CS201660B1

CS201660B1 - Device for exact determination of the light ray bundle center

Info

Publication number: CS201660B1
Application number: CS100978A
Authority: CS
Inventors: Jiri Pospisil; Jaroslav Janota
Original assignee: Jiri Pospisil; Jaroslav Janota
Priority date: 1978-02-16
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1980-11-28

Description

Dosavadní způsoby využívající světelný svazek pro zaměřování jsou založeny na postupném soustřeďování konvenčních světelných zdrojů i laseru pomocí optických členů. Přitom přesnost určení bodu ležícího na spojnici světelný zdroj — cíl je závislá na symetrii a tvaru světelné stopy dopadající na detekční plochu nebo na citlivý snímací člen, například fotodiodu nebo systém fotodiod. Symetrie stopy a neměnného tvaru není zpravidla při větších vzdálenostech od zdroje světla dosaženo. Při zvětšování vzdálenosti od zdroje záření jsou okraje světelného svazku, a tedy stopy, nejasné. Pro velmi přesné vytyčování, měřické a kontrolní práce je takový svazek nepoužitelný. Využitím ohybových jevů pro přesné určení bodů na přímce se zabýval již Van Heel (Advanced Optical Ťechniques) a jiní autoři. Přitom se difrakční, zpravidla Fresnelova mřížka musí zařadit přibližně v polovině dráhy do směru světelného svazku. Tím v prostoru difrakční mřížka — cíl vznikají ohybové jevy, které lze na stínítku jednoduchým dalekohledem pozorovat a tak se zařazovat do přímky. Dále se k určování středu světelného svazku využívá zařízení podle čs. autorského osvědčeníPrior art methods utilizing the light beam for aiming are based on the gradual focusing of both conventional light sources and laser using optical elements. In doing so, the accuracy of determining the point lying on the light source-target line is dependent on the symmetry and shape of the light trace incident on the detection surface or on a sensitive sensor, such as a photodiode or photodiode system. The symmetry of the trace and the fixed shape is generally not achieved at longer distances from the light source. As the distance from the radiation source increases, the edges of the light beam and therefore the traces are unclear. Such a beam is unusable for very accurate staking, surveying and inspection work. Van Heel (Advanced Optical Ťechniques) and other authors have already dealt with the use of bending phenomena to accurately determine points on a straight line. In this case, the diffractive, generally Fresnel lattice, must be positioned in the direction of the light beam approximately halfway. This creates diffraction gratings in the space - target - bending phenomena, which can be observed on the screen using a simple telescope and thus can be placed in a straight line. Further, the device according to the Czechoslovakian patent no. copyright certificate

č. 166 321, které sestává ze zdroje záření, například laseru, a optického členu majících společnou optickou osu a za optickým členem objektivu je v jeho objímce umístěna difrakční destička. Na detekční ploše se vytváří soustava soustředných symetrických kroužků nebo jiný tvar podle volby difrakční destičky. Nevýhodou tohoto zařízení je, že při průchodu světelného svazku difrakční destičkou dochází k energetickým ztrátám v jejím materiálu a na nepropustných zónách destičky, a že v případě promítání osového kříže nemá definovanou polohu vůči zdroji záření, takže nenese informaci o vertikální ani horizontální poloze ramen kříže.No. 166 321, which consists of a radiation source, for example a laser, and an optical member having a common optical axis, and a diffractive plate is disposed in the sleeve behind the optical member of the lens. A system of concentric symmetrical rings or other shape of the diffraction plate is formed on the detection surface. The disadvantage of this device is that the light beam passes through the diffractive plate, resulting in energy loss in its material and in the impermeable zones of the plate and that in the case of the projection of the axial cross it does not have a defined position relative to the radiation source.

