранной системы координат XYZ совпадает с оптической осью системы, образованной объективом и матричным фотоприемником, расположенным в его фокальной плоскости, и проходит через кардинальные точки объектива и нулевой элемент матричного фотоприемника.

Таким образом, для того, чтобы определить угловой отклонение оси пучка по двум координатам, надо измерить линейные координаты Z1 и Y1 зарегистрированного на матричном фотоприемнике, расположенном в фокальной плоскости объектива, пятна распределения от контролируемого пучка излучения лазера. При этом угловое отклонение θY в плоскости XOY может быть определено из математического выражения

tg(θY)=Y1/f',

где f' - фокусное расстояние объектива.

Аналогично, угловое отклонение θZ в плоскости XOZ (на фиг.4 не показано) может быть определено из математического выражения

tg(θZ)=Z1/f'.

При этом, как правило, измеряемые угловые отклонения малы, они составляют несколько угловых секунд. Поэтому тангенсом можно пренебречь, т.е. использовать следующие выражения:

θY=Y1/f', θZ=Z1/f'

На фиг.5 показана призменная система предлагаемого устройства на основе двух пар пентапризм.

Как известно, пентапризма изменяет в пространстве вектор направления падающего на нее пучка на 90 градусов по одной оси, причем этот угол инвариантен к малым угловым уводом самой пентапризмы. Используя пару пентапризм, можно обеспечить обратное отражение излучения лазера и измерение в приемном канале углового отклонения, но только по одной оси.

Для измерения угловых отклонений по двум осям в условиях внешних механических воздействий, приводящим к угловым уводам самих призм, предлагается устройство, которое содержит призменную систему, включающую первую пару пентапризм, содержащую первую 1 и вторую 2 пентапризмы. Главные сечения этих пентапризм расположены в одной плоскости Р. Вторая пара пентапризм содержит третью 3 и четвертую 4 пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р'. Плоскости Р и Р' расположены под углом 2φ друг к другу. Разделение лазерного пучка между парами призм осуществляется с помощью оптического клина 5, имеющего тот же показатель преломления, что и первая 1 пентапризма, и склеенного с первой отражающей гранью первой 1 пентапризмы, причем поверхность склейки 6 имеет светоделительное полуотражающее покрытие, а выходная грань клина параллельна входной грани первой 1 пентапризмы. Входная грань третьей 3 пентапризмы расположена за выходной гранью оптического клина 5 и параллельна ей. На выходе второй 2 и четвертой 4 пентапризм расположен объектив 7, в фокальной плоскости которого расположен координатно-чувствительный фотоприемник 8, выход которого связан со входом микропроцессора 9.

При этом микропроцессор выполнен с возможностью вычисления углового отклонения θZ, θY оси контролируемого пучка от номинального положения на входе первой 1 пентапризмы по формулам:

θz=(-θy1sinφ+θz1cosφ+θy2sinφ+θz2cosφ)/2cosφ,

θy=(θy2sinφ+θz2cosφ+θy1sinφ-θz1cosφ)/2sinφ,

где θy1; θz1 - угловое отклонение от номинального положения оси лазерного пучка, прошедшего первую 1 и вторую 2 пентапризмы;

θy2, θz2 - угловое отклонение от номинального положения оси лазерного пучка, прошедшего первую 1, третью 3 и четвертую 4 пентапризмы.

Проследим преобразование такой призменной системой вектора L 0 луча, характеризующего направление пучка лазерного излучения на входе в призменную систему, т.е. на выходе передающего канала локационной системы.

Свяжем с оптической осью объектива приемного канала систему координат X0Y0Z0. Ось OX0 направим по оптической оси объектива приемного канала.

В этой же системе координат будем в дальнейшем определять направление вектора L n p , характеризующего направление пучка излучения лазера на входе объектива приемного канала системы. Вектор L 0 в системе координат X0Y0Z0 выражается следующим образом:

L 0 = ( 1 θ y θ z ) , ( 5 )

где θy и θz - углы отклонения оси излучения лазера от идеального направления, вызванные разъюстировками системы. Именно эти углы необходимо измерить в приемном канале.

