ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКОГО ТАХЕОМЕТРА Российский патент 1997 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах тахеометров, светодальномеров или других приборов, например, для освещения пучком света прожектора, наблюдаемого зрительной трубой предмета, т.е. там, где необходимо обеспечить сведения пучков света двух и более оптических систем на любом заданном расстоянии по местности.

Построение диффузионного светодальномера с совмещенной приемопередающей системой резко снижает точность прибора из-за вредного влияния рассеянного света, возникающего в местах разделения оптических каналов и переотражения от внутренних стенок корпусных деталей из-за значительной разницы интенсивности передающего и приемного сигналов.

В приборах с разнесенными оптическими системами требуется максимально сблизить оптические оси передающего и приемного каналов для совмещения пучков света на отражающей поверхности, что особенно важно при измерении малых длин линий, реализуемых в прикладной геодезии.

Известен светодальномер (авт. свид. СССР N 1566216, кл. G 01 C 3/04), в котором приемный и передающий каналы разнесены. При наведении на цель наблюдательного канала и совмещения изображения визирной марки, полученного в приемном канале с объектом, оптическая ось лазерного излучателя также направлена на объект.

Параллельность оптических осей приемного и передающего каналов контролируется с помощью специального оптического блока коллиниарного переноса.

Известен также прибор, состоящий из теодолита и электрооптического дальномера (патент Швейцарии N 487392, кл. G 0 C 3/04).

В нем электрооптический дальномер с разделенным приемным и передающим каналами и визирным устройством установлен на штатном теодолите и вращается вместе с ним относительно вертикальной оси. Горизонтальные оси дальномера и теодолита разнесены и кинематически связаны между собой, что позволяет использовать зрительную трубу теодолита в качестве прицела дальномера.

Оптическая ось визирного устройства дальномера расположена в непосредственной близости от оптической оси передающего канала, это позволяет наводиться по эмиссионному отражению от цели.

Этот прибор получил дальнейшее развитие в светодальномере ДИОР 3002 Швейцарской фирмы "Wild Leitz" (проспект G1363 с, v. 88, Printed in Switzerland).

В этом приборе впервые решается задача повышения интенсивности диффузионно отраженного от предметов местности сигнала за счет сведения оптических осей в одну точку с помощью оптического клина.

Приемный и передающий каналы в приборе расположены рядом, а для совмещения пучков света на расстоянии 5-200 м на диффузионно отражающей поверхности перед передающим объективом закреплен согласующий клин с тремя зонами отклонения 5 и 15, третья зона без отклонения используется для измерения расстояний до 6 км по трипельпризменному отражателю.

Основным техническим препятствием, ограничивающим пределы измеряющих расстояний до диффузионно отражающих поверхностей при прочих равных условиях, является слабый принимаемый сигнал.

В приборе ДИОР 3002 передающий световой поток постоянно разделен на три части.

При таком построении прибора существенно уменьшается принимаемый сигнал при измерении всех длин линий, а при диффузном особенно, так как клинья 5' и 15' рассчитаны на два конкретных расстояния, а на остальных из 5-200 м принимаемый сигнал еще более уменьшается вследствие пространственного разнесения оптических осей приемного и передающего каналов.

Оптическая система светодальномера содержит наблюдательный оптический канал, включающий объектив, окуляр и окулярную сетку.

Передающий оптический канал имеет источник излучения, передающий объектив, перед которым размещен согласующий клин с дискретом 5' и 15', приемный оптический канал, имеющий приемный объектив, в фокальной плоскости которого установлен фотоприемник. Кроме того, в оптическую схему тахеометра ДИОР 3002 входит зрительная труба теодолита, включающая окуляр, сетку, фокусирующую линзу и объектив.

Для поиска поверхности, до которой измеряется расстояние, введена дополнительная оптическая система с узким видимым пучком света лазерная система, оптическая ось которой с помощью двух отклоняющих зеркал совмещена с оптической осью приемной системы.

Каждый канал в этом приборе автономен и в силу этого прибор имеет значительный вес и габариты, а также ограничена возможность измерения по диффузионному отражению длин линий, заданных дискретом согласующих клиньев, что значительно ограничивает его применение при топографических съемках местности.

