ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, СЕТКА НИТЕЙ, ВСТРОЕННАЯ В ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, И СПОСОБ РАЗВЕДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2019 года по МПК G01C15/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к оптическому устройству, имеющему функцию измерения расстояния. Кроме того, настоящее изобретение относится к сетке нитей, встроенной в оптическое устройство. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу разведки с использованием оптического устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В патентном документе 1 (JP 2009-092419 А) раскрыто оптическое устройство, которое может определять центральные координаты столбчатого тела, такого как вспомогательная стойка, или столбчатой конструкции. Данное оптическое устройство содержит зрительную трубу. В зрительной трубе имеется сетка нитей. На сетке нитей вокруг оптической оси начерчена концентрическая масштабная сетка, имеющая множество кругов или дуг. Задача использования указанного оптического устройства не ограничена. Например, когда центральные координаты столбчатого тела измеряют с использованием данного оптического устройства, круг, имеющий диаметр, приближенный к диаметру столбчатого тела (изображения), спроецированного на сетку нитей, сначала вписывают или по существу вписывают в столбчатое тело (изображение). Далее измеряют расстояние от оптического устройства до столбчатого тела и направление столбчатого тела от оптического устройства. Далее определяют центральные координаты столбчатого тела с использованием измеренных расстояния и направления и известной информации (в особенности, заданных координат (опорных координат) оптического устройства и радиуса столбчатого тела).

[0003] Как описано выше, для определения центральных координат столбчатого тела с использованием оптического устройства, раскрытого в патентном документе 1, правую и левую грани столбчатого тела необходимо спроецировать на сетку нитей. Однако зрительная труба, используемая в обычном геодезическом приборе (тахеометре), имеет очень узкий угол обзора (например, приблизительно 1 градус). Таким образом, когда геодезический прибор находится рядом со столбчатым телом, часть этого столбчатого тела видна через линзу окуляра (т.е. часть столбчатого тела проецируется на сетку нитей в виде изображения), другими словами, сложно позволить включить правую и левую грани столбчатого тела в одно изображение в одно и то же время. По этой причине для того, чтобы геодезический прибор или т.п. удовлетворял вышеописанному требованию, столбчатое тело должно иметь достаточно небольшой размер или геодезический прибор должен сохранять достаточное расстояние от столбчатого тела. Однако, когда для определения состояния вбиваемой сваи (т.е. для определения, вбита ли свая надлежащим образом в подходящем месте или же нет) измеряют центральные координаты сваи, которая представляет собой цилиндрическую конструкцию, выполняющую функцию фундамента здания, геодезический прибор должен быть расположен на расстоянии приблизительно в 30 метров или более от сваи, поскольку свая в целом имеет внешний диаметр в приблизительно 30 сантиметров или более. Однако на строительной площадке, на которой сконцентрированы здания, имеются случаи, в которых геодезический прибор не может сохранять достаточное расстояние от сваи. В частности, в последние годы высотные здания часто изготавливают на участке, в котором сконцентрированы здания. В данном случае достаточно сложно определить центральные координаты сваи с большим диаметром, превышающим один метр.

ДОКУМЕНТ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЙ ДОКУМЕНТ

[0004] Патентный документ 1: JP 2009-092419 А

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО РЕШИТЬ В НАСТОЯЩЕМ ИЗОБРЕТЕНИИ

[0005] При вышеописанных обстоятельствах существует потребность в устройстве и способе, выполненных с возможностью обеспечения простого и несложного измерения центральных координат столбчатого тела даже того, когда устройство не может сохранять достаточное расстояние от столбчатого тела.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0006] Для решения данной задачи настоящее изобретение направлено на оптическое устройство (10), имеющее функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси (18) зрительной трубы (16), и содержащее:

сетку нитей (44), зафиксированную в зрительной трубе (16) и имеющую правую и левую опорные метки (56), выполненные по обеим сторонам оптической оси (18) и в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси (18) в горизонтальном направлении, и

расчетную часть (32), выполненную с возможностью расчета центральных координат цилиндрической конструкции (90) с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства (10), координат (x_b, y_b) точки (P₁) на цилиндрической конструкции (90), видимой на оптической оси (18) в состоянии, в котором только одна из правой и левой опорных меток (56)совпадает с гранью (91) цилиндрической конструкции (90), а оптическая ось (18) расположена на поверхности цилиндрической конструкции (90), а также с использованием угла (θ) апертуры между оптической осью (18) и опорной меткой (56)и радиуса (r) цилиндрической конструкции (90).