Получим несколько общих выражений для матриц преобразования пентапризмы. Эти выражения в дальнейшем будем использовать для описания преобразования вектора L направления оси излучения лазера парой пентапризм, пространственное положение каждой из которых имеет отступления от идеального.

Рассмотрим систему координат XYZ (см. фиг.6) и связанную с ней нормаль N ¯ к входной грани пентапризмы.

1. Матрицы П' и П'' действия идеальной пентапризмы соответственно в прямом и в обратном ходе, записанные в приведенной системе координат, определяются известным образом [Вычислительная оптика: Справочник / М.М. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д. Иванов и др. Под общ. ред. М.М. Русинова. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1984, с.110] как:

П ' = ( 0 0 1 0 1 0 1 0 0 ) , П ' ' ( 0 0 1 0 1 0 1 0 0 ) ( 6 )

Нестабильность пространственного положения пентапризмы приводит к повороту вектора N ¯ в рассматриваемой системе координат. Будем считать, что повороты происходят в следующей последовательности:

- вокруг оси OZ на угол α;

- вокруг новой оси OY' на угол β;

- вокруг новой оси OX'' на угол γ.

Соответствующие этим поворотам матрицы преобразования имеют следующий вид [Вычислительная оптика: Справочник / М.М. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д. Иванов и др. Под общ. ред. М.М. Русинова. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1984, с.121]:

M z = ( cos α sin α 0 sin α cos α 0 0 0 1 ) ; M y = ( cos β 0 sin β 0 1 0 sin β 0 cos β ) ; M x = ( 1 0 0 0 cos γ sin γ 0 sin γ cos γ ) ( 7 )

Действие всех трех поворотов на произвольный вектор N ¯ описывается матрицей M:

M = M x M y M z ( 8 )

Пусть L - вектор падающего на пентапризму луча, записанный в системе координат XYZ. Тогда вектор L ' луча, преобразованного пентапризмой, пространственное положение которой имеет отступления от номинального, можно определить следующим образом:

L ' = ( M П ' M 1 ) L = T L , ( 9 )

где: T=M·П'·М-1;

Будем считать, что углы поворота α, β, γ в схеме малы. Тогда с точностью до членов второго порядка малости по углам поворота, с учетом (7) и (8) можно записать выражения для M и M-1:

M = ( 1 sin α sin β sin α 1 sin γ sin β sin γ 1 ) = ( 1 α β α 1 γ β γ 1 ) ,

M 1 = ( 1 sin α sin β sin α 1 sin γ sin β sin γ 1 ) = ( 1 α β α 1 γ β γ 1 ) .

Отсюда следует, что

T = M П ' M 1 = ( 0 α γ 1 α + γ 1 α γ 1 α γ 0 ) ( 10 )

С учетом (9) и (10), на выходе из пентапризмы направление вектора L ' будет определяться:

L ' = ( 0 α γ 1 ) ( 11 )

Этот вектор лежит в плоскости XOZ (т.е. перпендикулярен нормали луча на входе в пентапризму) и угол между осью OZ и этим лучом равен α-γ.

Используя полученные выражения, можно описать преобразование излучения лазера парой пентапризм, например, первой 1 и второй 2 пентапризмами, каждая из которых имеет свои случайные отклонения от номинального положения.

Вектор L 0 (5) записан в системе координат X0Y0Z0. Запишем вектор L 1 , соответствующий вектору L 0 , но уже в системе координат X1Y1Z1, связанной с первой 1 пентапризмой первой пары пентапризм. Для этого используем известное выражение (7) для матрицы Mφ разворота системы координат вокруг оси OX на угол φ:

L 1 = M φ L 0 = ( 1 0 0 0 cos φ sin φ 0 sin φ cos φ ) ( 1 θ y θ z ) = = ( 1 cos φ θ y + sin φ θ z sin φ θ y + cos φ θ z ) = ( 1 θ y ' θ z ' ) ( 12 )

В системе координат X1Y1Z1 вектор луча L 1 ' на выходе первой 1 пентапризмы с учетом (10) и (11) находим следующим образом:

L 1 ' = T 1 L 1 = ( 0 α 1 γ 1 1 α 1 + γ 1 1 α 1 γ 1 1 α 1 γ 1 0 ) ( 1 θ y ' θ z ' ) = ( θ z ' α 1 γ 1 + θ y ' 1 )

где: α1, γ1 - углы разворота первой призмы:

T 1 = ( 0 α 1 γ 1 1 α 1 + γ 1 1 α 1 γ 1 1 α 1 γ 1 0 ) .

