Устройство для определения положения объекта

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ(57) Лзобретение относится ной технике, а именно к опр жения обьектов. Цель и повышение точности и наде ний за счет снижения чувств ройства,к деформации систе это о фокусирующая линза так, что ее оптическая ось визирной осью устройства, емник расположен в мерид скости изображения ист перпендикулярно визирной в сагиттальной плоскости, 4 едователэии и ин тит,8)М. 4623253,1986.о 1, 571, 151,ВО ДЛЯ ОПБЪЕКТА ДЕЛЕНИЯ тельные области 5 и 6 которых расположены соответственно в плоскостях меридионального и сагиттального иэображений источника света перпендикулярно этим изображениям (отрезкам Ь и Й),Отрезок Ь удален от линзы 2 на расстояние ах (фиг, 2), определяемое заданной разрешающей способностью д устройства. Разрешающая способность д устройства связана с позиционной чувствительностью линейной фоточувствительной схемы следующей зависимостью: Изобретенной технике, кектов. Цель изоб ие относитс пределению измеритель- .ожения обьретения - пов ти измерений тельности у стемы в цело ышениеза счет сстройс очно- ижева к сти и надежно ния чувстви ормации си ах дед - ра; ешающая способн устройс чувствите льной схе ежду точе ирующей от фокусир зиционная оточувствит сстояние м та 1 и фоку расстояние р.еэка Ь Л - и ейной ф а - р иком све а х -льность ли мы; чным источ линзой 2; ующей лин К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТПОЛОЖЕНИЯ О На фиг. 1 представлена схема устройства для определения положения объекта; на фиг, 2 - графическое изображение схемы измерений; на фиг. 3 - схема, поясняющая нахождение величины угла а; на фиг, 4 - схема, поясняющая формирование двух изображений источника света в виде отрезков прямой линии,Устройство (фиг, 1) содержит точечный источник 1 света, расположенный на визирной оси (01 - 04) устройства, на расстоянии а от него закреплена фокусирующая линза 2,1оптическая ось (02-02 ) которой составляет с визирной осью устройства угол а, и два фотоприемника 3 и 4, выполненных в виде линейной фоточувствительной схемы, например с зарядовой связью, светочувствик иэмерительеделению полозобретения жности измереительности устмы в целом, Для ориентирована образует угол с один фотоприиональной плоочника света оси, а другой - . ил.Удаленность отрезка з от фокусирующей линзы 2 равна:Лаах = - ,-.Угол й равен величине(фиг, 3):У180 л а где а - расстояние от фокусирующей линзы до точечного источника света;У - величина предмета радиуса а, которой соответствует меридиональный отрезок ХТ.Отрезок ХТ находится из соотношения: ХТ=а - а х,1где а - расстояние от фокусирующей линзы до плоскости параксиального изображения,Величина а находится по известной из геометрической оптики формуле;1 1 1 а где 1 - заднее фокусное расстояние линзы,Тогда после подстановки отрезок ХТ - +, аха+1Последовательность операций по нахождению угла а следующая:задать величины а, а х и г;рассчитать ХТ;путем расчета на ЭВМ (например; используя систему автоматизированного проектирования оптических систем ППП ОПАЛ ОС - ЕС или используя известный меридиональный инвариант Юнга, связывающий отрезки а и ах вдоль главного луча и позволяющий поэтому находить по заданному положению предмета положение меридионального изображения) определяют величину У предмета радиуса а, которой соответствует рассчитанный ранее меридианальный астигматический отрезок ХТ;по известной величине У предмета находим угол а.Величину расстояния а у, на которое от фокусирующей линзы устанавливается фотоприемник 4, определяют путем расчета на ЭВМ сагиттального астигматического от 35 Рассчитаем отрезок ХТ:- 6000 896,28ХТ -- 6000 + 896,28 720 = 333,678 ммТеперь определим величину предметаУ, имеющего радиус кривизны Яо = 6000 мм,которому соответствует меридианальныйастигматический отрезок ХТ = 333, 678 мм.Для этого составим задание для ЭВМ по45 расчету ХТ, взяв величину, заведомо большую, например соответствующую углу=45 О,В результате расчета получаем величины ХТ и ХЯ меридианальных и сагиттальных50 астигматических отрезков для пяти внеосевых пучков, распределенных по высотепредмета по корню квадратному: резка ХЯ и подстановки его величины в вы ражение:ау=а - ХЯили используют известный сагиттальный 5 инвариант Юнга, связывающий отрезки а иа у вдоль главного луча и благодаря этому позволяющий по заданному положению предмета находить положение сагиттального изображения.10 П р и м е р, Необходимо с расстояния(а) 6 м контролировать перемещение по двум взаимно перпендикулярным направлениям контрольной точки объекта в виде точечного источника света, причем разре шающая способность (д) устройства должна быть равна 0,01 мм.