[0007] Настоящее изобретение также направлено на обеспечение сетки нитей (44), зафиксированной в зрительной трубе (16) оптического устройства (10), имеющего функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси (18) зрительной трубы (16), и включающей правую и левую опорные метки (56), выполненный по обеим сторонам от оптической оси (18) в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси (18) в горизонтальном направлении, причем

оптическое устройство (10) имеет функцию расчета центральных координат цилиндрической конструкции (90) с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства (10), координат (x_b, y_b) точки (P₁) на цилиндрической конструкции (90), видимой на оптической оси (18) в состоянии, в котором только одна из правой и левой опорных меток (56) совпадает с гранью (91) цилиндрической конструкции (90), а оптическая ось (18) расположена на поверхности цилиндрической конструкции (90), а также с использованием угла (θ) апертуры между оптической осью (18) и опорной меткой (56) и радиуса (r) цилиндрической конструкции (90).

[0008] Настоящее изобретение направлено на обеспечение способа разведки, включающего:

подготовку оптического устройства (10), которое имеет функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси (18) зрительной трубы (16), и которое содержит сетку нитей (44), зафиксированную в зрительной трубе (16) и имеющую правую и левую опорные метки (56), выполненные на обеих сторонах оптической оси (18) и в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси (18) в горизонтальном направлении,

обеспечения совпадения только одной из правой и левой опорных меток (56)с одной из граней (91) цилиндрической конструкции (90) и позиционирование оптической оси (18) на поверхности цилиндрической конструкции (90), и

расчет центральных координат цилиндрической конструкции (90) с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства (10), координат (x_b, y_b) точки (P₁) наблюдения на цилиндрической конструкции (90), видимой на оптической оси (18), а также угла (θ) апертуры между оптической осью (18) и опорной меткой (56) и радиуса (r) цилиндрической конструкции (90).

[0009] Сетка нитей (44) предпочтительно имеет множество кругов (55), выполненных вокруг оптической оси (18), используемой в качестве центра.

[0010] Заданное расстояние предпочтительно соответствует приблизительно 0,01 радиан.

[0011] Каждый из кругов (55) предпочтительно имеет радиус, превышающий заданную длину δ в n раз (n: целое число).

[0012] Заданная длина δ предпочтительно соответствует приблизительно 0,001 радиан.

[0013] Круги 55 предпочтительно содержат опорный круг, имеющий радиус, превышающий заданную длину δ в 10 раз, при этом опорные метки (56) касаются опорного круга.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ДОСТИГАЕМЫЕ НАСТОЯЩИМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0014] Согласно настоящему изобретению, центральные координаты цилиндрической конструкции могут быть просто и легко измерены и быстро определены для исправления наклона цилиндрической конструкции при необходимости путем обеспечения совпадения только одной из правой и левой опорных меток с гранью цилиндрической конструкции и позиционирования оптической оси на поверхности цилиндрической конструкции даже на участке, в котором любые из кругов, выполненных на сетке нитей, не могут быть вписаны в обе грани цилиндрической конструкции.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] На фиг. 1 показан перспективный вид одного из вариантов реализации оптического устройства согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 показана структурная схема, иллюстрирующая конструкцию и функции оптического устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 3 показан вид в разрезе, схематически иллюстрирующий конструкцию зрительной трубы оптического устройства, показанного на фиг. 1.

На фиг. 4 показан увеличенный вид сверху сетки нитей, показанной на фиг. 3.

На фиг. 5 показан увеличенный перспективный вид сетки нитей, показанной на фиг. 3.

На фиг. 6 показана схема, иллюстрирующая конструкцию части для измерения расстояния.

На фиг. 7 показано изображение, иллюстрирующее особенности части ввода и отображающей части, показанных на фиг. 1.

На фиг. 8 показано изображение, иллюстрирующее ситуацию, в которой цилиндрическая конструкция коллимирована с использованием оптического устройства.

На фиг. 9 показано изображение для пояснения процесса определения центральных координат цилиндрической конструкции.

На фиг. 10 показано изображение для пояснения процесса определения центральных координат цилиндрической конструкции в дополнение к фиг. 9.

На фиг. 11 показано изображение для пояснения процесса определения центральных координат цилиндрической конструкции в дополнение к фиг. 9 и 10.

На фиг. 12 показано изображение для пояснения процесса определения центральных координат цилиндрической конструкции в дополнение к фиг. 9-11.

На фиг. 13 показан увеличенный вид сверху сетки нитей согласно еще одному варианту реализации.

На фиг. 14 показан увеличенный перспективный вид сетки нитей согласно еще одному варианту реализации.

