מד טווח

מד טווח סטראוסקופי נייד ממלחמת העולם השנייה
מד טווח סטריאוסקופי על גבי גשר הסיירת הגרמנית אדמירל גראף שפה
מד טווח באמצעות חפיפה של המשחתת הפולנית ORP Wicher
חיילים אמריקניים בשנות ה-40 משתמשים במד טווח באמצעות חפיפה (מזוהה לפי העינית הבודדת)
מגדל מדידת טווח גרמני ממלחמת העולם השנייה בלה קורבייר, ג'רזי

מד טווח הוא מכשיר המשמש למדידת מרחקים לעצמים מרוחקים. במקור, מכשירים אופטיים שימשו כאמצעים למדידה, אך עד מהרה מצאו יישומים בתחומים אחרים. בשימושם הצבאי שימשו מדי הטווח למדידת טווח של מטרה. מדידה שאפשרה הכוונת תותחים מדוייקת יותר בתותחנות ימית ובארטילריה נגד מטוסים. מדידת הטווח שימשה גם לחישוב תנועה יחסית של המטרה תוך שימוש בחישוב קצב שינוי הטווח בהתבסס על המדידות. שימושים נוספים היו למיקוד התמונה בצילום וכיום עם התפתחות מדי טווח לייזר יש להם שימושים מגוונים נוספים.

הסטוריה

מד הטווח הראשון הומצא על ידי ג'יימס וואט בשנת 1769 והוכנס לשימוש בשנת 1771 במדידת תעלות. וואט כינה את המכשיר שלו מיקרומטר, מונח המשמש כיום במשמעות שונה בהנדסה (מד בורג מיקרומטר ). מד הטווח שפיתח וואט הורכב משתי שערות מקבילות במישור המוקד של עינית הטלסקופ, החוצות שערה זקופה. בנקודה הנמדדת, הותאמו שתי מטרות תוך הזזה על מוט המודד להתאמתן עם השערות בטלסקופ. לאחר מכן ניתן היה לקבוע את הטווח על פי המרחק בין המטרות על המוט באמצעות טריגונומטריה.

אנשים נוספים זכו לקרדיט על המצאת מד הטווח . החברה המלכותית לאמנויות(אנ') העניקה פרס לוו. גרין על המצאתו בשנת 1778, למרות מודעותם לעדיפות הפיתוח של וואט.

בשנת 1778, המציא גאורג פרידריך ברנדר(אנ') את מד הטווח באמצעות חפיפה (coincedence range finder(אנ')) . שתי מראות הממוקמות במרחק אופקי זו מזו בקופסה ארוכה ודקה, יוצרות שתי תמונות. מד טווח זה אינו דורש מוט מדידה במטרה ואולי ניתן להתייחס אליו כאל מד הטווח האמיתי הראשון. בשנת 1790, המציא ג'סי רמסדן(אנ') מד טווח חצי תמונה. למרות שלעתים קרובות ניתן בטעות קרדיט על ההמצאה לאלכסנדר סליגו(אנ'), סליגו המציא מד טווח משופר עם עדשות קבועות בשנת 1821 והוא אחראי להטבעת המונח.

בשנת 1881, אימצה הארטילריה המלכותית הבריטית את מד טווח השקעים (Depression range finder (אנ')), שפותח על ידי קפטן HSS ווטקין לשימוש בארטילריה חופית . הוא השתמש במדידת זווית השקע מהצופה, הממוקם בנקודת תצפית גבוהה, לקו המים של כלי השיט המטרה.^[1]

בשנת 1899, ייצר קרל פולפריך(אנ') מחברת Carl Zeiss AG, מד טווח סטריאוסקופי (Stereoscopic rangefinder (אנ')) פרקטי, המבוסס על פטנט של הקטור אלכסנדר דה גרוסילייר.^[2]