Také se používá zařízení s rozmítáním světelného svazku pomocí kmitajícího zrcadla. Zrcadlo, které je spojeno přes vačku s elektromotorem, vykonává kmitavý pohyb, a jestliže na něj dopadá kolimovaný světelný svazek, vytváří se rovinná výseč světla. Takto upravený svazek dopadá na terč nebo fotodiody. Toto zařízení zpřesňuje stanovení středu světelného svazku pouze v jedné rovině procházející osou kmitání.There is also used a device with sweeping the light beam by means of an oscillating mirror. The mirror, which is coupled via the cam to the electric motor, performs an oscillating movement, and if it collides with a collimated light beam, a plane segment of light is formed. The beam thus modified hits the target or photodiodes. This device specifies the determination of the center of the light beam in only one plane passing through the oscillation axis.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro přesné stanovení středu světelného svazku, které sestává z bodového zdroje záření, výhodně laseru, dále optického členu připevněného na zdroj záření tak, že mají společnou optickou osu a detekční plochy podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že za předmětovým členem optického členu, výhodně objektivu je v optické ose pod úhlem a — 105° až 150° umístěna v nosiči pevně spojeném se zdrojem záření odrazná difrakční destička, Odrazná difrakční destička pracuje na principu difúzního odrazu. Na detekční ploše se vytvoří osový kříž, nebo jiný tvar podle volby difrakční mřížky se soustředěním světelné energie ve středu obrazce, čímž je také definována přímka zaměření. Toto uspořádání umožňuje pracovat s možností volby objektivu, popřípadě zcela bez objektivu. Zároveň toto zařízení umožňuje beze změny pracovat jak v oblasti viditelného světla, tak i v oblasti infračervené a ultrafialové. Pro odrazné difrakční destičky podle vynálezu pracující v širokém spektrálním oboru je daleko větší výběr vhodných materiálů, než pracuje-li se s difrakčními mřížkami na průhled. Tak lze vytyčovat a měřit polohu mezibodů ležících mezi zařízením a cílem ve směru nebo proti směru vysílaného záření. Polohu libovolného bodu lze snímat vizuálně na detekční ploše, elektronicky nebo fotograficky.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a device for accurately determining the center of the light beam, which consists of a point radiation source, preferably a laser, and an optical member attached to the radiation source, having a common optical axis and detection surfaces according to the invention. a reflective diffractive plate is positioned in the carrier fixed to the radiation source at an angle of - 105 ° to 150 ° in the optical axis, preferably the objective. The diffractive plate operates on the principle of diffuse reflection. An axial cross, or other shape of choice of diffraction grating is created on the detection surface, concentrating the light energy in the center of the pattern, thereby also defining a line of sight. This arrangement makes it possible to work with a lens option, possibly without a lens. At the same time, this device allows working in the visible, infrared and ultraviolet areas without change. For reflective diffraction plates of the invention operating in a wide spectral range, there is a much greater choice of suitable materials than when working with diffraction gratings for viewing. In this way, the position of the points lying between the device and the target in the direction or opposite to the direction of the emitted radiation can be set out and measured. The position of any point can be sensed visually on the detection surface, electronically or photographically.

Vynález a jeho výhody jsou blíže objasněny na příkladu provedení pomocí připojeného výkresu, na němž obr. 1 znázorňuje schéma celého zařízení, obr. 2 příkladné provedení odrazné difrakční destičky, obr. 3 znázorňuje obrazec vytvořený difúzním odrazem z odrazné difrakční destičky.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its advantages are illustrated in more detail with reference to the accompanying drawing, in which: Figure 1 shows a schematic of the entire apparatus; Figure 2 shows an exemplary embodiment of a reflective diffractive plate; Figure 3 shows a diffusion reflection pattern from a reflective diffractive plate.

Zařízení pro přesné stanovení středu světelného svazku podle obr. i sestává ze zdroje 1 záření světla, na němž je připojen optický člen 2, který popřípadě může být vynechán, nebo nahrazen jiným optickým členem a-nosič 4 pevně spojený se zdrojem 1 záření a nesoucí odraznou difrakční destičku 3 umístěnou v optické ose o. Vysílaný úzký svazek záření dopadá na odraznou difrakční destičku 3 pod úhlem a = 135°. Odražený úzký svazek záření od odrazné difrakční destičky 3 dopadá na detekční plochu 5, kde se objeví jasný obrazec 6, vytvořený difúzním odrazem na odrazné difrakční destičce 3, jejíž příkladné provedení je na obr. 2. Tato odrazná difrakční destička 3 může být zhotovena z materiálu, který s dobrou účinností odráží záření vé viditelné, ultrafialové a infračervené spektrální oblasti, například vyleštěný hliníkový povrch.The device for accurately determining the center of the light beam according to FIG. 1 consists of a light source 1 to which an optical member 2 is attached, which can optionally be omitted or replaced by another optical member a-carrier 4 firmly connected to the radiation source 1 and carrying The transmitted narrow radiation beam impinges on the reflective diffractive plate 3 at an angle of α = 135 °. The reflected narrow beam of radiation from the reflective diffractive plate 3 impinges on the detection area 5, where a clear pattern 6 formed by diffuse reflection on the reflective diffractive plate 3, an exemplary embodiment of which is shown in Fig. 2, appears. This reflective diffractive plate 3 can be made of which, with good efficiency, reflects radiation in the visible, ultraviolet and infrared spectral regions, such as a polished aluminum surface.

Vytvořené obrazce se dají velmi dobře snímat elektronicky tím, že na místo detekční plochy se zařadí například citlivá soustava fotodiod, která vyhodnotí střed difúzního obrazce.The generated images can be easily sensed electronically by placing, for example, a sensitive photodiode array in place of the detection area, which evaluates the center of the diffuse pattern.

Zařízení pro přesné stanovení středu světelného svazku najde využití všude tam, kde je potřeba zajistit vysokou přesnost měřických, kontrolních a vytyčovacích prací, tj. v geodézii, stavebnictví, strojírenství, zejména při liniových stavbách povrchových;' silničních, železničních, a zejména podpovrchových. Dále sa tímto zařízením umožňuje maximální zpřesnění objektivního fotoelektrického snímání středu světelného svazku.The device for the accurate determination of the center of the light beam will find use wherever it is necessary to ensure high accuracy of measuring, checking and setting out works, ie in geodesy, construction, engineering, especially in linear construction of surface structures. road, rail, and especially subsurface. Furthermore, this device allows maximum precision of objective photoelectric sensing of the center of the light beam.

PŘEDMÉTSUBJECT

Claims

SUBJECT

Apparatus for accurately determining the center of a light beam comprising a radiation source, preferably a laser, an optical member attached to the radiation source so as to have a common optical axis and detection surfaces, characterized by