RU2224983C2

RU2224983C2 - Optical system of light range finder

Info

Publication number: RU2224983C2
Application number: RU2000100548/28A
Authority: RU
Inventors: И.В. Лесных; В.А. Середович; кин А.К. Син; А.К. Синякин; А.В. Кошелев; М.Е. Миронов
Original assignee: Сибирская государственная геодезическая академия
Priority date: 2000-01-10
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: given optical system can be employed as additional optical system of light range finder. Optical system of light range finder includes corner reflector, system of reflecting elements installed is series with reflection surfaces facing one another. Reflecting elements are positioned in pairs. One pair is mechanically coupled to range finder, another pair is linked to corner reflector. Each pair of reflecting elements forms triple mirror optically equivalent to corner reflector. Optical reflecting elements not lying on optical axis of radiator are arranged in symmetry relative to this axis. EFFECT: raised precision of measurements. 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано как дополнительная оптическая система к светодальномеру, позволяющая увеличить точность измерения расстояния, дальномерами с совмещенными приемными и передающими каналами. The proposed device relates to geodetic instrumentation and can be used as an additional optical system to the light range finder, which allows to increase the accuracy of distance measurement by range finders with combined receiving and transmitting channels.

Известна оптическая система для исследования лазерных дальномеров при их метрологической аттестации [1], содержащая узел для задания эталонного расстояния и предназначенный для увеличения оптической длины измеряемой линии. Недостатком является большое количество отражающих элементов, каждый из которых необходимо юстировать в составе и относительно всего устройства в целом. Known optical system for the study of laser rangefinders with their metrological certification [1], containing a node for setting a reference distance and designed to increase the optical length of the measured line. The disadvantage is the large number of reflective elements, each of which must be adjusted in the composition and relative to the entire device as a whole.

Известен интерферометр для измерения линейных перемещений объекта [2], содержащий два уголковых отражателя для увеличения оптической длины измеряемой линии с целью повышения чувствительности интерферометра. Недостатком оптической схемы этого интерферометра является несимметричность оптической схемы интерферометра относительно оптической оси излучателя. Known interferometer for measuring linear displacements of an object [2], containing two corner reflectors to increase the optical length of the measured line in order to increase the sensitivity of the interferometer. The disadvantage of the optical design of this interferometer is the asymmetry of the optical design of the interferometer relative to the optical axis of the emitter.

Известно интерференционное устройство [3] для измерения штриховых мер с четырехкратным прохождением световым потоком измеряемого расстояния с целью повышения точности измерения. Но эту оптическую схему невозможно применить для измерения дальности светодальномером, что и является недостатком схемы. Known interference device [3] for measuring line measures with four times the passage of the light flux of the measured distance in order to improve the accuracy of measurement. But this optical scheme cannot be used to measure range with a light-range finder, which is a drawback of the scheme.

Новым признаком в предлагаемом изобретении является то, что отражающие элементы расположены попарно и образуют системы тройных зеркал, таким образом, что луч света проходит путь от светодальномера до внешнего оптического отражателя, шесть раз возвращаясь к светодальномеру. A new feature in the present invention is that the reflecting elements are arranged in pairs and form a triple mirror system, so that the light beam travels from the light range finder to the external optical reflector, returning six times to the light range finder.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Comparison of the proposed solutions not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field allows us to conclude that the criteria of "novelty" and "inventive step".

Задачей предлагаемого устройства является повышение точности измеряемого расстояния за счет умножения оптической длины измеряемой линии, симметричным расположением отражающих элементов относительно оптической оси светодальномера. The objective of the proposed device is to increase the accuracy of the measured distance by multiplying the optical length of the measured line, the symmetrical arrangement of the reflecting elements relative to the optical axis of the light range finder.

