Устройство для определения отклонения оси светового пучка от вертикали Советский патент 1992 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к оптическим устройствам, предназначенным для оценки и настройки вертикальности параллельных световых пучков, в том числе лазерных, и может найти применение в геодезии, экспериментальной физике, в приборостроении, например, при юстировке лазерных приборов вертикального проектирования и их периодической поверке при эксплуатации.

Известны устройства, предназначенные для определения отклонения оси светового пучка от вертикали, основанные на принципе сравнения положения световых пучков, полученных при делении исследуемого пучка света посредством полупрозрачного зеркала и отражений от задатчика

горизонта и отражателя - зеркала, трипель- призмы, ориентируемого в пространстве строго определенным образом. К таким устройствам относится такое, например, как устройство, выполненное по схеме А.Хржа- новского (1). Оценка и настройка вертикальности светового пучка производится по отражению от зеркала, установленного строго вертикально, и отражению от искусственного горизонта при разделении пучка с помощью полупрозрачного зеркала, установленного под углом 45° к оптической оси зрительной трубы, настроенной на бесконечность. При этом в фокальной плоскости трубы формируются два сигнала в виде светящихся точек конечных размеров, при совмещении которых обеспечивается вертикальность установки оси светового

xl ICJ СЛ VI

СО

пучка. Несовпадение точек при контроле положения пучка измеряется в угловой мере как отклонение от вертикали.

Известно также устройство (2), в котором в качестве отражателя и задатчика го- ризонта использована трипель-призма с цилиндрической боковой гранью. При контроле положения светового пучка фронтальная грань призмы строго горизонтируется и служит задатчиком горизонта. Сигнал, пол- ученный от этой грани, формируется в фокальной плоскости зрительной трубы в виде точки. Сигнал, полученный после отражения от боковых граней, формируется в виде креста, с центром которого и производится со- вмещение точки при установке светового пучка в вертикальное положение или измеряется отклонение от вертикали, оценивая в угловой мере расстояние между изображениями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство (3), содержащее зрительную трубу, частично прозрачное зеркало, установленное под углом 45° к оптической оси зрительной трубы, и трехгранный отражатель, оптически сопряженный со зрительной трубой с помощью зеркала. В качестве опорного отражателя использована входная грань трехгранного отражателя, которая строго горизонтируется. Оценка отклонения от вертикальности производится измерением расстояния между двумя изображениями, полученными от входной и боковых граней отражателя. Изображения сформированы в виде точек. Вертикальность исследуемого светового пучка достигается совмещением точек его наклонами.

Основным недостатком этого устройства является невысокая точность определе- ния отклонения оси светового пучка от вертикали при наложении одного изображения на другое, обусловленная снижением точности визирования зрительной системы.

Целью изобретения является повыше- ние точности за счет уменьшения ошибок визирования.

Поставленная цель достигается за счет того, что задатчик горизонта выполнен в виде гравитационного зеркала, отражаю- щая поверхность которого оптически сопряжена со зрительной трубой через трехгранный и плоский отражатели, причем трехгранный отражатель установлен с возможностью поворота вокруг оси, ортого- нальной плоскости входного окна, а углы между его отражающими гранями отличны от прямых.

На фиг.1 показана схема устройства для контроля вертикальности светового пучкал

направленного вверх; на фиг.2 - то же, для светового пучка, направленного вниз.

Устройство содержит трехгранный отражатель 1, оптически связанный со зрительной трубой 2 посредством гравитационного зеркала 3 и частично прозрачного плоского отражателя 4, установленного под углом45° к оптической оси зрительной трубы.

Трехгранный отражатель 1 установлен с возможностью поворота вокруг оси, ортогональной плоскости входного окна, а углы между его отражающими гранями отличны от прямых на величину, обеспечивающую наклон выходящего из отражателя луча по отношению к падающему на угол Ј больший угловой разрешающей способности зрительной системы. Последнее обеспечивает в статике формирование в фокальной плоскости зрительной трубы картины в виде совокупности точек, При вращении отражателя 1 эти точки сливаются в кольцо с темным центром, имитирующим в поле зрения трубы направление падающего на отражатель исследуемого пучка. При определении вертикальности светового пучка, направленного вверх (см. фиг.1), второе кольцо большего диаметра формируется в обратном ходе лучей через отражатель 1 после отражения от поверхности гравитационного зеркала 3. При этом луч на выходе отражателя 1 дополнительно отклоняется на угол д относительно луча, выходящего из отражателя без отражения от гравитационного зеркала 3.

