Дальномер Советский патент 1984 года по МПК G01C3/10 

Изобретение относится к устройствам для бесконтактного измерения расстояний и может быть использовано при инженерно-геодезических и маркшейдерских работах. Известны светопроекционные даль номеры с базой в приборе, содержащие два идентичных оптических канала, включающих объективы, окуляр, отражатели, поворотную плоскопараллельную пластину, излучатель 1. Недостатками известных светопроекционных дальномеров является слож ность конструкции, высокие требования к изготовлению и юстировке опти ческих элементов. i Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату; является светопроек ционный дальномер с базой в приборе и переменным параллактическим углом включающий две идентичных оптических систег;1ы, каждая из которых соде жит объектив, оптические клинья, . двойное отражающее зеркало, излучатель с прямолинейной нитью накала, установленный с возможностью переме щения в приборе, отсчетное устройст во, градуированное по дальности. Фо кусиррвка изображения и изменение параллактического угла в дальномере производится барабаном отсчетного устройства 23. Недостатком известного дальномера является невысокая точность изме рений из-за нестабильности параллак тического угла, являющейся следстви ем одновременного перемещения нескольких оптических элементов в момент измерений (двух объективов и двух двойных отражающих зеркал ). Цель изобретения - устранение указанных недостатков, а именно повышение точности измерений путем стабилизации параллактического угла Поставленная цель достигается тем, что в дальномере, содержащем два идентичных оптических канала, включающих объективы, отражатели, блок совмещения, излучатель, установленный с возможностью перемащения, отсчетное устройство, градуиро ванное по дальности, блок совмещения выполнен в каждом канале в виде полупентапризм, которые уставов лена Hqt оптической оси за объективами и отражателями, отражающие по верхности которых расположены под углом 45° к оптической оси, причем отражатели размещены перед объективами, точки фокусов которых совмещены на продольной оси дальномера и кроме того, фокусные расстояния рав ны половине его базы, а излучатель установлен на отсчетном устройстве с возможностью перемещения по продольной оси. На фиг Л представлена оптическая схема дальномера на фиг.2 развертка оптической системы одного из оптических каналов. Дальномер состоит из корпуса 1, в котором симметрично относительно продольной оси FA дальномера расположены два оптических канала. В каждом ив каналов установлены: отражатель 2 (2 ), выполненный в виде прямоугольной призмы, отражающая гипотенузная грань которой расположена под углом продольной оси, объектив 3 (3 ) и полупентапрйзма 4 (4 ), установленная так, что оптическая ось канала составляет угол 45° с продольной осью дальномера. Точки фокусов F объективов 3 (З) совмещены на продольной оси, а фокусные .расстояния О равны половине базы о С дальномера. На продольной оси установлен излучатель 5 (например, типа ОП2,4-1,1) в патроне 6. Излучатель 5 имеет возможность перемещения по продольной оси по направляющей 7 с помощью винта, связанного с барабаном 8 отсчетного устройства. Положение излучателя на оси фиксируется по показаниям шкалы барабана 8 относительно индекса 9. Устройство работает следующим образом. Световой поток от излучателя 5 отражается от граней полупентапризм4 и 4 направляется в объективы 3 и З , которые после отражения в концевых отражателях 2 и 2. формируют изображение светящейся нити излучателя на поверхности Q, до которой измеряется расстояние. Перемещением излучателя по продольной оси дальномера добиваются совмещения изображений ее нити,, полученных в обоих оптических каналах, на поверхности Q, после этого снимают показание по шкале барабана 8 отсчетного устройства, градуированной по дальности. Наблюдение за совмещением и фокусированием изображений нити можно вести невооруженным глазом, а также с помощью зрительной трубы или бинокля. Так как оптические каналы симметричны относительно продольной оси дальномера, то достаточно рассмотреть один из них, например левый. Принципиальная схема построения дальномера поясняется на фиг.2, где пунктиром показаны развертки концевой прямоугольной призмы 1, объектива 2 и полупентапризмы 3, соответственно обозначенные 1р, 2р, Зр, Лучи, идущие параллельно оптической оси объектива 2р в развертке, и линия симметрии дальномера АС пересекутся в его заднем Фокусе Fp . Следов&тельно,линия АС, проходящая через задний фокус- объектива Fl и точ ку С, образованную пересечением главной плоскости объектива 2р с л нией симметрии дальномера, является сопряженной с лииией АС, изображение точек, расположенных на линии АС от точки А до бесконечности будут лежать на отрезке лКр. Ввиду симметричности схемы двой ное расстояние между узловой точкой о объектива 2р и точкой С является базой дальномера В. Так как фокусные расстояния объективов приняты равными половине базы, т.