На фиг. 15 показан увеличенный вид сверху сетки нитей согласно еще одному варианту реализации.

На фиг. 16 показано изображение для пояснения способа определения центральных координат конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0016] Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи будет описано оптическое устройство согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что в описании и формуле изобретения указанное «оптическое устройство» содержит зрительную трубу, коллимирующее устройство, содержащее зрительную трубу, и оптическое устройство, имеющее коллимирующую функцию и функцию по измерению расстояния. «Цилиндрическая конструкция» содержит конструкцию, имеющую цилиндрическую периферийную поверхность (которая может иметь или может не иметь внутреннюю полую часть), например архитектурное сооружение, техническое сооружение или сваю, которая должна быть вбита в грунт. Нет необходимости в том, чтобы цилиндрическая конструкция имела однородный внешний диаметр и имела цилиндрическую структуру, отличающуюся в части внешнего диаметра от одного места к другому месту (например, структуру, имеющую форму конуса, форму усеченного конуса или тыквообразную форму).

[0017] «1-1: Оптическое устройство»

На фиг. 1 показано лазерное оптическое устройство 10 (тахеометра), представляющее собой один из вариантов реализации оптического устройства согласно настоящему изобретению. Как и в случае с обычным оптическим устройством, оптическое устройство 10 содержит основание 12, которое прикреплено с возможностью открепления и установлено на треногой подставке, которая не показана на фиг. 1, основную часть 14, прикрепленную к основанию 12 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси (Z оси), и зрительную трубу 16, прикрепленную к основной части 14 с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси (X оси), являющейся ортогональной по отношению к вертикальной оси (Z оси). Оптическая ось (Y ось) 18 зрительной трубы 16 проходит через точку пересечения вертикальной оси (Z ось) и горизонтальной оси (X ось). Здесь и далее точка пересечения этих трех осей, а именно вертикальной оси (Z оси), горизонтальной оси (X оси) и оптической оси (Y оси), называется опорной точкой Р₀, опорными координатами или заданными координатами. Оптическое устройство 10 дополнительно содержит измерительные средства или измерительный блок (обозначен ссылочным номером 20 на фиг. 2), который измеряет расстояние от объекта (не показан), коллимированного зрительной трубой 16, и угол подъема (т.е., угол между горизонтальной осью X и оптической осью 18 в вертикальной плоскости) зрительной трубы 16 в момент времени, в который измеряют расстояние. В данном варианте реализации оптическое устройство 10 содержит часть 22 ввода для ввода данных, необходимых для разведки, а также отображающую часть 24, которая отображает результаты разведки или т.п., и часть 26 вывода, которая выдает входные данные из части 22 ввода и данные с результатами разведки на другое устройство (например, компьютер 28).

[0018] На фиг. 2 показана структурная схема, иллюстрирующая конструкцию оптического устройства 10 с функциональной точки зрения. Как показано на чертеже, оптическое устройство 10 содержит управляющий блок 30. Управляющий блок 30 электрически соединен с измерительным блоком 20, частью 22 ввода, отображающей частью 24 и частью 26 вывода. Как будет описано более подробно далее, управляющий блок 30 всесторонне управляет измерительным блоком 20, частью 22 ввода, отображающей частью 24 и частью 26 вывода. Управляющий блок 30 имеет расчетную часть 32, которая рассчитывает центральные координаты цилиндрической конструкции, и запоминающую часть 34, которая хранит программы и данные, необходимые для расчета. Несмотря на то, что это не показано, оптическое устройство 10 содержит иные компоненты, необходимые для разведки, например нивелир и часть для измерения угла.

[0019] «1-2: Зрительная труба»

На фиг. 3 схематически показана конструкция зрительной трубы 16. Как показано на чертеже, зрительная труба 16 имеет оправу 36, в которой размещены объектив 40, оборачивающая призма 42, сетка 44 нитей (пластина для проецирования) и окуляр 46 в данном порядке вдоль оптической оси 18 от стороны объекта к стороне оператора, осуществляющего разведку (на чертеже, от левой стороны к правой стороны), так что коллимированное изображение объекта формируется на сетке 44 нитей через объектив 40 и оборачивающую призму 42. Это позволяет оператору 48 наблюдать изображение объекта с увеличением через окуляр 46.

[0020] «1-3: Сетка нитей и калибры»

На фиг. 4 и 5 показана сетка 44 нитей. В данном варианте реализации сетка 44 нитей сформирована путем наслаивания подложек 50 и 51 из оптического кварца. Верхняя поверхность нижней кварцевой подложки 50 или нижняя поверхность верхней кварцевой подложки 51 имеет масштабную сетку 52, образованную методом фотолитографии таким образом, что она имеет рисунок, который будет описан далее. В частности, способ черчения масштабной сетки 52 не накладывает ограничение.