Свяжем со второй 2 пентапризмой систему координат X2Y2Z2 (см. рисунок 3a), ориентированную относительно самой призмы так же, как система координат X1Y1Z1 ориентирована относительно первой 1 пентапризмы. Преобразуем вектор L 1 ' в вектор L 2 , записанный в системе координат X2Y2Z2:

L 2 = ( 1 α 1 γ 1 + θ y ' θ z ' )

Преобразование вектора L 2 второй пентапризмой можно записать как:

L 2 ' = T 2 L 2 = ( 0 α 2 γ 2 1 α 2 + γ 2 1 α 3 γ 2 1 α 2 γ 2 0 ) ( 1 α 1 γ 1 + θ y ' θ z ' ) = = ( θ z ' ( α 1 γ 1 ) + ( α 2 γ 2 ) + θ y ' 1 )

где: α2, γ2 - углы разворота второй призмы;

T 2 = ( 0 α 2 γ 2 1 α 2 + γ 2 1 α 2 γ 2 1 α 2 γ 2 0 ) .

Запишем этот вектор в системе координат X1Y1Z1 (см. рисунок 3a):

L 2 ' = ( 1 ( α 1 γ 1 ) + ( α 2 γ 2 ) + θ y ' θ z ' ) ( 13 )

И, наконец, запишем его в системе координат X0Y0Z0, используя матрицу разворота вокруг оси OX (7) на угол -φ. Таким образом, получаем искомый вектор L n p луча на входе в приемную систему, записанный в системе координат X0Y0Z0:

L n p = M ( ϕ ) L 2 ' = ( 1 0 0 0 cos ( ϕ ) sin ( ϕ ) 0 sin ( ϕ ) cos ( ϕ ) ) ( 1 ω + θ y ' θ z ' ) = = ( 1 ( ω + θ y ' ) cos ϕ + θ z ' sin ϕ ( ω + θ y ' ) sin ϕ θ z ' cos ϕ ) = ( 1 θ y n p θ z n p ) ( 14 )

где ω=(α11)+(α22).

Анализируя выражение (14), можно заключить, что прямые измерения угловых отклонений θynp и θznp вектора L n p на выходе пары пентапризм не позволяют определить искомые угловые отклонения θy и θz вектора L 0 , т.к. в выражении для θynp и θznp присутствуют углы α1, γ1, α2, γ2 отклонения пентапризм от номинального положения.

Обратим внимание, что в выражении (13) присутствует θ z ' , на которую не влияют случайные возмущения (см. (12)). Используя это выражение, можно найти искомые значения θy и θ для луча на выходе передающего канала по следующей методике:

2. В системе координат X0Y0Z0 измеряются угловые отклонения θynp и θznp вектора L n p , характеризующего направление оси пучка излучения лазера на выходе второй пентапризмы 2.

3. Эти значения пересчитываются в систему координат X1X1Z1 с учетом разворота на угол φ, аналогично выражению (12). Получаем вектор L 2 ' . Как следует из выражений (13) и (12), значение θ z ' этого вектора определяется для первой пары пентапризм 1 и 2 следующим образом:

θ z ' = θ y 1 sin ϕ + θ z 1 cos ϕ = θ z 1 ' ( 15 )

Проделаем аналогичные преобразования для второй пары пентапризм, т.е. для третьей 3 и четвертой 4 пентапризм. Учтем, что для этой пары угол φ имеет отрицательное значение. В результате получаем выражение для θ z 2 ' :

θ z 2 ' = θ y 2 sin ϕ + θ z 2 cos ϕ ( 16 )

3. Имея эти два измерения, определяем искомые значения θy и θz:

θ z = ( θ z 1 ' + θ z 2 ' ) / 2 cos ϕ θ y = ( θ z 2 ' θ z 1 ' ) / 2 sin ϕ

Или, с учетом (15) и (16):