מדי טווח בתקופת מלחמת העולם השנייה פעלו בצורה אופטית עם שני טלסקופים הממוקדים באותה מטרה אך במרחק זה מזה לאורך קו בסיס. הטווח למטרה נמצא על ידי מדידת הפרש הכיוון בין שני הטלסקופים ופתרון המשולש הדק (Skinny triangle -משולש שבסיסו הוא צר משמעותית יחסית לגובהו (אנ')) . ניתן לקבל פתרונות באופן אוטומטי, באמצעות טבלאות או, לעיתים רחוקות, באמצעות חישוב ידני. ככל שהמרחק למטרה גדול יותר, כך קו הבסיס צריך להיות ארוך יותר למדידה מדויקת. אורכו של מד הטווח הוא קטן מאד יחסית לטווח אל המטרה ולכן ההפרש בין זויות הראיה משני צדדיו גם הוא קטן. בהתאם מד טווח בעל אורך גדול יותר משפר את דיוק מדידת הטווח ויש לכך חשיבות לא רק למדידת הטווח אלא גם למדידת קצב שינוי הטווח ממדידה למדידה שהוא מרכיב בחישוב תנועתה היחסית של המטרה ומיקומה העתידי בזמן פגיעת הפגז. מדי הטווח שהותקנו בספינות המלחמה היו באורכים שונים, היו מדי טווח באורך 9 רגל (2.7 מטר) והיו גם גם מדי טווח באורך 30 רגל (9 מטר). מדי טווח שהותקנו במכוון אופטי בספינות מלחמה בלטו עקב אורכם משני צידיו.

מדי טווח מודרניים משתמשים בטכנולוגיה אלקטרונית כגון לייזרים או מכ"ם .

מד טווח באמצעות חפיפה (Coincedence range finder)

מד טווח באמצעות חפיפה הוא סוג של מד טווח המשתמש בעיקרון הטריאנגולציה ובמכשיר אופטי כדי לאפשר למפעיל לקבוע את המרחק לעצם נראה לעין. ישנם תת -סוגים: מד טווח מפוצל, מד תמונה הפוכה או מד מרחק כפול, עם עקרונות שונים כיצד משווים שתי תמונות במשקפת אחת. מדי טווח באמצעות חפיפה היו אלמנטים חשובים במערכות בקרת אש עבור תותחים ימיים ארוכי טווח ותותחי חוף יבשתיים בסביבות 1890–1960. הם שימשו גם במצלמות מד טווח(אנ') .

מד טווח סטריאוסקופי נראה דומה, אך כולל שתי עיניות ומשתמש בעיקרון שונה, המבוסס על ראייה דו-עינית . בדרך כלל ניתן להבחין בין השניים במבט חטוף לפי מספר העיניות.

עִקָרוֹן פעולה

מדי טווח באמצעות חפיפה פועלים באמצעות עקרון הטריאנגולציה. בדוגמה המוצגת, ניתן להשתמש בטריאנגולציה כדי לקבוע את טווח הספינה 𝑑 . מיקום העדשות A ו-B ידוע, וזווית העדשות α ו/או β נקבעת על ידי המפעיל כך ששתיהן מכוונות למטרה. מכיוון שהמרחק בין A ל-B במד טווח באמצעות חפיפה הוא בדרך כלל קבוע, לאחר שהזווית נקבעה כהלכה, המפעיל צריך רק לקרוא את הטווח מהקנה מידה.

עיצוב

המכשיר מורכב מצינור ארוך עם עדשה הפונה קדימה בכל קצה ועינית למפעיל במרכז. שני טריזי פריזמה, אשר כאשר הם מיושרים, אינם גורמים לסטיית האור, מוכנסים לנתיב האור של אחת משתי העדשות. על ידי סיבוב המנסרות בכיוונים מנוגדים באמצעות גלגל שיניים דיפרנציאלי, ניתן להשיג מידה מסוימת של תזוזה אופקית של התמונה.

יישומים

מדי טווח אופטיים המשתמשים בעיקרון זה, למרות היותם רלוונטיים למספר שימושים, היו בשימוש נרחב למטרות צבאיות - קביעת טווח המטרה - ולשימוש בצילום, קביעת מרחק הצילום של נושא הצילום כדי לאפשר מיקוד בו. מדי טווח לשימוש בצילום היו בתחילה אביזרים, שמהם ניתן היה להעביר את קריאת המרחק למנגנון המיקוד של המצלמה; מאוחר יותר הם שולבו במצלמות מד טווח, כך שהתמונה הייתה בפוקוס כאשר התמונות חפפו אחת את השנייה.

