Введение к работе
Актуальность ьт.ослєуи. З ппоцзссз эксплуатации созромсн-кка оптические пс;;борн подвергаются интенсивно;.;-/ воздействию механических нагрузок, теплових поло:':, инбрацпіі п т.д. Приборы, используете п зкотрег.'.альнцх условиях, дол:-:::;а удовлетворять повкш-ппдл требования:.: к пядсулссти ;;х роботи. Требование постоянно": готовности оптического прибора к работе исключает лоз-.даглость регулировочных :: аьхзрочіах операции. Отим гр;.Совай 'ям .чсіглуча-тім обтазе:.: отвечают приборі;, обладающие Сі.о'іствс:.; ігростквствепноЛ пчг-арпаптносчн.
Под пространственно;: инвариантностью оптической снетегл подразумевается неизменность положения изсбтакешіл ил:; направлення дучг.уі яги сгец.еіши огттмчсскоГ; сістєг.'л или ее элементов. Оптігчесіта ігпоош, з к'отогнх пспзльзозапа пгострекетвепно-нн-вг.гнгктнзя оптическая схема, обладают повнцепноі; стабильностью тохгдч&сл'їх пара..^трод при ^з/хпических воздействиях, назизаю-.::;;: изменение положения оптических элементов.
Разрасотчпхп оптических еноте;,;, используя свой лгакпгче-::;і:;т опит, нптуютш, пго'їессисналг.чуп смекалку, создают пнибо-р:-;, облада:-жче свойствами пространственной инвариантности. К т.мекм системам :,:о:-:но отнести бесконтактную оптичєскуя лчче:іісу, чпвелкріі є компенсаторами, глалорасстраиващпеся дальномер5:. І;ее известнне оптические приборы, построенные по пространственно-инвариантным схемам, содержат только оптические детали -линзы, приемы, зеркала. Об иївариант.чь'х приборах, содертау.х оптико-электронные элементы, в литература не сообщается. Однако, их создание представляется весьма актуальной задаче!:, поскольку оптпко-слзктрочпые прибери позволяют автоматизировать пронесен измерений, а также расположить оптический прибор з опасных для человека внешних условиях. Сложность в данном случае представляют построение пространственно-инвариантно;: оптической системы, позволякк;ей'исключить влияние нестабильности электронных характеристик оптикс-электронних элементов, и достижение инвариантного'сопряжения оптической и оптнко-элект-
рОКНОІІ ЧЕСТИ СКСТЄІЯ .
Целью диссертационной работы является разработав ггеострэн-ственпо-инварнантннх оптических систем с оптико-электронными алиментами, создание пакета прибора па их основе и исследование
его работы, а такке разработка прострьксгк^.чо-пнГ'.арль!; іп.'Х схеї/і в оптических приборах, rx.s олії so сих гор ut прийнялись, но от их использования огидно тзя значительны;'! об'єкт із есере эксплуатации. Указанная цель достигается рз"!-н;;с'і,'. сле^ушкпх задач:
{. /наЛПЗ ПрОСТраНСТЗеШЮь HKEEpZLHThC-CT.'i суциствупцчх ие-расзтракзааккхся и калорасст:а'.:ва:о:п'Хся оптпчоских споті;,:.
-
Разработка принципов прострг.кс'ГЖ'їьоі! ішпсрк&птчост;, систем, содсгхащіх оптические н Сї;т.',ї:с-одьктгспі:ие эло;.:ент;;, риягі-!богкЕ способов достижения пространственной "шсф^нтпоети в лпгных системах,
-
Исследование возможности создания пространствемно-инва-рярн'гких оптико-элекгрошшх пгиборов для измерения дельности к углов ме*ду объектами.
']. Анализ яс'реиностсй рьзр&оотаышх гіространстябі:ію-;:і>и:<~ рпентнкх систем; методика компенсации отих погрешности".
.5. Создание .макетоз прострзпственно->нваркаитних зшлыюмо-роп и исследование их работа.
Иаучнак новизне работы заключается в следующем.