Наиболее близкими по конструктивному исполнению следует считать "Геодезический прибор для электрооптического измерения расстояний и углов" (патент ГДР N 106701, кл. G 01 C 3/08), в котором приемопередающая оптика отделена от оптики для наблюдения. Объектив для модулированного излучения в этом приборе установлен под углом 90^o к объективу зрительной трубы, а перед каждым объективом установлена под углом 45^o частично зеркальная пропускающая свет оптическая перегородка; позади объектива для модулированного излучения установлены два отражателя, образующие крышу, ребро которой ориентировано под прямым углом к оптической оси объектива, а в фокусной точке объектива с одной стороны отражателя размещен источник модулированного излучения, а с другой стороны фотоприемник.

В этом приборе измерительный пучок света проходит одну половину объектива, а отраженный через другую, при этом световой пучок, который служит для наблюдения, проходит через селективную часть зеркальной оптической перегородки. Такое выполнение оптической системы требует мощного источника излучения для обеспечения достаточной интенсивности отраженного от отражателя цели сигнала и его регистрации фотопреобразователем.

Для устранения этих недостатков в предложенной оптической системе тахеометра приемный и визирный каналы совмещены; приемный объектив системы оптически сопряжен посредством светоделительной призмы с регистрирующим фотоприемником и сеткой нитей окуляра зрительной трубы, а передающий оптический канал, включающий излучатель и передающий объектив, отделен и смонтирован на качающемся (поворотном) в сторону приемного объектива корпусе.

Передающая оптическая система наклоняется до совмещения световых пучков передающей и приемной оптической систем с помощью кинематической связи от фокусирующей линзы зрительной трубы, что обеспечивает синхронное наведение зрительной трубы и передающего канала на одну и ту же точку местности на заданном расстоянии.

Кинематическая связь между продольным перемещением фокусирующей линзы зрительной трубы и наклоном корпуса передающей системы дальномера может быть любая. Для примера рассмотрим устройство наклона корпуса передающей системы с помощью коромысла, один конец которого опирается на корпус передающей системы, а другой на копир, закрепленный на кремальере зрительной трубы.

На чертеже представлена принципиальная оптико-кинематическая схема предлагаемого электронного тахеометра (зрительная труба и дальномерная часть).

Она содержит:
визирную оптическую систему, включающую объектив 1, светоделительный блок 2, фокусирующую линзу 3, оборачивающую систему 4, сетку 5, окуляр 6;
передающую оптическую систему светодиод (излучатель) 7, шторку 8, передающий объектив 9;
приемную оптическую систему приемный объектив 1, светоделительный блок 2, призму 10, аттенюатор 11, фильтр 12, световод 13, фотодиод 14;
систему оптического короткого замыкания (ОКЗ), включающую: светодиод 7, шторку 8, призму 15, линзу 16, световод 17, линзу 18, аттенюатор 11, фильтр 12, световод 13, фотодиод 14;
кинематическую схему, содержащую: рукоятку 19, кремальеру 20, ползунок 21, оправу линзы 22, копир 23, толкатель 24, коромысло 25 с осью вращения 26, упор 27, корпус передающей оптической системы 28, плоскую пружину 29, резиновую прокладку 30.

Кинематическая схема обеспечивает связь между фокусирующей линзой 3 и передающей оптической системой. Вращением рукоятки 19 оператором при наведении зрительной трубы на резкое изображение наблюдаемого на местности предмета, до которого измеряется расстояние, автоматически совмещает световой пучок дальномерного канала с наблюдаемым в зрительную трубу предметом.

Рукоятка 19 жестко связана с кремальерой 20 и при вращении посредством ползуна 21 перемещает вдоль оси оправу 22 и фокусирующую линзу 3.

На кремальере 20 закреплен копир 23, имеющий форму конического кольца, на образующей поверхности которого выполнена направляющая спиральная канавка. Коромысло 25 с помощью оси 26 закреплено на корпусе зрительной трубы и одним концом через толкатель 24 опирается на копир 23, а вторым под действием пружины 29 упором 27 на поворотный корпус 28 передающей оптической системы дальномера (передатчик).

Корпус 28 передатчика закреплен на корпусе зрительной трубы с помощью плоской пружины 29, что обеспечивает возможность наклона передатчика в направлении визирной оси зрительной трубы. Наклон передатчика может быть обеспечен и другим устройством, например, обычной осью вращения с подпружиненным в сторону копира устройством.

