Устройство для определения отклонения светового луча от вертикали Советский патент 1979 года по МПК G01C15/08 

(54) УСТЮЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ СВЕТОВОГО ЛУЧА ОТ ВЕРТЖАЛИ

Изобретение относится к области оптическог приборостроения и может быть использовано в геодезии, строительстве, машиностроении и экснериментальной физике для выставления светового луча в вертикальном направлений. Известно устройство для определения и настройки вертикального хода световых лучей при помощи различных отражающих длеиёМбв и зрительной трубы 1. Суть его состоит в том, что луч света направляется на предварительно горизошгтфоваяную прозрачную плоскость с коэффиьдаентом отражения 4-5% и расположенный за ней угол ковый отражатель, обладающий свойством отражать световые лучи в направлении, параллель ном падающему лучу независимо от угла падения. В фокальной плоскости зрительной трубы наблюдают взаимное положение двух изображений источника света. Одно, неподвижное, изображение образуется за счет отражения света от уголкового отражателя, а другое подвиж ное - за счет отражения от частично отражающей пластинки как от плоского зеркала. Наблюдаемое в фокальной плоскости зрительной трубы отклонение подвижного изображения от неподвижного является мерой отклонения светового Луча от вертшсали. При совмещении этих изображений световой луч падает нормально на горизонтальную плоскость прозрачной пластинки и направлен по вертикали. Однако из-за взаимной пространственной расходимости Двух отражёйных световых пучков, формирующих в фокальной плоскости зрительной трубы два точечных изображения источника света, угловой диапазон контролируемых отклонений светового луча от вертикали невелик. Он определяется половин п 1М jT-лом, под которым виден диаметр входного зрачка зрительной трубы с местоположения отражателя и, следовательно, уменьшается с увеличением дальности действия. Целью изобретения является расширение углового диапазона контролируемых отклонений светового луча от вертикалн при сохранении высокой точности настройки вертикального хода светового луча и увеличение дальности ействия. Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве отражающий элемент выполнен в ввде тетраэдрической призмы с двумя ппоскнми и одной цилиндрической отражающими гранями. На чертеже представлена общая схема предлагаемого устройства- гйе 1 - световой луч, вертикальность которого определяется, 2 тетраэдрический призменный отражатель с двум HjjGCKHMH и одной цилиндрической отражаюишмй гранями, 3 - входная, частично отражаю щая грань призмы, 4 - зрительная труба, 5 - измерительный окуляр, 6 .- полупрозрачное зеркало. Триппель-призма имеет прямой двугранный угол между плоскими отражающими гранями XOZ и YOZ. Образующие цилиндрической по-, верхности третьей отражающей грани призмы параллельны плоскости XOY прямоугольной системы координат X, Y, Z и образуют с осями ОХ и ОУ углы, равные 45°, плоский угол S между осью Z и нормалью к щлиндрической поверхности в точке пересечения ее с входной гранью мал ( d - - ), где ОР - ширина цилиндрической поверхности в направлении, перпенд1п улярном образующей; г - радиус кривизны цилиндрической грани. Входная грань теграздрической призмь - плоская с частично отражающей поверхностью. Из оптических свойств такого отражателя тйвёстно, что при освещении его коллимирован ным световым пучком в результате последовательного отражения света от трех граней получаются два отраженных пучка ленточной формы Ленточными их называют потому, что они кол яимировань в одной imocKoctH и расходятся в другой, ей перпендикулярной. Оси дв лентовых пучков совпадают и направлёнЫ падаюШему световому лучу. Если падающий световой луч образует равные углы с осями координат X, Y, Z, то есть перпендикулярен к входной грани призмы, то в фокальной плоскости зрительной трубы наблюдается прШоугольный крест, угловые pa3Mist)biK6t6p6r6 ра ны 4 6 п и : б п для вертикального и горизонтального пучка соответственно (п - показатель преломления материала призМы). При произвольном направлй1ии падения светового луча гоменяются угол креста и его размеры, однозначно связанные с направлением падеяия светового луча на отражатель и, следовательно позволяющие судить об отклонении светового луча от нормального падения. Крестообразное изображение формируется при большяк углах отклонения светового луча, практически во всем угловом диапазоне возвратно-отражаю щего действия призмы, который, как известно может доходить почти до 90°.

jfbS jaiiyti;; : Устройство работает следугогиим образом. Коллимярованный световой пучок 1, вертикальность которого необходимо определить, направляется на тетраэдрическнй призменный отражатель 2 с одной цилиндрической отражающей гранью. При помощи прецезионных уровней отражатель установлен таким образом, чтобы его входная грань 3, частично отражающая свет, была горизонтальна. Полупрозрачным зеркалом 6 отраженный призмой свет направляется в объектив зрительной трубы 4, в фокальной плоскости которой формируется крестообразное (лучи А) и точечное изображение (лучи Б) источника света, наблюдаемые через окуляр 5. В случае больщих отклонений светового луча от вертикали присутствует только крестообразное изображение источника света. Отклонение светового луча от вертикали в зтом случае определяется путем измерения линейных размеров и формы креста с помощью, например, двух взаимно перпендикулярных сеток измерительного окуляра. Для выставления луча в вертикальное направление изменяют направление падения светового луча, добиваясь правильной формы креста, отвечающей падению светового луча, близкому к нормали, при котором в поле зрения зрительной трубы, кроме креста, появляется точечное изображение источншса, получающееся.за счет отражения части светового потока от входной грани отражателя. При совмещении точечного изображения с центром креста падающий световой луч ьыставляется в вертикаль с высокой точностью (несколько угловых ). Таким образом,, в данном устройстве информация о больших от| :лонениях светового луча от вертикали заложена в крестообразном изображении источника света, а о малых - во взаимном положении подвижного точечного изображения источника и неподвижного центра креста. Кривизна и размеры цилиндрической поверхности выбираются такими, чтобы угловые разметры крестообразного изображения не превышали угловых размеров поля зрения зрительной трубы при всех допустимых углах падения Сйеювых лучей на отражатель. Для этого необходимо, чтобы угол 5 был равен: где W - тловое поле зрения зрительной тру бы. . V. . ,.., л ,. . .- ... Так как отраженные ленточнь е пучки, формирующие крестообразное изображение, распространяются симметрично относительно направления падающего пучка, то при вьшолменйи условия 1 , угло1вые размеры Э1ш отраженных пучков будут углового поля зрения зритель