θ z = ( θ y 1 sin ϕ + θ z 1 cos ϕ + θ y 2 sin ϕ + θ z 2 cos ϕ ) / 2 cos ϕ ( 17 )

θy=(θy2sinφ+θz2cosφ+θy1sinφ-θz1cosφ)/2sinφ

Таким образом, полученные выражения (17) показывают, что предлагаемое устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения, содержащее призменную систему, построенную на основе двух пар пентапризм, обеспечивает определение углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения в условиях внешних механических воздействий, приводящих к угловым уводам призм призменной системы. Важно отметить, что при использовании в системе высокоэнергетического рабочего лазера предложенная призменная система позволяет уменьшить и даже практически исключить экранирование сечения его пучка.

1. Устройство для определения углового отклонения оси лазерного пучка от номинального положения, содержащее призменную систему, включающую первую пару пентапризм, содержащую первую и вторую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р, оптический клин, склеенный с первой отражающей гранью первой пентапризмы и выполненный так, что его выходная грань параллельна входной грани первой пентапризмы, причем поверхность склейки имеет светоделительное покрытие, вторую пару пентапризм, содержащую третью и четвертую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р', при этом входная грань третьей пентапризмы расположена за выходной гранью оптического клина и параллельна ей, плоскости Р и Р' расположены под углом 2φ друг к другу, а вторая и четвертая пентапризмы оптически связаны с объективом, в фокальной плоскости которого расположен координатно-чувствительный фотоприемник, выход которого связан со входом микропроцессора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микропроцессор выполнен с возможностью вычисления углового отклонения θZ, θY оси контролируемого пучка от номинального положения на входе первой пентапризмы по формулам:
θz=(-θy1sinφ+θz1cosφ+θy2sinφ+θz2cosφ)/2cosφ,
θy=(θy2sinφ+θz2cosφ+θy1sinφ-θz1cosφ)/2sinφ,
где θy1; θz1 - угловое отклонение от номинального положения оси лазерного пучка, прошедшего первую и вторую пентапризмы;
θy2; θz2 - угловое отклонение от номинального положения оси лазерного пучка, прошедшего первую, третью и четвертую пентапризмы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения углов поворота объекта оптико-электронным способом. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах ориентации космических аппаратов. .

Изобретение относится к области оптоэлектроники, преобразовательной техники, а именно к полупроводниковым фотоэлектрическим преобразователям углов. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах, предпочтительно в звездных приборах ориентации космических аппаратов.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для решения широкого круга технических задач, таких как юстировка оптико-электронных систем, сборка крупногабаритных конструкций, определение параметров жесткости валов, дистанционное измерение и дистанционная передача значения угла скручивания и др.

Изобретение относится к фотоэлектрическим измерительным устройствам для измерения углов, угловых координат и угловых перемещений, основанных на применении поляризационной оптики.

Изобретение относится к приспособлениям, к измерительным устройствам, отличающимся оптическими средствами измерения углов. .
Способ юстировки осуществляют путем разворота отражающих плоскостей полого трехгранного уголкового отражателя с боковым переносом для достижения угла между каждой парой из трех граней девяноста градусов. Используют установку, состоящую из коллиматора, в фокальной плоскости которого установлена светящаяся марка, и зрительной трубы, оптическая ось которой параллельна оптической оси коллиматора и удалена от оптической оси коллиматора на плечо бокового переноса. Направляют излучение от коллиматора на уголковый отражатель, установленный на подвижном основании, и наблюдают изображение светящейся марки в окуляр зрительной трубы. Разворачивают уголковый отражатель на определенный угол, измеряют уход изображения светящейся марки. Юстируют двугранные углы между отражающими гранями и добиваются неподвижности изображения светящейся марки при любых разворотах уголкового отражателя вокруг трех осей. Технический результат - упрощение способа юстировки.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся дистанционными оптическими средствами измерений, и может быть использовано при решении задач, требующих одновременного определения двух линейных и двух угловых координат объекта при постоянной дистанции до объекта. Предложено одноканальное двухкоординатное устройство измерения угловых и линейных координат объекта, работающее в большом диапазоне дистанций с высокой точностью и изменяемым диапазоном измерений. Такой технический результат достигнут нами, когда в устройстве измерения линейных и угловых координат объекта, содержащем осветитель, объектив с матричным фотоприемником, связанным с устройством обработки информации и установленным в плоскости, сопряженной с объектом, и измерительную марку, установленную на объекте, новым является то, что измерительная марка снабжена осветителем, включающим расположенные по ходу луча источник света, конденсор и рассеиватель, и двумя визирными элементами, образующими кольцевую и точечную структуры и разнесенными по оптической оси, за второй структурой по ходу луча установлен компенсатор оптического хода, при этом объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием. 5 ил.

