АВТОКОЛЛИМАТОР

Полезная модель относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использована для регистрации углового разворота зеркала относительно двух ортогональных осей, а также для оценки динамических характеристик поворотных зеркал.
Известен автоколлиматор для измерения плоских углов [Патент №2353960 RU МПК G02B 27/30, опубл. 27.04.009, Бюл. №12], содержащий осветитель, конденсор, марку, светоделитель, объектив, зеркало, фотоприемник и электронный блок обработки информации.
Признаки аналога совпадают со следующими признаками полезной модели: автоколлиматор включает корпус, источник света, конденсор, марку, объектив, фотоприемник, электронный блок обработки информации.
К недостаткам известного аналога можно отнести недостаточно широкий диапазон измерения углов.
Другим аналогом может служить цифровой двухкоординатный автоколлиматор с разрешением 0,001 угловой секунды [htt//ccd.apollophone.ru/tema.php], позволяющий одновременно регистрировать развороты зеркала относительно двух ортогональных осей в цифровой форме.
Признаки аналога совпадают со следующими признаками полезной модели: автоколлиматор включает корпус, источник света, диафрагму (метку) в форме креста, объектив, фотоприемник, электронный блок.
К недостаткам можно отнести недостаточно широкий диапазон измерения углов.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели по совокупности существенных признаков является цифровой двухкоординатный динамический автоколлиматор [Патент №2437058 RU, МПК G01B 9/00 опубл. 20.12.2011. Бюл. №35], содержащий корпус, источник света, крестообразную автоколлимационную марку, объектив, набор фотоприемников, КУБ-призму и электронный блок.
Признаки прототипа совпадают со следующими признаками полезной модели: автоколлиматор включает корпус, источник света, диафрагму с крестообразной автоколлимационной маркой, объектив, фотоприемники и электронный блок.
К недостаткам прототипа можно отнести недостаточно широкий диапазон измерения углов из-за больших потерь световой энергии при использовании КУБ-призмы.
Технический результат - расширение диапазона измерения - получен за счет того, что в автоколлиматор содержащий корпус, в котором размещены источник света, конденсор, диафрагма с крестообразной автоколлимационной маркой, объектив, фотоприемники и электронный блок, могут быть введены первое, второе, третье и четвертое плоские зеркала, расположенные в одной плоскости, каждое из которых установлено под углом 45° к главной оптической оси, при этом первое зеркало расположено в первом квадранте параллельно первой оси координат, третье зеркало размещено параллельно первому зеркалу и расположено в третьем квадранте, образованном первой и второй координатными осями с началом координат, лежащем на главной оптической оси, второе и четвертое зеркала установлены параллельно друг другу и симметрично размещены по обе стороны второй координатной оси и также симметрично относительно первой координатной оси.
При введении первого, второго, третьего, и четвертого плоских зеркал вместо КУБ-призмы достигается расширение диапазона измерения устройства за счет существенного снижения потерь световой энергии.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется двумя чертежами. На фиг.1 представлена оптическая схема автоколлиматора. На фиг.2 представлена плоскость анализа автоколлимационного изображения.
Автоколлиматор содержит корпус 1, источник света 2, конденсор 3, диафрагму 4 с крестообразной автоколлимационной маркой, объектив 5, фотоприемник 7, электронный блок 8, а также первое плоское зеркало 6, второе плоское зеркало 10, третье плоское зеркало 11, четвертое плоское зеркало 12. Отдельно расположен контролируемы элемент (зеркало) 9.
Фотоприемники (один из которых приведен на фиг. 1 и обозначен цифрой 7) расположены по периметру плоскости анализа изображений в фокальной плоскости объектива и предназначены для преобразования параметров изображения в электрический сигнал.
Электронный блок 8 может включать компьютер с соответствующим программным обеспечением для управления автоколлиматором и расчета угловых координат, соответствующих каждому отсчету.
Диафрагма 4 установлена в плоскости, оптически сопряженной с фокальной плоскостью объектива 5.
Автоколлиматор работает следующим образом. Источник света 2 освещает диафрагму 4 с крестообразной автоколлимационной маркой. Объектив 5 преобразует падающее на него излучение в параллельный пучок лучей, попадающих на контролируемый элемент (зеркало) 9. Отраженные от зеркала 9 лучи, пройдя объектив 5, отражаются от зеркал 6, 10, 11 и 12 и попадают на светочувствительные поверхности фотоприемников.
При нахождении зеркала 9 в положении, перпендикулярном оптической оси объектива 5, лучи света после отражения от зеркала 9 совершают свой путь в обратном направлении через объектив 5, зеркала 6, 10, 11, 12, попадают на фотоприемники и строят автоколлимационное изображение креста в плоскости анализа автоколлимационного изображения, при котором центр изображения креста совпадает с центром ортогональных координат плоскости анализа автоколлимационного изображения.
При повороте зеркала 9 на некоторый угол α, который необходимо измерить, отраженный от зеркала 9 пучок лучей пойдет обратно под углом 2α к оптической оси. Отразившись от зеркал 6, 10, 11 и 12, лучи света попадают на соответствующие фотоприемники. Сигналы с фотоприемников преобразуются в цифровой вид и поступают на компьютер с соответствующим программным обеспечением для управления автоколлиматором и расчета угловых координат положения зеркала 9.
В процессе обработки цифрового автоколлимационного изображения креста компьютер вычисляет линейные координаты центра ортогональных координат по алгоритму взвешенного суммирования, затем пересчитывает эти значения в угловые координаты с учетом результатов градуировки, которая выполняется с помощью внешнего углоизмерительного устройства.
Испытание устройства изделия показало возможность регистрации углов поворота контролируемого элемента (зеркала 9) в диапазоне ±7° вокруг первой оси XX и ±5° вокруг второй оси YY. В качестве фотоприемника был использован линейный фотоприемник на основе прибора с зарядовой связью и с количеством элементов не менее 2048 и размером элемента 13 мкм × 13 мкм. Разрешающая способность оптической схемы при этом достигает 5 угловых секунд. Применение высокоскоростных линейных фотоприемников позволяет проводить регистрацию углового положения контролируемого элемента с частотой до 20 кГц.
Таким образом, может быть осуществлена конструкция автоколлиматора с расширенным диапазоном измерений.
В настоящее время за рубежом выпускаются широкопольные автоколлиматоры (типа TA LF 100 - Германия, T 15 - США), диапазон измерения которых составляет ±3°.