е. , то угол ft , образованный линиями АС и Ас, равен 45°. Концевая прямоугольная призма 1 расположена таким образом что ее отражающая поверхность перпендикулярна линии АС, поэтому направление, отрезка АFр после его изображения в призме не поворачивается и после объектива 2 (.без развертки) и полупентапризмы 3 займет положение А F на продолжении линии АС (отрезок А F ), чем доказывается взаимная определенность линии симметрии АС и линии ее изображения АС. Это происходит вследствие того что прямоугольная призма имеет одну отражающую поверхность и, следовательно, как плоское зеркало имеет свойство поворота пространства н угол О вокруг нормали и инверсию. Полупентапризма 3 {возвращаясь к ее неразвернутому виду) повернет от резок на угол 45, при этом его изображение А F совместится с линией симметрии дальномера АС, так как полупентапризма может быть представлена угловым зеркалом с угловым базисом равным 6 22°30 , поворачивающим пространство вокруг ребра (фиг.2, точка С) на угол равный 26 в направлении от первой отражающей поверхности к второй. Если же проектировать отрезок в обратной последовательности, т.е через неразвернутые полупентапризму 3, объектив 2 и прямоугольную концевую призму 1, то получим следующее: полупентапризма повернет отрезок на угол 45° вокруг точки С в направлении от первой отражающей поверхности к второй по направлению хода лучей и совместит его с отрезком , объектив 2 построит изображение отрезка по прямой А до бесконечности в направ лении, перпендикулярном к линии симметрии дальномера, призма 1 повернет прямую А на угол и и совместит точку А, с точкой А. Таким образом, мы получим преобразованную оптическую схему дальномера, состоящую из разверток призмы 1 в виде кубика 1 и 1р, объектива 2р и полупентапризмы Зр, полностью эквивалентную исходной оптической схеме. В преобразованной схеме дальномера все расстояния по линии симметрии прибора от точки А до бесконечности будут изображаться вдоль отрезка прямой F . Таким образом, любой точке, расположенной на линии АС (отто ки А до бесконечности) соответствует сопряженная точка на отрезке А линии симметрии дальномера, и, следовательно, любому положению нити на отрезке А F в пространстве предметов будет соответствовать ее изображенное на линии АС в пространстве изображений. Поэтому, для измерения расстояний достаточно сместить лампу накаливания вдоль прямой АС до получения совмещения двух изображений ее прямолинейной нити накала, полученных от двух ветвей дальномера, и измерить расстояние А , причем одновременно и синхронно с совмещениег.1 происходит и фокусирование изображений, что поBfcaiiaeT точность измерения. Технико-экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в повышении точности измерений р режиме проектирования благодаря стабильности параллактического угла, так как все оптические элементы установлены неподвижно, а единственным перемещаемым элементом является светящаяся прямолинейная нить лампы накаливания, причем сдвиги и повороть нити лампы для одного из оптических каналов, вызванные погрешностью изготовления направляю щих, полностью компенсируются теми же сдвигами и поворотами этой нити, являющимися равными по абсолютной величине и противоположными по знаку для другого канала, что объясняется сим1метричностью оптических ветвей, Испытания действующего макета показали, что точность измерения повысилась по сравнению с известным устройством в 1,4 раза. Изобретение наиболее перспективно использовать в инженерной геодезии и мар1 шейдерском деле для измерения коротких линий.

.

Vjiyy

Фиг. 2

ДАЛЬНОМЕР, содержащий два идентичных оптических канала, включающих объективы, отражатели, блок совмещения, излучатель, установленный с возможностью перемещения, отсчетное устройство, градуированное , по дальности, отличаю, щийс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем стабилизации параллактического угла, блок совмещения выполнен в каждом канале в виде полупентапризм, которые установлены на оптической оси за объективами и отражателями, отражающие Поверхности которых расположены под углом 45° к оптической оси, причем отражатели размещены перед объективами, точки фокусов которых совмещены на продольной оси дальномера и, кроме того, фокусные расстояния равны половине его базы, а излучатель установлен на отсчетном устройстве с возможностью перемещения по продольной оси.