[0021] В данном варианте реализации масштабная сетка 52 имеет горизонтальную ось (линию) 53 и вертикальную ось (линию) 54, которые пересекаются в правом углу на оптической оси 18, и множество концентрических кругов 55 (далее называются «калибрами»), выполненных вокруг оптической оси 18, используемой в качестве центра. В данном варианте реализации круги представляют собой идеальные круги, однако они могут представлять собой и неидеальные круги, выполненные в виде сегментов кругов или дуг. В данном варианте реализации калибры, выполненные сплошными линиями, и калибры, выполненные пунктирными линиями, являются взаимозаменяемыми, однако при этом все калибры могут быть выполнены сплошными линиями или пунктирными линиями. Радиус каждого из калибров 55 имеет целое значение, кратное заданной опорной длине δ. В данном варианте реализации, показанном на чертежах, масштабная сетка 52 имеет четырнадцать калибров 55, радиусы которых составляют от δ до 14δ. Однако для предотвращения усложнения чертежей калибр, имеющий наименьший радиус (δ), не показан на чертежах.

[0022] Масштабная сетка 52 дополнительно имеет опорные метки, нанесенные на правой и левой сторонах оптической оси 18 таким образом, что они параллельны вертикальной оси 54 и касаются калибра 55а (опорного круга), имеющего радиус в 10δ. В данном варианте реализации опорные метки представляют собой вертикальные линии 56, которые проходят в продольном направлении параллельно вертикальной оси 54.

[0023] Опорная длина δ составляет 0,226 мм на сетке 44 нитей. Это расстояние соответствует углу апертуры (т.е. углу между оптической осью и линией, которая пересекается с оптической осью), составляющему приблизительно 0,001 радиан. Например, когда наблюдается точка, которая находится на вертикальной плоскости в 10 м от опорной точки Р₀ оптического устройства вдоль оптической оси 18 и которая находится в 10 мм от оптической оси 18, эта точка видна на концентрическом круге, имеющем наименьший радиус δ. Калибр, радиус каждого из концентрических кругов, а также угол апертуры (выражен в градусах и радианах) между линией (касательной), соединяющей опорную точку с каждым из концентрических кругов, и оптической осью, показаны в таблице 1.

[0024] «1-4: Измерительный блок»

Как показано на фиг. 2, измерительный блок 20 содержит часть 62 для измерения расстояния, которая измеряет расстояние по наклону между объектом, колимированным зрительной трубой 16, и опорными координатами Р₀, и содержит часть 64 для измерения угла, которая измеряет азимутальный угол зрительной трубы 16. При реальной разведке измеряют угол подъема зрительной трубы 16, а расстояние рассчитывают с учетом этого угла подъема. Однако для упрощения пояснения допускают, что следующую операцию выполняют в состоянии, в котором оптическая ось 18 зрительной трубы 16 ориентирована в горизонтальном направлении. Кроме того, следующая операция по определению центральных координат цилиндрической конструкции может быть осуществлена в состоянии, в котором зрительная труба находится в горизонтальном положении или почти горизонтальном положении. Таким образом, считается, что отсутствует какая-либо проблема, связанная с таким ограничением.

[0025] Как показано на фиг. 6, часть 62 для измерения расстояния содержит излучатель 68 света (лазер), который излучает лазерный луч 57, например лазерный диод, расчетное устройство 72, которое рассчитывает расстояние L (см. фиг. 3) от точки P₁ наблюдения (точки лазерного излучения) объекта 100 до опорной точки Р₀ на основании времени от излучения лазерного луча 57 до приема лазерного луча, отраженного от объекта, а также содержит оптическую систему 74, которая направляет лазерный луч 57, излученный излучателем 68 света, на объект вдоль оптической оси 18 зрительной трубы 16, и которая направляет лазерный луч 57, отраженный от объекта, вдоль оптической оси 18 на приемник 70 света. Как показано на чертеже, призма 42, составляющая часть оптической системы 74, находится внутри зрительной трубы 16 таким образом, что траектория лазерного луча 57 совпадает с оптической осью 18 зрительной трубы 16. Следует отметить, что способ расчета расстояния частью 62 для измерения расстояния не ограничен способом, использующим время от излучения света до его приема. Например, расстояние может быть рассчитано с использованием разности фаз между ними.