שימוש

מד טווח באמצעות חפיפה משתמש בעינית אחת. אור מהמטרה נכנס למד המרחק דרך שני חלונות הממוקמים בשני קצות המכשיר. משני צידיו, קרן האור הפוגעת מוחזרת למרכז המוט האופטי על ידי מנסרה מחומשת(אנ'). המוט האופטי עשוי באופן אידיאלי מחומר בעל מקדם התפשטות תרמית נמוך, כך שאורכי המסלול האופטי אינם משתנים באופן משמעותי עם הטמפרטורה. קרן זו המוחזרת עוברת תחילה דרך עדשה אובייקטיבית ולאחר מכן מתמזגת עם קרן הצד הנגדי עם תת-מכלול של מנסרה עינית ליצירת שתי תמונות של המטרה, אותן הצופה רואה דרך העינית. מכיוון שכל אחת מהקרניים נכנסת למכשיר בזווית שונה במקצת, התמונה המתקבלת, אם לא תבוצע התאמה, תיראה מטושטשת. לכן, המפעיל מפצה כדי להטות את הקרן עד ששתי התמונות יתאימו ויחפפו אחת את השניה. מידת הסיבוב של המפצה קובעת את הטווח למטרה על ידי טריאנגולציה פשוטה.^[3] מדי טווח באמצעות חפיפה שיוצרו על ידי בר וסטראוד השתמשו בשתי עיניות, וייתכן שמראם החיצוני ייראה דומה למדי טווח סטריאוסקופיים. העינית השנייה הציגה למפעיל סקאלת טווח כך שהמשתמש יוכל למדוד ולקרוא את סקאלת הטווח בו זמנית.^[4]^[5]

מצלמה Leica I המשתמשת במד טווח באמצעות חפיפה
מד טווח גרמני באמצעות חפיפה, במלחמת העולם הראשונה בבלגיה
צוות השייך לחיל העזר לנשים מפעיל מד טווח וגובה בדצמבר 1942 לחישוב והעברת מידע על מטוס תוקף לקצין התותחנות

מד טווח סטראוסקופי (Stereoscopic range finder)

מד טווח סטריאוסקופי^[2] הוא מכשיר אופטי המודד מרחק מהצופה למטרה, תוך שימוש ביכולת הראייה הדו-עינית של הצופה.^[6] הוא דומה למד טווח באמצעות חפיפה, המשתמש בעקרונות שונים ויש לו רק עינית אחת. מכשירים גרמניים נטו להשתמש בעיקרון הסטריאוסקופי בעוד שמכשירים בריטים השתמשו במד טווח באמצעות חפיפה.

עיקרון פעולה

מד טווח סטריאוסקופי משתמש בשתי עיניות ומסתמך על קליפת המוח הראייתית של המפעיל כדי למזג את שתי התמונות לתמונה אחת. סימן ייחוס מוכנס בנפרד לכל עינית. המפעיל מכוון תחילה את כיוון מד הטווח כך שהסימן הקבוע יהיה ממורכז על המטרה, ולאחר מכן מסובבים את המנסרות עד שהסימן נראה חופף בתצוגה המשולבת של המפעיל.^[7] הטווח למטרה הוא פרופורציונלי למידת הסיבוב של המנסרות.^[8]

מד טווח סטראוסקופי מתוצרת באוש ולום דגם M2 במוזיאון המלחמה Overloon בהולנד
מד טווח גרמני סטראוסקופי במוזיאון הסטוריית המלחמה בבריסל
מד טווח סטראוסקופי מתוצרת באוש ולום דגם M1 בשימוש בנוקופטאו באוקיינוס השקט על ידי חיל הנחתים של ארצות הברית בנובמבר 1943
מד טווח סטראוסקופי ששרד מהסיירת הגרמנית אדמיראל גראף שפה בתצוגה במונטווידאו, אורוגוואי