Гравитационное зеркало 3, например, кювета с маслом, установлено таким образом, чтобы оно не перекрывало более чем одну треть входного окна отражателя 1, что обеспечивает формирование колец с незначительным разрывом и примерно одинаковую освещенность обоих колец.

Двугранные углы между отражающими гранями отражателя отличны от прямых и выбираются таким образом, чтобы угол Лне

О)

превышал----, где j(O- половина углового

поля зрения зрительной трубы 2. Это позволяет разместить кольца в центральной части поля зрения трубы 2.

При проверке вертикальности светового пучка, направленного вниз (см. фиг.2) возможно расположение гравитационного зеркала 3 под отражателем 1, что обеспечивает падение исследуемого пучка на гравитационное зеркало 3 без посредства отражателя и формирование изображения отраженного от него светового пучка в виде точки,

При установке световых пучков в вертикальное положение необходимо совместить

центры изображений - двух колец различного диаметра при направленности светового пучка вверх, либо точки и центра кольца при направленности светового пучка вниз. При совмещении оценивается концен- тричность изображений без их наложения друг на друга, что обеспечивает независимость точности совмещения от дифракционной разрешающей способности зрительной трубы 2 и, следовательно, повышение точ- ности визирования.

При концентричном расположении изображений ось отраженного от гравитационного зеркала 3 светового пучка параллельна направлению оси светового пучка падаю- щего на отражатель 1, что возможно только при нормальном падении светового пучка на гравитационное зеркало 3, т.е. вертикальности оси светового пучка, что и является критерием оценки положения исследуемого пучка в пространстве.

При использовании в качестве трехгранного отражателя 1 трипель-призмы сигнал, полученный от ее фронтальной грани, является помехой, и призму следует установить под некоторым углом, позволяющим вывести из поля зрения трубы 2 лишний сигнал, Отражатель 1 должен вращаться со скоростью, при которой глаз наблюдателя не фиксирует дискретность движения точек, образующих кольца, например, со скоростью 180 об/мин.

Предложенное устройство позволяет повысить точность определения отклонения светового пучка от вертикали и установки его в вертикальное положение и может быть использовано при настройке и систематической поверке высокоточных датчиков вертикального направления, таких как лазерные приборы вертикального проектирования. Кроме этого, возможно его использование в конструкции устройства дешевых трехгранных отражателей с широким допуском на изготовление его двугранных углов. Формула изобретения Устройство для определения отклонения оси светового пучка от вертикали, содержащее зрительную трубу, частично прозрачный плоский отражатель, установленный под углом 45° к оптической оси зрительной трубы, задатчик горизонта и трехгранный отражатель с входным окном, оптически сопряженный со зрительной трубой через плоский отражатель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения ошибок визирования, задатчик горизонта выполнен в виде гравитационного зеркала, отражающая поверхность которого оптически сопряжена со зрительной трубой через трехгранный и плоский отражатели, причем трехгранный отражатель установлен с возможностью поворота вокруг оси, ортогональной плоскости входного окна, а углы между его отражающими гранями отличны от прямых.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано при юстировке высокоточных лазерных приборов вертикального проектирования. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения ошибок визирования, Изобретение содержит зрительную трубу 2, частично прозрачный плоский отражатель 4, установленный под углом 45° к оптической оси зрительной трубы 2, трехгранный отражатель 1, с входным окном, оптически сопряженный со зрительной трубой 2 через плоский отражатель 4, и гравитационное зеркало 3, отражающая поверхность которого оптически сопряжена со зрительной трубой 2 через плоский отражатель 4 и трехгранный отражатель 1, который установлен с возможностью поворота вокруг оси, ортогональной плоскости входного окна, причем углы между его гранями отличны от прямых. 2 ил. Ј

Фиг. 2