[0026] «1-5: Часть ввода»

Как показано на фиг. 7, часть 22 ввода имеет множество клавиш, таких как функциональные клавиши 78, клавиши цифровой клавиатуры 80, клавиши 82 для управления курсором и клавишу 84 ввода. В данном случае функциональные клавиши 78 используют для задания инструкции о начале измерения, которое будет описано далее. Кроме того, клавиши цифровой клавиатуры 80 используют для ввода калибра, считанного с масштабной сетки 52 сетки 44 нитей.

[0027] «1-6: Отображающая часть»

Согласно фиг. 1 отображающая часть 24 содержит жидкокристаллический дисплей. На жидкокристаллическом дисплее отображают информацию, такую как значения, измеренные измерительным блоком 20 (например, расстояние, угол подъема и азимутальный угол), калибр, введенный с помощью клавиш цифровой клавиатуры 80, и результаты расчета, полученные расчетной частью 32.

[0028] «1-7: Часть вывода»

Часть 26 вывода выдает различную информацию (например, результаты измерений), отображаемую на отображающей части 24, или различную информацию, не отображаемую на отображающей части 24 (например, данные разведки, хранящиеся в оптическом устройстве) на компьютер 28, соединенный с частью 26 вывода.

[0029] «2-1: Расчет центральных координат»

Ниже будет описан процесс определения центральных координат цилиндрической конструкции большого калибра (например, цилиндрической сваи большого калибра) с использованием оптического устройства 10. Данный процесс будет описан при условии, что, как показано на фиг. 8, цилиндрическая конструкция 90 имеет большой диаметр, в результате чего цилиндрическая конструкция 90 не проецируется на сетку 44 нитей всей своей шириной. В данном случае, как показано на чертеже, оператор позволяет одной из вертикальных линий 56 сетки 44 нитей (на чертеже правая вертикальная линия) совпадать с гранью 91 цилиндрической конструкции 90 в состоянии, в котором оптическая ось 18 расположена на периферийной поверхности цилиндрической конструкции 90. В дальнейшем в этом состоянии для измерения расстояния от опорной точки Р₀ до точки P₁ наблюдения (которая соответствует точке В, которая будет описана далее со ссылкой на фиг. 9-12) на оптической оси 18, расположенной на периферийной поверхности цилиндрической конструкции 90, оператор надлежащим образом нажимает клавишу части 22 ввода (клавишу начала замера расстояния). Измеренное расстояние подают в расчетную часть 32 в управляющем блоке 30. Расчетная часть 32 определяет координаты точки P₁ наблюдения на основании измеренного расстояния L, координат опорной точки Р₀, азимутального угла зрительной трубы 16 (оптической оси 18) и т.д. В дальнейшем оператор надлежащим образом нажимает клавишу (клавишу для расчета центральной координаты) части 22 ввода. Это позволяет расчетной части 32 рассчитать центральные координаты цилиндрической конструкции 90 на основании результата расчета, который будет описан далее, с использованием координат опорной точки Р₀, координат точки P₁ наблюдения, диаметра (известного) цилиндрической конструкции 90 и угла (10δ) апертуры между оптической осью 18 и вертикальной линией 56. При необходимости, рассчитанные центральные координаты отображают на отображающей части 24. Центральные координаты цилиндрической конструкции 90 могут быть просто рассчитаны путем нажатия на клавишу начала замера расстояния в состоянии, в котором вертикальная линия 56 сетки 44 нитей совпадает с гранью 91 цилиндрической конструкции 90 без нажатия на клавишу для расчета центральной координаты (т.е. просто путем нажатия одной клавиши).

[0030] Ниже будет описан способ расчета центральных координат цилиндрической конструкции. Следует отметить, что для упрощения пояснения способ будет описан при допущении, что опорная точка Р₀ и точка P₁ наблюдения расположены на той же самой горизонтальной плоскости.

Согласно фиг. 9 опорная точка задана как точка А (х_а, у_а), точка наблюдения задана как точка В (x_b, y_b), а определяемые центральные координаты заданы как точка О (x_o, у_о). Круг, имеющий точку О (x_o, у_о) в качестве своего центра и радиус r, задан как круг О. Круг О соответствует периферийной поверхности цилиндрической конструкции 90 и представлен следующей формулой 1.

[Формула 1]

[0031] Прямая линия, которая проходит через точку А и касается круга О, задана как прямая линия АС, а точка контакта между кругом О и прямой линией АС задана как точка С. Кроме того, угол пересечения между прямой линией АВ, соединяющей точку А с точкой В, и прямой линией АС задан как θ (который соответствует углу апертуры в 10δ).

[0032] Как показано на фиг. 10, когда точка, полученная путем поворота точки В на угол θ вокруг точки А, задана как точка D (x_d, y_d), координаты точки D представлены следующими формулами 2 и 3.