Поставленная задача достигается тем, что оптическая система для умножения длины оптического пути, содержащая уголковый отражатель, систему отражательных элементов, установленных последовательно один за другим, отражающими поверхностями навстречу друг другу, согласно изобретению система снабжена отражающими элементами, расположенными таким образом, что луч света, испускаемый излучателем светодальномера, возвращается обратно к светодальномеру по тому же пути, проходя расстояние, равное шестикратному расстоянию от излучателя до уголкового отражателя, причем отражающие элементы расположены попарно, одна пара механически жестко связана с дальномером, другая с внешним уголковым отражателем. Каждая пара отражательных элементов образует тройное зеркало, оптически эквивалентное уголковому отражателю, при этом призмы 3 и 6 на внешнем оптическом отражателе размещены симметрично на расстоянии d от призмы 2. Лучи света, идущие от призмы 3 к призме 4, от призмы 5 к призме 6, распространяются параллельно лучу света, идущему от излучателя. The problem is achieved in that the optical system for multiplying the length of the optical path, comprising an angular reflector, a system of reflective elements installed in series one after another, reflecting surfaces facing each other, according to the invention, the system is equipped with reflective elements arranged so that the light beam emitted emitter of the light range finder, returns back to the light range finder along the same path, passing a distance equal to six times the distance from the emitter to the angle ovogo reflector wherein the reflective elements are arranged in pairs, one pair of rigidly mechanically connected with a rangefinder, the other with the outside corner reflector. Each pair of reflective elements forms a triple mirror optically equivalent to a corner reflector, with prisms 3 and 6 on the external optical reflector placed symmetrically at a distance d from prism 2. The rays of light coming from prism 3 to prism 4, from prism 5 to prism 6, propagate parallel to a ray of light coming from the emitter.

Изобретение поясняется оптической схемой, представленной на фиг. 1. На фиг. 2. показан ход лучей через пару призм 2 и 3. The invention is illustrated by the optical circuit shown in FIG. 1. In FIG. 2. The ray path through a pair of prisms 2 and 3 is shown.

Оптическая схема состоит из светодальномера 1, поворотных призм 2, 3, 4, 5, оптического отражателя 6. Новыми элементами системы являются поворотные призмы 2, 3, 4, 5. Пары призм 2, 3 и 4, 5 образуют поворотные системы, поворачивающие пучок света в обратном направлении, причем призмы 2, 3, 6 образуют новый внешний оптический отражатель, поворачивающий пучок света так же, как одиночный трипель-призменный отражатель. Ход одного из лучей пучка через призмы 2, 3 показан на фиг. 2. В каждой паре одна призма имеет одну отражающую поверхность, другая две. Отражающие поверхности в каждой из пар призм взаимно перпендикулярны. The optical system consists of a light range finder 1, rotary prisms 2, 3, 4, 5, an optical reflector 6. The new elements of the system are rotary prisms 2, 3, 4, 5. A pair of prisms 2, 3, and 4, 5 form rotary systems that rotate the beam light in the opposite direction, and prisms 2, 3, 6 form a new external optical reflector, turning the light beam in the same way as a single triple-prism reflector. The course of one of the beam rays through prisms 2, 3 is shown in FIG. 2. In each pair, one prism has one reflective surface, the other two. The reflecting surfaces in each of the pairs of prisms are mutually perpendicular.

Сущность метода, реализуемого с помощью предлагаемого устройства, рассмотрим на конкретном примере с использованием наиболее распространенного отечественного светодальномера СТ5. Примем погрешность измерения расстояний этим дальномером, равным m_D = 10+5 мм/км [3]. При измерении расстояния 0,2 км обычным дальномером, погрешность измерения будет равна 11 мм. При использовании оптического умножения длины измеряемой линии в три раза погрешность возрастет и будет оцениваться величиной m_3D. Для этого метода будет справедлива формула
3D_изм=3D_ист+m_3D, (1)
где D_изм - измеряемое расстояние. Для получения однократного расстояния уравнение (1) следует разделить на 3. В результате получим: D_изм=D_ист+m_3D/3. Отсюда следует, что погрешность измерений m_3D/3 будет 4 мм, что примерно в три раза точнее, чем m_D = 11 мм в обычном методе.The essence of the method implemented using the proposed device, consider a specific example using the most common domestic light-range finder ST5. We accept the error in measuring distances with this range finder, equal to m _D = 10 + 5 mm / km [3]. When measuring a distance of 0.2 km with a conventional range finder, the measurement error will be 11 mm. When using optical multiplication of the length of the measured line by three times, the error will increase and will be estimated by the value of m _3D . For this method, the formula will be valid
3D _measurement = 3D _source + m _3D , (1)
where D _ISM - the measured distance. To obtain a single distance, equation (1) should be divided by 3. As a result, we get: D _ISM = D _source + m _3D / 3. It follows that the measurement error m _3D / 3 will be 4 mm, which is approximately three times more accurate than m _D = 11 mm in the usual method.

