Автоколлиматор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 2 В 27/30 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕЛЬСТВУ Е.П.Коликна Трудоводарственныиенина ател ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВ(71) Белорусский ордегоКрасного Знамени госууниверситет им, В.И.Л(56) Авторское свидетельство СССРУ 547632, кл. С 01 С 1/00, 25.02,77.Авторское свидетельство СССРФ 832519, кл. С 02 В 27/30, 23,05.81,Метрология, 1979, Р 8, с. 21-24.(54)(57) АВТОКОЛЛИМАТОР, содержащийисточник излучения, поляризационныйпереключатель и светоделитель,формирующий два оптических канала,причем в первом канале установленыобъектив и трипель-призма, жесткосвязанная с объектом наблюдения, .фронтальная грань которой разделенана секторы, а также две фазовые пластины, одна из которых четвертьволновая, первый и второй линейные поляризаторы, расположенные перед соответствующими секторами фронтальнойграни трипель-призмы, а во второмоптическом канале установлено ррирующее устройство, о т л и чщ и й с я тем, что, с целью повьппения точности измерения и чувствительности, поляризационный переключтель установлен между объективом ЯО 11 4886 А и трипель-призмой, трипель-призма выполнена прямоугольной, а ее секторы образованы диагоналями фронтальной грани, причем первый и второй линейный поляризаторы установлены перед двумя симметричными относительно центра фронтальной грани секторами, а перед двумя другими секторами установлены фазовые пластины, выполненные четвертьволновыми, при этом оптические оси фазовых пластин сосо тавляют между собой угол 22,5 , а оси линейных поляризаторов 45 , регисторирующее устройство выполнено в виде фотоприемного устройства, выходом .подключенного к входам двухканальной фаэочунстаительной иэмерительной сне- Я мы, каждый канал которой состоит из щ избирательного усилителя, двух синхродетекторов, дифференциального уси" а лителя и датчика опорных сигналов поляризационного переключателя, причем вход избирательного усилителя подключен к выходу фотоприемного устройства, а выход избирательного усилителя - к первым входам синхродетекторов, вторые входы которых подключены к выходам датчика опорных сигналов поляризационного переключателя, а выходы синхродетекторов подключены к соответствующим входам дифференциального усили 1 11748Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для дистанционного определения углового положения удаленных объектов, 5Цель изобретения - повышение точности измерения и чувствительности,На фиг. 1 показана принципиальная схема автоколлиматора; на фиг. 2 - разрез А-А на Фиг. 1; на фиг, 3 - ход лучей в трипель-призме при косом падении световых лучей.Автоколлиматор содержит устанавливаемые на одном объекте источник 1 излучения, светоделитель 2, объек тив 3, поляризационный переключатель 4, выполненный в виде поляризатора, вращающегося с угловой скоростью д относительно оптической оси объектива, и регистрирующее устройство 5, включающее фотоприемное устройство 6, выполненное по позиционно- чувствительной схеме (ФППЧС) и двухканальную фазочувствительную измерительную схему, каждый канал которой состоит из избирательного усилителя 7(8),двух синхродетекторов 9 и 10 (11 и 12) с датчиками опорных сигналов 13(14), связанными с поляризационным переключателем 4, и диф Ференциального усилителя 15(16), а на другом объекте - отражающий элемент 17, выполненныч в виде трипельпризмы с прямыми двухгранными углами между отражающими гранями. 35 Фронтальная грань трипель-призмаразделена на четыре сектора 18 - 21линиями раздела АВ и С 0, проходящимичерез ее центр 0 и ориентированнымипод углом 45 к коллимационным осямОХи ОУ. Перед секторами 18 и 19 установлены соответственно линейныеполяризаторы 22 и 23, направленияпропускания которых составляют между 45собой угол 45 , а перед секторами 20и 2 1 - четвертьволновые фазовыепластинки 24 и 25, оптические осикоторых ориентированы одна к другойпод углом 22,550Автоколлиматор работает следующимобразом,При помощи источника 1 излучения,светоделителя 2, объектива 3 и вра щающегося поляризатора 4 Формируется 55коллимированный пучок световых лучей,плоскость поляризации которого вращается с угловой скоростью 1 Ф, и на 86правляется на отражающий элемент,выполненный в виде трипель-призмы 17,Часть этого пучка предварительнопроходит через поляризатор 22, сектор 18, последбвательно отражаетсяот трех граней трипель-призмы 17 ипокидает ее через сектор 19 и поляризатор 23, В то же время световойпоток, падающий на симметричный сектор 19, выходит из сектора 18 черезполяризатор 22;Так как направления пропусканияполяризаторов 22 и 23 составляютмежду собой угол 45", то оба отраженных пучка, смодулированных по плоскости поляризации, на выходе из поляризаторов будут модулированнымипо интенсивности с частотой 2 ю и фазой, отличающейся на 90.Амплитуды этих сигналов зависятот соотношения площадей рабочейапертуры трипль-призмы, экранированных поляризаторами 22 и 23,При нормальном падении световыхлучей на отражатель 17 центр его рабочей апертуры (на фиг. 2, пунктирные линии), совпадает с центром 0Фронтальной грани и, следовательно,с точкой пересечения линий разделаАВ и СР поляризаторов и Фазовых пластинок,В этом случае поляризаторы 22 и 23экранируют одинаковые площади рабочей апертуры трипель-призмы 17, поэтому секторы 18 и 19 возвращаютодинаковые световые потоки.