[Формула 2]

[Формула 3]

[0033] Точка D расположена на прямой линии АС, а прямая линия АС представлена следующей формулой 4 с использованием координат точек А и D.

[Формула 4]

[0034] Наклон (m) прямой линии АС и единичный вектор (u) нормали к прямой линии АС представлены следующими формулами 5 и 6.

[Формула 5]

Наклон

[Формула 6]

Единичный вектор

[0035] Как показано на фиг. 11, точка Е (х_е, у_е), полученная путем сдвига точки D на расстояние r в направлении u, представлена следующими формулами 7, 8 и 9.

[Формула 7]

[Формула 8]

[Формула 9]

[0036] Из формул 8 и 9 ясно, что две пары х_е, у_е получают посредством этих формул, однако используют одну из этих пар х_е, у_е, что дает большее значение при подстановке в следующую формулу 10.

[Формула 10]

[0037] Прямая линия ЕО, которая проходит через точку Е параллельно по отношению к прямой линии АС (прямая линия ЕО имеет наклон m), представлена следующей формулой 11.

[Формула 11]

где α и β представлены следующими формулами:

[Формула 12]

[Формула 13]

Таким образом, формула 11 представлена следующей формулой 14:

[Формула 14]

[0038] Расстояние между точкой D и точкой Е равно радиусу r круга О, в результате чего линия, которая проходит через точку Е параллельно по отношению к прямой линии АС, проходит через точку О.

[0039] Круг В, имеющий точку В в качестве своего центра и радиус r, представлен следующей формулой 15:

[Формула 15]

[0040] Центр О (x_o, y_o) круга О задан следующими формулами 16 и 17, основанными на формулах 2, 3, 8, 9, 11, 14 и 15:

[Формула 16]

[Формула 17]

[0041] Из формулы 16 ясно, что х₀, полученное посредством этих формул, имеет два значения. Однако одно из этих двух значений, которое задает большее расстояние АО (заданное следующей формулой 18), используют в качестве правильной точки О.

[Формула 18]

[0042] Сетка 44 нитей, имеющая множество концентрических кругов в качестве калибров 55, была описана выше, однако, как показано на фиг. 13 и 14, сетка 144 нитей, которая не имеет каких-либо калибров, также находится в пределах объема настоящего изобретения. Центральные координаты цилиндрической конструкции также могут быть определены посредством такого варианта реализации таким же способом, который был описан выше.

[0043] Кроме того, вертикальные линии 56 были описаны выше в качестве опорных меток, однако в качестве опорной метки может быть использована любая метка, такая как прямоугольная метка, круговая метка или звездообразная метка. Например, на фиг. 15 показан еще один вариант реализации сетки нитей, которая имеет круговые метки 156 в качестве опорных меток.

[0044] «3. Способ определения центральных координат конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда»

Вышеописанное оптическое устройство, содержащее сетку нитей, может рассчитывать центральные координаты прямоугольного параллелепипеда. Способ определения центральных координат прямоугольного параллелепипеда будет описан ниже со ссылкой на фиг. 16. Следует отметить, что в приведенном далее описании для упрощения расчета высота в вертикальном направлении оставлена без внимания.

[0045] На фиг. 16 условный символ 190 обозначает сечение конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда. Оптическое устройство 10 размещено в точке А (х_а, у_а), которая находится на расстоянии от конструкции 190 в виде прямоугольного параллелепипеда. Конструкция 190 в виде прямоугольного параллелепипеда имеет квадратное сечение со сторонами длины r и повернута на угол θ относительно оптической оси 18 оптического устройства 10. Точка В является точкой на конструкции 190 в виде прямоугольного параллелепипеда, которая расположена на оптической оси 18 оптического устройства 10. Координаты (x_b, y_b) точки В могут быть определены на основании заданных координат (т.е. координат точки А), расстояния между точкой А и точки В и азимутального угла точки В относительно точки А (эти расстояния и азимутальный угол могут быть считаны оптическим устройством 10).

[0046] В отличие от вышеописанного варианта реализации полагают, что точки Р и R, находящиеся на правой и левой вертикальных гранях конструкции 190 в виде прямоугольного параллелепипеда, могут быть визуально выявлены на сетке нитей. Кроме того, допускают, что вертикальная грань, которая возникает на левой стороне оптической оси 18, и вертикальная грань, которая возникает на правой стороне оптической оси 18 на чертеже, касаются различных кругов 55 на сетке 44 нитей.