Способ включает фиксацию на передней поверхности зуба инструмента 1 в его торцовом сечении на расстоянии L от вершины зуба инструмента 1 прямолинейной упругой полоски 3, обеспечивающей продление поверхности переднего угла для его визуального восприятия. Инструмент 1 устанавливают ортогонально плоскости стола 8 микроскопа так, чтобы визирная линия окуляра проходила через вершину зуба и через продольную ось инструмента. Объектив микроскопа перемещают в вертикальной плоскости в направлении инструмента 1 на упомянутое расстояние L с последующим поворотом стола 8 микроскопа или окуляра до совмещения визирной линии с продольной гранью полоски. Определяют угол Ө, а затем определяют передний угол γ по следующей зависимости: γ = (360/P)·L - Ө, где: L - расстояние от вершины зуба инструмента до полоски вдоль оси инструмента, мм; Ө - угол поворота стола микроскопа или окуляра, градус; Р - осевой шаг винтовой канавки, мм. Технический результат - упрощение и снижение трудоемкости измерения переднего угла в торцовом сечении осевых режущих инструментов (сверл, зенкеров, разверток, метчиков и др.) с диаметром более 3 мм, с любым числом зубьев, в том числе менее трех, с использованием инструментального микроскопа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ включает фиксацию на передней поверхности зуба фрезы 2 в ее торцовом сечении на расстоянии L от торца фрезы 2 прямолинейной упругой полоски, обеспечивающей продление поверхности переднего угла для его визуального восприятия. Фрезу устанавливают ортогонально плоскости стола 1 микроскопа так, чтобы визирная линия окуляра проходила через вершину зуба на торце фрезы и продольную ось фрезы. Объектив 3 микроскопа перемещают в вертикальной плоскости в направлении фрезы на расстояние L. Поворачивают стол 1 микроскопа или окуляр до совмещения визирной линии с продольной гранью полоски. Определяют угол поворота стола микроскопа или окуляра θ, а затем определяют передний угол γ по приведенной зависимости. Технический результат - упрощение и снижение трудоемкости измерения переднего угла, обеспечение возможности измерения переднего угла у фрез с диаметром более 3 мм и с любым числом зубьев, в том числе менее трех, с использованием инструментального микроскопа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего поворотный столик, автоколлиматор, визирная ось которого перпендикулярна оси поворота столика, контролируемую правильную многогранную призму, ось которой соосна оси поворота столика. На неподвижном столике установлено первое угловое зеркало с углом между отражающими гранями, равным углу между смежными гранями призмы, первая грань которого перпендикулярна визирной оси автоколлиматора. Ребро, образованное отражающими гранями, параллельно оси вращения столика. Плоское съемное зеркало установлено в первом положении перпендикулярно визирной оси автоколлиматора. Устройство содержит три перископа и второе угловое зеркало с углом между гранями, равным половине рабочего центрального угла многогранной призмы. Первый перископ создает оптическую связь автоколлиматора с первыми гранями призмы и углового зеркала. Второй перископ, второе угловое зеркало и третий перископ расположены последовательно, создавая оптическую связь автоколлиматора со смежной гранью призмы и второй гранью первого углового зеркала. Плоское съемное зеркало во втором положении параллельно смежной грани призмы и второй грани первого углового зеркала и размещено между ними и третьим перископом. Технический результат - повышение надежности и точности измерений при использовании сравнительно простого устройства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области геодезии, в частности к высокоточным измерениям для определения критических деформаций. Предложен способ высокоточных измерений инженерных объектов сканирующими лазерными системами (ЛИС) с применением программного обеспечения управления и обработки результатов по двум координатам в реальном масштабе времени и устройство для его осуществления. Сканирующий лазерный пучок задает опорное направление в реальном масштабе времени, используя математический аппарат, наиболее адаптированный к геодезическим измерениям и позволяющий производить одновременные равноточные измерения в нескольких точках исследуемого объекта, расположенных в створе. Технический результат - сокращение временных интервалов измерений, производимых в процессе длительного и непрерывного геодезического мониторинга, обеспечивая точность измерений на протяженных трассах и их отрезках. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ включает использование двух автоколлимационных теодолитов и многогранной зеркальной призмы, которую устанавливают в горизонтальной плоскости, совмещая ее центр с вертикальной осью вращения. Теодолиты наводят на грани многогранной призмы так, чтобы их визирные оси были на одном уровне с многогранной призмой и образовывали между собой угол 90°. При каждой j-ой установке, где j=1,2,…, n - количество граней призмы, вертикальной оси измеряют углы наклона соответствующих граней призмы при прямом и обратном направлении вращения оси. Значение углов считывают по вертикальному кругу теодолита при совмещении сетки теодолита с ее автоколлимационным изображением. Значения координат V1j, V2j вектора возмущений вертикальной оси рассчитывают по формуле: , а значения координат B1j, B2j вектора биений - по формуле: B1,j=xjпр -xjобр, B2,j=yjпр -yjобр, где: xj - значение угла наклона j-ой грани, соответствующей первому теодолиту, и измеренное им при прямом и обратном направлении вращения оси; yj - значение угла наклона j-ой грани, соответствующей второму теодолиту, и измеренное им при прямом и обратном направлении вращения оси. Технический результат - упрощение и уменьшение времени, необходимого на расчет возмущений и биений вертикальных осей. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для выверки и, в частности, к устройствам, которые могут быть использованы для выверки буровых установок с обеспечением правильного азимута бурения. Устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее блок головки, содержащий по меньшей мере пару лазерных излучающих устройств, расположенных на нем независимо друг от друга, причем каждое из лазерных устройств выполнено с возможностью перемещения только в одной плоскости и ориентировано по существу в противоположных направлениях относительно друг друга для задания плоскости выверки, крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и блок регулируемой длины для регулирования разделяющего расстояния между блоком головки и буровой штангой. Устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью использования для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков с использованием плоскости выверки. 4 н. и 21 з. п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения угла, крутки нити. В способе производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине, и перпендикуляром к нити, проведенном в плоскости картины из ее центра. Причем исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити, дифракционную картину от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования, а об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений 0-2π; по формуле где ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS. Технический результат - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности измерения, при одновременном упрощении процесса измерения. 4 ил.