При поворотах отражателя относительно оси ОУ на угол 02 центр 0рабочей апертуры смещается относительно центра 0 его фронтальной гранив плоскости ОХ на расстояние Й=Ьйр/3,где Ь - высота трипель-призмы,- угол преломления центрального луча в материале трипель-призмы,связанный с углом поворота 02 соотношением здп 9=п зп р, где п - показатель преломления материала призмы(Фиг. 3).Пропорционально величине смещения й изменяются и площади рабочейапертуры отражателя 17, экранируемыеполяризаторами 22 и 23.Например, при поворотах отражателя вокруг оси ОУ по часовой стрелкеплощадь рабочей апертуры, экранируемая поляризатором 23, увеличивается,а экранируемая поляризатором 22,уменьшается11748Площади рабочей апертуры отражателя, экранируемые фазовыми пластинками, при этом изменяются на одинаковую величину в сторону уменьшения ее.В соответствии с величиной поворота отражателя изменяются и световые потоки, возвращаемые через секторы 18 и 19. При этом разность световых потоков пропорциональна величинеугла поворота Оу а знак разности 1 Оуказывает на направление поворота,т.е. определяет знак угла 9 , Разность световых потоков, выходящихчерез секторы 20 и 21, не будетзависеть от угла О. 15Световые лучи, выходящие черезсекторы 18 и 19, распространяютсяпараллельно направлению падающегопучка. Они проходят поляризатор 4,попадают в объектив 3, формируя в его 20фокальной плоскости неподвижноеавтоколлимационное изображение,расположенное на оптическдй оси коллиматора, и регистрируются фотоприемным устройством 6, которое в этом 25случае. работает как обычный фотоприемник (центр изображения совпадает с точкой пересечения линий нулевой чувствительности фППЧС) . Сигналс выхода 6 усиливается избирательным ЗОусилителем 8, настроенным на частоту2 ы, и поступает в синхродетекторы 11и 12, где он перемножается с опорными сигналами. Опорные сигналы частотой 2 ы, сдвинутые по фазе относитель но друг друга на 90 , формируютсядатчиком 14, связанным с поляризатором 4.Постоянные составляющие выходныхсигналов синхродетекторов пропорциональны амплитудам световых потоков,возвращенных трипель-призмой черезсекторы 18 и 19 соответственно,Эти сигналы вычитаются дифференциальным усилителем 16, на выходе которого Формируется сигнал, пропорциональный углу поворота контролируемого объекта вокруг оси ОУ, а знак указывает на направление поворота,Аналогично другая часть светового 50потока, падающего на трипель-призму,проходит предварительно четвертьволновую фазовую пластинку 24, сектор 20,последовательно отражается от граней трипель-призмы и покидает ее 55через сектор 21 и фазовую пластинку 25. А световой поток,падающий насимметричный сектор 21, покидает 86 4призмы через сектор 20 и фазовуюпластинку 24. Как и в первом случае,амплитуды этих световых потоков являются мерой смещения центра рабочейапертуры отражателя.Разность световых потоков пропорциональна величине угла поворота 8,а знак разности указывает на направление поворота,Плоскости поляризации обоих отраженных пучков после прохождения фаэо.вых пластинок 24 и 25 вращаютсяс угловой скоростью ы, но в направлении, противоположном направлениювращения плоскости поляризации падающего пучка, а их фазы вращения сдвинуты относительно друг друга на 22,5 .Отраженные пучки возвращаютсяна первый объект также в направлении, параллельном направлению падающего пучка. При прохождении вращающегося поляризатора 4 на выходеиз него световые потоки становятсямодулированными по интенсивностис частотой 4 ы и фазами, отличающимися на 90, Далее они улавливаютсяобъективом 3, регистрируются фотоприемным устройством. Сигнал с выхода устройства 6 усиливается избирательным усилителем 7, настроеннымна частоту 4 ш, и поступает на входысинхродетекторов 9 и 10, на выходахкоторых формируются сигналы, пропорциональные световым потокам, возвращенным трипель-призмой через секторы 20 и 21 соответственно, Далееэти сигналы вычитаются дифференциальным усилителем 15 и на его выходеполучают сигнал, пропорциональныйвеличине угла 9,Знак выходного сигнала указываетна направление поворота объекта.Опорные сигналы для сипхродетекторов 9 и 10 частотой 4 ои фазами,отличающимися на 90 , вырабатываютося датчиком 13, связанным с поляризатором 4,В Формировании отраженного светового потока, используемого дляопределения углов коллимации, в автоколлиматоре участвует вся рабочаяапертура трипель-призмы, т.е, онаиспользуется с максимальной эффективностью,Увеличение энергии отраженногопотока приводит к увеличениюдальности действия прибора и повышению точности измерений,1174886 Точное определение углов наклона 81 и 8 объекта в пределах угловых размеров поля зрения объектива осуществляется при помощи ФППЧС по регистрации смещения автоколлимационного изображения,сФормированного светоФиг 1 л д иа Составитель С.Лукишовадактор Н.Гунько Техред М.Надь Корр р Е.Рошко су ам о к й и сква к Патент", г. Филиал ПП город, ул,Проектна аэ 5182/48 ВНИИПИ по 113035, Мраж 526арственнизобретеЖ, Р выми лучами, отраженными от участковфронтальной грани трипель-призмы,неэкранированных поляризаторамии фазовыми пластинками, на которыеможет быть нанесено отражающее покрытие, как от плоского зеркала. Подпис ноетета СССРкрытийнаб., д, 4/