[0047] В этом состоянии угол α между линией, соединяющей точку А с точкой В (оптической осью 18), и линией, соединяющей точку А с точкой Р, рассчитывают на основании калибра круга 55, который касается вертикальной грани, содержащий точку Р. Аналогичным образом, угол β между линией, соединяющей точку А с точкой В (оптической осью 18), и линией, соединяющей точку А с точкой R, рассчитывают на основании калибра круга 55, который касается вертикальной грани, содержащий точку R.

[0048] Координаты (х_с, у_с) точки (точки С), которая расположена на линии, соединяющей точку А с точкой Р, и которую получают путем поворота точки В на угол α вокруг точки А, и координаты (x_d, y_d) точки (точки D), которая расположена на линии, соединяющей точку А с точкой R, и которую получают путем поворота точки В на угол β вокруг точки А, представлены следующими формулами (19)-(22) с использованием приведенной выше информации (т.е. координат точки А и точки В, а также углов α и β).

[Формула 19]

[Формула 20]

[Формула 21]

[Формула 22]

[0049] Когда центральные координаты конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда заданы как (x_o, у_о), координаты (x_p, у_p) точки Р, координаты (x_R, y_R) точки R и координаты (x_s, y_s) точки S представлены следующими формулами (23)-(28). Точка S является углом конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда и появляется между точкой Р и точкой R.

[Формула 23]

[Формула 24]

[Формула 25]

[Формула 26]

[Формула 27]

[Формула 28]

[0050] Прямая линия АС, соединяющая точку А с точкой С, представлена следующей формулой 29.

[Формула 29]

[0051] Точка Р расположена на продолжении прямой линии АС, в результате чего формула 29 представлена следующей формулой 30 с использованием координат (x_p, y_p) точки Р.

[Формула 30]

[0052] Прямая линия AD, соединяющая точку А с точкой D, представлена следующей формулой 31.

[Формула 31]

[0053] Точка R расположена на продолжении прямой линии AD, в результате чего формула 31 представлена следующей формулой 32 с использованием координат (x_R, y_R) точки R.

[Формула 32]

[0054] Прямая линия RS, соединяющая точку R с точкой S, представлена следующей формулой 33:

[Формула 33]

[0055] Прямая линия PS, соединяющая точку Р с точкой S, представлена следующей формулой 34:

[Формула 34]

[0056] Точка В расположена на прямой линии RS или прямой линии PS. Расположена ли точка В на прямой линии RS или прямой линии PS можно судить визуально или на основании величины калибра.

[0057] Когда точка В расположена на прямой линии RS, прямая линия RS представлена следующей формулой 35:

[Формула 35]

[0058] Когда точка В расположена на прямой линии PS, прямая линия PS представлена следующей формулой 36:

[Формула 36]

[0059] Значения координаты точек С, D, Р, R и S подставляют в формулы 30, 32 и 35 (или 36) для объединения указанных формул с получением следующих формул 37, 38 и 39 (или 40).

[Формула 37]

[Формула 38]

[Формула 39]

[Формула 40]

[0060] Известные значения r, (х_а, у_а), (x_b, y_b) и (х_с, у_с) подставляют в формулы 37, 38 и 39 или формулы 37, 38 и 40 для определения значений х_о, у_о и θ. Кроме того, определенные значения x_o, y_o и θ подставляют в формулы 23-26, в результате чего определяют координаты точек Р и R и центральную координату (x_o, у_о) конструкции в виде прямоугольного параллелепипеда, расположенного посередине между точками Р и R.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0061]

10 ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

16 ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА

18 ОПТИЧЕСКАЯ ОСЬ

44 СЕТКА НИТЕЙ

55 КРУГ

56 ВЕРТИКАЛЬНАЯ ЛИНИЯ (ОПОРНАЯ МЕТКА)

90 ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ

91 ГРАНЬ.

Изобретение относится к оптическому устройству, имеющему функцию измерения расстояния, а также к сетке нитей, встроенной в оптическое устройство и к способу разведки с использованием оптического устройства. Заявленное оптическое устройство, имеющее функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси зрительной трубы содержит: сетку нитей, установленную в зрительной трубе и имеющую правую и левую опорные метки, выполненные по обеим сторонам от оптической оси в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси в горизонтальном направлении, и расчетную часть, выполненную с возможностью расчета центральных координат цилиндрической конструкции с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства, координат (x_b, y_b) точки (P₁) на цилиндрической конструкции, видимой на оптической оси в состоянии, в котором только одна из правой и левой опорных меток совпадает с гранью цилиндрической конструкции. Оптическая ось расположена на поверхности цилиндрической конструкции, а также с использованием угла (θ) апертуры между оптической осью и опорной меткой и радиуса (r) цилиндрической конструкции. Технический результат – упрощение измерения центральных координат столбчатого тела, даже когда устройство не может сохранять достаточное расстояние от столбчатого тела. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 16 ил.