Оптическая система работает следующим образом. Измерительный луч от светодальномера направляется на поворотную систему призм 2, 3. Призмы размещены в горизонтальной плоскости так, что призма 2 находится на оптической оси объектива светодальномера. Далее пучок света попадает на призму 3, размещенную симметрично с внешним оптическим отражателем относительно призмы 2 и на некотором расстоянии d. Отразившись от призмы 3, световой луч распространяется параллельно оптической оси объектива светодальномера и попадает на призму 4. Призмы 4, 5 образуют систему, аналогичную поворотной системе, состоящую из призм 2 и 3. Отразившись от зеркала 3, пучок света погадает на трипель-призму 6. Обратно до светодальномера пучок света распространяется по тому же пути. Поскольку призмы в поворотных системах расположены симметрично относительно оптической оси светодальномера и стоят в одной плоскости с дальномером, то угловые подвижки внешнего оптического отражателя на несколько угловых градусов в вертикальной и горизонтальной плоскости, относительно рабочего положения, не приводит к изменению показаний отмеренной дальности светодальномера. The optical system operates as follows. The measuring beam from the light range finder is directed to the rotary system of prisms 2, 3. The prisms are placed in a horizontal plane so that the prism 2 is on the optical axis of the lens of the light range finder. Next, the light beam enters the prism 3, placed symmetrically with an external optical reflector relative to the prism 2 and at a certain distance d. Reflected from prism 3, the light beam propagates parallel to the optical axis of the lens of the light range finder and hits prism 4. Prisms 4, 5 form a system similar to the rotary system, consisting of prisms 2 and 3. Reflected from mirror 3, the light beam is incident on the triple prism 6 . Back to the light range finder, a beam of light propagates along the same path. Since prisms in rotary systems are located symmetrically with respect to the optical axis of the light range finder and are in the same plane as the range finder, the angular movements of the external optical reflector by several angular degrees in the vertical and horizontal plane relative to the working position do not lead to a change in the readings of the measured range of the light range finder.

Оптические призмы могут быть заменены системой отражающих поверхностей, расположенных и сориентированных согласно фиг. 1. Optical prisms can be replaced by a system of reflective surfaces arranged and oriented according to FIG. 1.

Таким образом, умножение длины измеряемой линии, с помощью дополнительной оптической системы светодальномера повышает точность измерения дальности приблизительно в три раза. Thus, the multiplication of the length of the measured line, using an additional optical system of the light range finder, increases the accuracy of the range measurement by approximately three times.

Современная промышленность нуждается в таких устройствах поскольку предлагаемое устройство в составе дальномера позволяет существенно повышать точность измерения дальности при выполнении следующих работ: монтаж промышленного оборудования, создание прецизионных геодезических сетей, геодезического обеспечения строительных работ и т.д. Modern industry needs such devices because the proposed device as part of a rangefinder can significantly increase the accuracy of range measurement when performing the following works: installation of industrial equipment, creation of precision geodetic networks, geodetic support for construction work, etc.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1700361 А1, кл. G 01 С 3/00.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR 1700361 A1, cl. G 01 C 3/00.

2. Авторское свидетельство СССР 1275205 А1, кл. G 01 В 9/02 - аналог. 2. Copyright certificate of the USSR 1275205 A1, cl. G 01 B 9/02 - analog.

3. Авторское свидетельство СССР 1224568 А1, кл. G 01 B 9/02 - прототип. 3. Copyright certificate of the USSR 1224568 A1, cl. G 01 B 9/02 - prototype.

Claims

The optical system of the light range finder, containing an angular reflector, a system of reflective elements installed sequentially one after another, reflecting surfaces facing each other, characterized in that it is equipped with reflective elements that are arranged in pairs, one pair is mechanically rigidly connected to the range finder, the other with an external corner reflector , each pair of reflective elements forms a triple mirror, optically equivalent to a corner reflector, optical reflective elements not lying on the optical eskoy emitter axis, are arranged symmetrically about this axis.