Устройство для определения отклонения светового луча от вертикали

П И с А Н И Е (ц)705259ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликл У(51)М. Кл. 6 01 С 15/18 3 Ъоударстнвнный комитет СССР но делам изобретений н отнрмтнй(71) Заявитель Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В. И, Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ СВЕТОВОГО ЛУЧА ОТ ВЕРТИКАЛИ Целью изобретения является расширение Э, углового диапазона контролируемых отклонений светового луча от вертикали при сохране.нни высокой точности настройки вертикальногохода светового луча и увеличение дальностидействия,Изобретение относится к области оптическогоприборостроения и может быть использованов геодезии, строительстве, машиностроении иэкспериментальной физике для выставлениясветового луча в вертикальном направлении,Известно устройство для определения и настройки вертикального хода световых лучейпри помощи различных отражающих элементови зрительной трубы 11),Суть его состоит в том, что луч света направляется на предварительно горизонтированную прозрачную плоскость с коэффищентомотражения 4 - 5% и расположенный за ней уголковый 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. На.блюдаемое в фокальной плоскости зрительной трубы отклонение подвижного изображения от неподвижного является мерой отклонения светового луча от вертикали, При совмещении этих изображений световой луч падает нормально на горизонтальную плоскость прозрачной гдастнцки и направлен по вертикали.Однако из-за взаимной пространственной расходнмости двух отраженных световых пучков, формирующих в фокальной плоскости зрительной трубы два точечных изображенияисточника света, угловой диапазон контролируе.мых отклонений светового луча от вертикали невелик. Он определяется половинным утлом, под которым виден диаметр входного зрачка зрительной трубы с местоположения отражателя и, следовательно, уменьшается с увеличением дальности действия.705259 4 3 Это достигается тем, что в предлагаемомустройстве отражающий элемент выполнен ввиде тетраздрической призмы с двумя плоски.ми и одной цилиндрической отражающими гра.нями,На чертеже представлена общая схема пред.лагаемого устройства: где 1 - световой луч,вертикальность которого определяется, 2 -тетраэдрический призменный отражатель с двумящрскими и одной цилиндрической отражаю.щимй гранями, 3 - входная, частично отражаю.щая грань призмы, 4 - зрительная труба,5 - измерительный окуляр, 6 - полупрозрачное зеркало.Триппель-призма имеет прямой двутранныйугол между плоскими отражающими гранямиХО 2 и УО 2. Образующие цилиндрической по.,верхности третьей отражавшей грани призмыпараллельны плоскости ХОУ прямоугольнойсистемы координат Х, У, 2 и образуют с осямиОХ и ОУ углы, равные 45, плоский утоп омежду осью 2 и нормалью к цилиндрическойповерхности в точке пересечения ее с входнойгранью мал (Ю = - ), где ОР - ширинаоРцилиндрической поверхности в направлении,перпендикулярном обраэуюшей; г - радиускривизны цилиндрической грани, Входная граньтетраэдрической призмы - плоская с частичноотражающей поверхностью,Из оптических свойств такого отражателяизвестно," что при освещении его коллимированным световым пучком в результате последовательного отражения света от трех граней лолучаютсядва отраженных пучка ленточной формы.Ленточными их называют потому, что они коллимированы в одной плоскости и расходятсяв другой, ей перпендикулярной, Оси двух лентовых пучков совпадают и направлены падаю щему световому лучу. Если падающий свето-вой луч образует равные углы с осями координат Х, У, 2, то есть перпендикулярен квходной грани призмы, то в фокальной плоскости зрительной трубы наблюдается прьгмоугольный крест, угловые"размерЬ 1 которото рав.ны 4 о п и,д О и для вертикального и го 4.ризонтального пучка соответственно (и - показатель преломления материала призмы), Припроизвольном направлении падения световоголуча изменяются угол креста и его размеры,однозначно связанные с направлением радениясветового луча на отражатель и,следовательно,позволяющие судить об отклонении светового"луча от нормального падения, Крестообразноеизображение формируется при больших углах" - всем угловом диапазоне возвратноотражающего действия призмы, который, как известно,может доходить почти до 9 О,Устройство работает следуоьььььм образом.Коллимнрованный световой пучок 1, вертикальность которого необходимо определить, направляется на тетраэдрический призмепный отражатель 2 с одной цилиндрической отражаюьцейгранью. При помощи прецезионных уровнейотражатель установлен таким образом, чтобыего входная грань 3, частично отражающаясвет, была горизонтальна, Полупрозрачным зер.калом 6 отраженный призмой свет направляется в объектив зрительной трубы 4, в фокальной плоскости которой формируется крестообразное ьлучи А) и точечное изображение (лу.чи Б) источника света, наблюдаемые черезокуляр 5. В случае больших отклонений све.тового луча от вертикали присутствует толькокрестообразное изображение источника света.Отклонение светового луча от вертикали вэтом случае определяется путем измерениялинейных размеров и формы креста с помощью,например, двух взаимно перпендикулярных сеток измерительного окуляра,Для выставления луча в вертикальное направ.ление изменяют направление падения световоголуча, добиваясь правильной формы креста, отвечающей падению светового луча, близкомук нормали, при котором в поле зрения зрительной трубы, кроме креста, появляется точечноеизображение источника, получающееся.за счетотражения части светового потока от входнойграни отражателя. При совмещении точечного изображения с центром креста. падающий све. товой луч выставляется в вертикаль с высокой точностью (несколько угловых секунд).Таким образом,. в данном устройстве информация о больших от)слонениях 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 раэ. меры крестообразного изображения не превышали угловых размеров поля зрения зрительной трубы при всех допустимых углах падениясветовых лучей на отражатель. Для этого необходимо, чтобы угол е был равен: У. - из, (1) 46где со - угловое поле зрения зрительной трубы.Так как отраженные лснточньье пучки, фор. мирующиекрестообразное изображение, распространяются симметрично относительно направления падающего пучка, то пук выполнении условия 11, угловые размеры этих отражениььх пучков будут меньше углового поля зрения зритель5 705259 ной трубы, и следовательно, всегда будут попадать в приемный объектив, формируя крестообразное изображение практически неэависи мо от расстояния между отражателем и зрительной трубой. 5 оставитель Н хРед Д,АлР истич КорректорГ. Назаро дактор Л е каз 8013/42 844 осударстве ам изобрете ква, Ж,Поднного комитета СССий и открытийРаушская наб., д. 4/ ое ИП 13035, М П "Патент", г. Ужгород, ул. Пров Ф Формула изобретенияУстройство для определения отклонения све. тового луча от вертикали, содержащее зритель ную тРубу, полупрозрачное зеркало, установленйое под утлом 45 к оптической оси зрительной трубы, и отражающий элемент в виде тетраэдрической призмы с горизонтированной частично отражающей фронтальной гранью, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью распврения углового диапазона контролируе:мых отклонений светового луча от вертикаль.ного направления и увеличения дальности действия, отражающий элемент выполнен в видететраэдрической призмы с двумя плоскимии одной цилиндрической отражающими гранями, причем радиус кривизны цилиндрическойграни н ширина цилиндрической поверхностивыбираются такими, чтобы угловые размеры1 Осветовых пучков, возвращенных отражателемне превышали угловых размеров сополя зре.ния зрительной трубы при всех допустимых углах падения световых лучей на отражатель.Источникч информации,принятые во внимание прн экспертизе1. Авторское свидетельство СССР И 301532,кл, 6 01 С 15/08, 1969 (прототип).