1. Оптическое устройство (10), имеющее функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси (18) зрительной трубы (16), и содержащее:

сетку нитей (44), установленную в зрительной трубе (16) и имеющую правую и левую опорные метки (56), выполненные по обеим сторонам от оптической оси (18) в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси (18) в горизонтальном направлении, и

расчетную часть (32), выполненную с возможностью расчета центральных координат цилиндрической конструкции (90) с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства (10), координат (x_b, y_b) точки (P₁) на цилиндрической конструкции (90), видимой на оптической оси (18) в состоянии, в котором только одна из правой и левой опорных меток (56) совпадает с гранью (91) цилиндрической конструкции (90), а оптическая ось (18) расположена на поверхности цилиндрической конструкции (90), а также с использованием угла (θ) апертуры между оптической осью (18) и опорной меткой (56) и радиуса (r) цилиндрической конструкции (90).

2. Оптическое устройство по п. 1, в котором сетка нитей (44) имеет множество кругов (55), выполненных вокруг оптической оси (18), используемой в качестве центра.

3. Оптическое устройство по п. 1, в котором заданное расстояние соответствует приблизительно 0,01 радиан.

4. Оптическое устройство по п. 2, в котором каждый из указанных кругов (55) имеет радиус, превышающий заданную длину δ в n раз (n: целое число).

5. Оптическое устройство по п. 4, в котором заданная длина δ соответствует приблизительно 0,001 радиан.

6. Оптическое устройство по п. 4, в котором указанные круги (55) содержат опорный круг, имеющий радиус, превышающий заданную длину δ в 10 раз, при этом опорные метки (56) касаются опорного круга.

7. Сетка нитей, используемая вместе с оптическим устройством по любому из пп. 1-6.

8. Сетка нитей, зафиксированная в зрительной трубе (16) оптического устройства (10), имеющего функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси (18) зрительной трубы (16), причем сетка (44) нитей содержит правую и левую опорные метки (56), находящиеся по обеим сторонам от оптической оси (18) в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси (18) в горизонтальном направлении, причем

оптическое устройство (10) имеет функцию расчета центральных координат цилиндрической конструкции (90) с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства (10), координат (x_b, y_b) точки (P₁) на цилиндрической конструкции (90), видимой на оптической оси (18) в состоянии, в котором только одна из правой и левой опорных меток (56) совпадает с гранью (91) цилиндрической конструкции (90), а оптическая ось (18) расположена на поверхности цилиндрической конструкции (90), а также с использованием угла (θ) апертуры между оптической осью (18) и опорной меткой (56) и радиуса (r) цилиндрической конструкции (90).

9. Сетка нитей по п. 8, имеющая множество кругов (55), выполненных вокруг оптической оси, используемой в качестве центра (18).

10. Сетка нитей по п. 9, в которой каждый из указанных кругов (55) имеет радиус, превышающий заданную длину δ в n раз (n: целое число).

11. Сетка нитей по п. 10, в которой заданная длина δ соответствует приблизительно 0,001 радиан.

12. Сетка нитей по п. 10 или 11, в которой указанные круги (55) содержат опорный круг, имеющий радиус, превышающий заданную длину δ в 10 раз, причем опорные метки (56) касаются опорного круга.

13. Способ разведки, включающий:

подготовку оптического устройства (10), которое имеет функцию измерения расстояния (L) от опорной точки (Р₀) до точки (P₁) наблюдения, видимой на оптической оси (18) зрительной трубы (16), и которое содержит сетку нитей (44), зафиксированную в зрительной трубе (16) и имеющую правую и левую опорные метки (56), выполненные по обеим сторонам от оптической оси (18) в местоположениях на заданном расстоянии от оптической оси (18) в горизонтальном направлении,

обеспечение совпадения только одной из правой и левой опорных меток (56) с гранью (91) цилиндрической конструкции (90) и позиционирование оптической оси (18) на поверхности цилиндрической конструкции (90), и

расчет центральных координат цилиндрической конструкции (90) с использованием координат (х_а, у_а) опорной точки Р₀ оптического устройства (10), координат (x_b, y_b) точки (P₁) наблюдения на цилиндрической конструкции (90), видимой на оптической оси (18), а также угла (θ) апертуры между оптической осью (18) и опорной меткой (56) и радиуса (r) цилиндрической конструкции (90).