-
Ьпервий разработаны к создано оптпко-телевизиошше автоматические дальномера с кееткоЯ и переменной базой, обладай^ пространственной инвариантностью, нечувствительные к смещениям я поворотам элементов оптической систегш и взаимным разгюротам и смешениям камер дальномера.
-
Разработаны принципы и способи достижения пространство:}-: ной инвариантности систем, содержащих оптические и оптпко-злектронние элементы.
-
Разработаны оптические схеш гнодезнчаейьх приборов, обладающие свойствами пространственной кі:льс::г;;і'шссті:: схема оптико-телевизионного автоматического нивелира с внутренним отсчетом и схемы теодолитов с самоустеназливаше йся лнішєй визирования, в которых оптико-механический" компенсатор устраняет погрешность из-за наклона вертикальной оси прибора.
-
Разработан я создан прогтраястаешю-инварквнткнй объектив с ПХ-праекнкксм, яеетко соединенным с объективом, оптическая система которого позволяет осу*естзпть m>ias еняе .фокусного расстояния без нарушения пространственной инвариантности.
5. Проведен анализ погрешностей разработанных пространственно-инвариантных оптических схем н списены способы компенсации отих погрешностей.
Практическая ценность. Созданы конструкции оптико-тєлеви-эиснного дальномера, позволяющие производить измерение дистан-ции до объекта в автоматическом режима, не чувствительные к смешениям и поворотам оптических элементов и камер дальномера з целом, Fc-3pa50TaHH"e дальномеры предназначены для измерения дистанции в полеэкх условиях: в угльнкх пахтах, шахтах метро» полнте:-(« и епецетроя, в строительства, а также для проведения с, дои з узкзетях. Получен акт об использовании материалов г."й-огртации из организации ШИИТелевкдения.
Предлсзкснм способы достижения пространствелней иняарцент-нссти в системах, содержали::: оптико-электронные элементы. Предложен и реализован метод инвариантного сопряжения объектива и приемника лучистой энергии; разработана схема и создан объектив с г.естко соединенной с ним ПЗС-матрицей, обладающий сзоРстзами пространственное инвариантности.
Предложены пространственно-инвариантикк схемы геодезичз-ских приборов, пеззолясцке исклэчкть влияние наклона вертикальней- оси прибора на точность измерений. Проведен сравнительный анализ погрешностей классических теодолитов и теодолитов, построенных по пространственно-инвариантным схемам.
На.защиту выносятся следугдно погс"-:"-;т.
-
Использование пространственно-:'-:.вариантных схем в оптических и оптико-электронных измерительных приборах позволяет повысить точность измерений за счет нечувствительности системы к перемещениям ее элементп в пространство друг относительно Друга.
-
Инвариантное сопряжение оптической и электронной систем оцтикс-электреннего прибс^ра ыокет быть достигнуто посредством г.есткого соединения приемника излучения о объзктивом; построен-:'.:.?. така', образом объектив являьтся нечувствительным к взаимному перемещению аго компонентов.
-
Созданное макеты ептико-телеглзионнего автоматического у: ..'-номера являются нечувствительными к см?а;енкв элементов
оптической системы в пространстве; относительная погрешность измерения дальности макетам оптико-телевизионного автоматического дальномера составляет 0,05*0,1$.
4. Использование пространственно-инвариантной оптической схемы в углоизмерительных геодезических приборах позволяет исключить погрешности из-за наклона вертикальной оси прибора.
Апробация, работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ІУ и УІ Всесоюзном совещании "Оптические сканирующие устройства" (г.Барнаул, I9fcb,1990гг.), на Всесоюзном семинаре "Автоматизация проектирования оптических систем" (г.Москва, 1966г.>, на научно-техническом семинаре "Оптико-злактронные метода и средства в контрольно-измерительной технике" (г.косква, 1991г.), на научной конференции ППС ЛИТкО (г.Ленинград, 1929г.), а также на научных семинарах кафедры АКОП (СОП) ЛИТкО.'
Публ;-кациц. По результатам выполненных исследовании опубликовано 15 печатных работ, среди них 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 4-х глав и Заключения, изложенных на 166 страницах машинописного текста, включая 43 рисунка на 3S страницах и список литературы, состоящий из 67 наименоьаний, Приложение к диссертации на 17 страницах.