Устройство предназначено для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и передачи направления на расстояниях до 100 метров и более. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. Лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление, расположены на каретке, которая имеет возможность перемещения по направляющим в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для исключения влияния ошибок направляющих на точность перемещения каретки в интересах передачи и сохранности стабильного базового направления на каретке дополнительно установлены уровень и прямоугольный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой. Вследствие этого нет необходимости изготовления точных направляющих. На подвижной каретке также устанавливают светоделитель для контроля расположения объектов с плоскими поверхностями. Заявленные в предлагаемом устройстве отличительные признаки позволяют осуществлять контроль и установку поверхностей сложной конфигурации, объектов больших размеров, расположенных на больших расстояниях, определять взаимный разворот разнесенных в пространстве объектов, осуществлять параллельный перенос и передачу на расстояние базового направления. При этом решаются технологические и метрологические задачи, которые ранее либо совсем не решались, либо выполнялись с недостаточной точностью. Например, появляется возможность осуществлять контроль и установку таких объектов, как зеркала Имитатора Солнечного Излучения, многоэлементные зеркала телескопов большого диаметра, составленные из отдельных зеркальных сегментов, осуществлять контроль соосности отверстий атомного реактора в труднодоступных местах в шахте глубиной более 13 метров. Технический эффект - простыми средствами и с высокой точностью (1 мкм/м) появляется возможность осуществлять передачу в пространстве по трем координатам стабильного базового направления, созданного кольцевой структурой лазерного луча. 3 ил.
Наверх