В качестве фотоприемников использовались приборы фоточувствительные с зарядовой связью, линейные 1200 ЦЛ 1 с 20 позиционной чувствительностью Л) в однудесятую долю элемента фотоприемника (0,0012 мм).По приведенной ранее формуле рассчитаем величину а х:а х -- 7200,01В качестве фокусирующей линзы возьмем склеенный двухлинзовый обьектив с хорошо исправленными абберрациями, 30 имеющий 1896,28 мм и следующие параметры:г 1 = 469,9 мм п 1=1г 2 = - 212,8 мм 01 = 4,0 мм п 2 = 1,5713 гз = - 5200,0 мм с 2 = 3,0 мм пз = 1,6179п 4=11620821 Видно, что необходимой нам величине ХТ соответствует предмет размером меньше 2980, 37524 мм (а= 280. 46). Задавшись Из результатов расчета следует, что необходимая величина ХТ (берется ХТ333,678 для сохранения заданной разрешающей способности д устройства) соответствует величине предмета У= =2528,93 мм, Подставляя это числовое значение в приведенную формулу, находим2528,93 180 24 о3,141 6000 Именно такой угол должна составлять оптическая ось фокусирующей линзы с визирной осью устройства. Первый фотоприемник должен быть установлен на расстоянии;ах=а - ХТ= 1053,67 - 327,75=725,92 мм, Второй фотоприемник устанавливается на расстоянии.а у=а - ХИ=1053,67 - 173,42 =880,25 мм Устройство работает следующим образом.От точечного источника 1 света (фиг. 4) исходит расходящийся пучок лучей, падающий на поверхность фокусирующей линзы 2, Ввиду того, что оптическая ось фокусирующей линзы составляет с визирной осью устройства угол а, условия прохождения лучей в плоскостях ХОУ и УОУ будут различными. Главный луч, относительно которого симметрично располагаются остальные лучи, не проходит через центр кривизны оптической поверхности, поэтому поверхность для этого пучка лучей имеет в направлениях Х 2 Х 2 и У 2 У 2 различные радиусы кривизны: гХ 2 Ф гУ 2. Выходящий волновой фронт,соответствующий этому пучку лучей, перестает теперь меньшей величиной предмета, например У= 2827, 433 мм (а = 27 ), произведем вычисление. В результате получим:25 быть сферическим. При этом лучи пучка,расположенные в плоскостях ХОЕ и УОЛ,пересекаются с главным лучом в различныхточках: 1 х и 1 у, Поперечное сечение пучкав промежутке между линзой и точкой 1 х30 имеет форму эллипса, большая ось которогорасположена в плоскости УОЛ. вследствиетого, что лучи Х 2 1 х (правый и левый), кото 1рыедолжны пересечься вточке 1 х, сближаются более быстро чем лучи у 21 у (верхний и35 нижний), которые пеоесекаются в более далекой точке 1 у.У точки 1 х поперечное сечение пучкавырождается в Отрезок прямой линии, расположенной в плоскости У 02, так как лучи Х 2 140 Х (правый и левый) пересекаются друг с другом и главным лучом в этом сечении, в товремя как лучи У 2 1 у (верхний и нижний)должны встретиться в точке 1 у, а в данномсечении они еще находятся на некотором45 расстоянии друг от друга,Аналогично поперечное сечение пучкалучей у точки 1 у превращаетсяв отрезокпрямой линии, расположенной в плоскостиХОЕ. Происходит это потому, что лучи Х 2 1 хпосле их пересечений в точке 1 х на протяжении пути 1 х/1 у успевают несколько разойтись, поменявшись при этом местами: луч,бывший до точки 1 х левым, становится после точки 1 х правым и наоборот. При пере55 мещении контролируемой тОчки сукрепленным на ней точечным источникомсвета по направлениям Х и У происходитперемещение отрезков 1 з и 14 по светочувствительным областям линейных позиционно-чувствительных фотоприемников 3 и(фиг, 1), производящих регистрацию этих перемещений,Формула изобретения Устройство для определения положения объекта, содержащее точечный источник света и расположенные вдоль визирной оптической оси устройства фокусирующую линзу и размещенные последовательно ортогонально друг другу линейные позиционно- чувствительные фотоприемники, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точно 1 б 20821сти и надежности измерений, фокусирующая линза ориентирована так, что ее оптическая ось образует угол а =У 185 л ас визирной осью устройства, где а - расстояние от линзы до источника света, У - длина дуги радиуса а от оптической оси линзы до источника света, один фотоприемник расположен в меридиональной плоскости изображения источника света перпендикулярно визирной оси, а другой - в сагиттальной плоскости,1 б 20821 Составитель Б,ЕвстратовТехред М,Моргентал Корректор О.Кравцо едактор Н,Горват каз 4237 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг Гагарина, 10