Резиновая прокладка 30 служит для герметизации прибора. Для обеспечения наведения зрительной трубы и передающей системы дальномера на одну и ту же точку местности величина подъема копира 23 согласована с перемещением фокусирующей линзы 3 длинами плеч коромысла и расстояниями между осями зрительной трубы и передающей системы, а также расстояниями между упором 27 и осью поворота передающей системы и при равенстве плеч коромысла находится в следующей зависимости:

где α величина подъема копира;
а расстояние между осями зрительной трубы и передатчиком;
б расстояние от прибора до измеряемого предмета местности;
в расстояние от оси вращения передатчика до упора 27.

При разных длинах плеч коромысла величина a соответственно корректируется.

Если перемещение фокусирующей линзы конструктивно не обеспечивается одним оборотом кремальеры, копир изготавливается в виде конического кольца, на образующей поверхности которого выполнена направляющая спиральная канавка.

Максимальная величина подъема копира рассчитывается по минимальному расстоянию до измеряемого предмета на местности.

При измерении дистанции зрительную трубу фокусируют на предмет вращением маховичка 19 кремальеры 20.

Одновременно на ту же точку наводится центр светового пятна излучателя передающей системы светодальномера. Наведение производится наклоном корпуса передатчика с помощью копира 23 и коромысла 25.

Поворотная шторка 8 устанавливается в одном из двух положений. В положении "дистанция" она перекрывает систему ОКЗ. Пучок лучей от излучателя 7 через объектив 9 направляется на отражатель (диффузно-отражающую поверхность местности), расположенный в точке наведения зрительной трубы.

Отраженный световой поток принимается объективом 1 и фокусируется в плоскости входного торца световода 13 и с помощью световода передается на фотодиод 14. Спектроделительный блок 2 на склеенной грани имеет покрытие, позволяющее разделить отраженный поток свата на видимую составляющую и направляемую в окуляр 6 и ИК-область, направляемую в фотоприемное устройство.

Призма 10 работает как зеркало, т.е. отклоняет световой поток на 90^o. Интерференционный фильтр 12 служит для выделения из принятого излучения полезного сигнала, т.е. для снижения уровня световых помех.

Поворотный аттенюатор с переменным коэффициентом ослабления ослабляет принятый с дистанции сигнал до уровня, близкого к уровню сигнала системы ОКЗ.

При переключении шторки 8 в положение "ОКЗ" пучок лучей от излучателя 7 призмой 15, линзами 16, 18 и световодом 17 направляется в плоскость входного торца световода 13 и далее на фотодиод 14. При этом световой поток проходит также интерференционный фильтр 12 и аттенюатор 11. Аттенюатор 11 в зоне пучка ОКЗ ослабляет световой поток равномерно, т.е. принимаемый сигнал не регулируется.

Использование: в оптических системах геодезических приборов. Сущность изобретения: объективы приемного и наблюдательного каналов тахеометра выполнены в виде одного объектива, а объектив передающего канала установлен с возможностью наклона и пересечения его оптической оси с оптической осью объектива приемного и наблюдательного каналов в осевой точке плоскости предметов синхронно с перемещением фокусирующей линзы зрительной трубы, перед которой установлена светоделительная кубпризма, расположенная с возможностью оптического сопряжения фотоприемника и плоскости изображения зрительной трубы. Причем фокусирующая линза зрительной трубы может быть кинематически соединена с копиром, выполненным в виде усеченного конуса с винтовой направляющей канавкой на его образующей поверхности, с которой контактирует подпружиненный упор коромысла, кинематически связанный с передающим объективом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптическая система электронно-оптического тахеометра, содержащая наблюдательный канал, включающий зрительную трубу, содержащую объектив, фокусирующую линзу и окуляр, приемный канал, содержащий второй объектив и фотоприемник, и передающий канал, содержащий источник излучения и передающий объектив, отличающаяся тем, что объективы приемного и наблюдательного каналов выполнены в виде одного объектива, а объектив передающего канала установлен с возможностью наклона и пересечения его оптической оси с оптической осью объектива приемного и наблюдательного каналов в осевой точке плоскости предметов синхронно с перемещением фокусирующей линзы зрительной трубы, перед которой установлена светоделительная кубпризма, расположенная с возможностью оптического сопряжения фотоприемника и плоскости изображения зрительной трубы. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что фокусирующая линза зрительной трубы кинематически соединена с копиром, выполненным в виде усеченного конуса с винтовой направляющей канавкой на его образующей поверхности, с которой контактирует подпружиненный упор коромысла, кинематически связанный с передающим объективом.