השוואה בין מד טווח באמצעות חפיפה למד טווח סטראוסקופי

בנובמבר ודצמבר 1941, ערכה הועדה הלאומית לחקר ההגנה (NDRC (אנ')) של ארצות הברית ניסויים מקיפים בין מד המרחק הסטריאוסקופי האמריקאי Bausch and Lomb(אנ') מדגם M1 לבין מדי הטווח על ידי חפיפה הבריטיים Barr and Stroud(אנ') מדגם FQ 25 ו-UB 7, והגיעה למסקנה כי הניסויים אינם מצביעים על הבדל משמעותי בדיוק שניתן להשיג משני סוגי המכשירים - סטראוסקופיים ועל ידי חפיפה. עם זאת, הם מצביעים על כך שההבדל בביצועים בין מכשירים גדולים וקטנים אינו גדול בשום אופן כפי שניתן היה לצפות מאופטיקה גיאומטרית פשוטה. הדו"ח מסכם באמונה שחדות המדידה הסטריאוסקופית והמדידה באמצעות חפיפה הן בערך שוות. בתנאים נוחים, מכשירים קיימים משני הסוגים מתפקדים באותה מידה, והבחירה ביניהם לכל מטרה נתונה צריכה להתבסס על ענייני נוחות הקשורים לתנאים הספציפיים שבהם הם אמורים לשמש.^[9]

מאתר גובה

ניתן לשלב את זווית הראייה של מד טווח ואת הטווח למטרה במחשב פשוט כדי לייצר מדידת גובה. המכשיר המתקבל הופך למד טווח משולב של גובה והיה ציוד סטנדרטי עבור יחידות נ"מ יבשתיות וימיות. מד הטווח הסטריאוסקופי היה עדיף על פני מדי טווח צידיים עבור ארטילריה נ"מ מכיוון שניתן היה לעקוב בקלות אחר עצמים קטנים ומהירים מול שמיים בעלי ניגודיות נמוכה.

מד טווח לייזר

ערך מורחב – מד טווח לייזר

מד טווח לייזר, הידוע גם כמד מרחק לייזר, הוא מד טווח המשתמש בקרן לייזר כדי לקבוע את המרחק לעצם. הצורה הנפוצה ביותר של מד טווח לייזר פועלת על ידי שליחת פולס לייזר בקרן צרה לעבר העצם ומדידת הזמן שלוקח לפולס להשתקף מהמטרה ולחזור לשולח. בשל מהירות האור הגבוהה, טכניקה זו אינה מתאימה למדידות תת-מילימטריות מדויקות, שבהן משתמשים לעתים קרובות בטריאנגולציה ובטכניקות אחרות. מדי טווח לייזר מסווגים לעיתים כסוג של לידאר נייד ללא סורק.

יישומי מד טווח לייזר

יישומים של מד טווח לייזר כוללים מדידה, ניווט, סיוע במיקוד בצילום, מדידת מרחק של חבטה בגולף, שימוש בבקרת אש למדידת טווח מדויק אל מטרה לצרכי הכוונת ירי של קליע או פגז למרחק. שימוש בקשתות לציידים המשתמשים בחץ וקשת.^[10]^[11] שימוש למדידות מרחק ביערנות. ושימוש במערכות מציאות מדומה לזיהוי תנועות של מפעילים ולאיתור עצמים.

ראו גם

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא מד טווח בוויקישיתוף

מד טווח, כולל מד טווח סטראוסקופי והמתבסס על חפיפה, אתר פרוייקט דרדנוט
קפטן כריסטופר פ. קרלסון, מצגת על ההתפתחות של מדי טווח אופטיים, אתר The Admiralty trilogy, שנת 2024
מד טווח על ידי חפיפה ומד טווח סטראוסקופי על פי פרסום על אמצעי בקרת אש של האקדמיה הימית בארצות הברית, באתר ibiblio, שנת 1934
מד טווח סטראוסקופי, באתר האוניברסיטה של מלבורן, שנת 1998
מד טווח, באתר אנציקלופדיה בריטניקה
פרק מדי טווח בספר כיס לתותחנים בצי המלכותי, שנת 1945
מדי טווח בפרק מרכיבי מערכת בקרת אש מתוך ספר יסודות בקרת האש, שנת 1953
פרק 16F - אמצעים אופטיים (כולל מדי טווח) בספר תחמושת ותותחנות ימית, מהדורה מקוונת של הספר Naval Ordnance and Gunnery, Volume 2 Fire Control בהוצאת NAVPERS U.S. Navy, Bureau of Naval Personnel משנת 1958

הערות שוליים

↑ Sambrook, Stephen C (2015). The Optical Munitions Industry in Great Britain, 1888–1923. Taylor & Francis. p. 27. ISBN 978-1-317-32103-3.
1 2 Improved Stereoscopic Telemeter, GB189317048 (A), 1894-07-14
↑ Yoder, P.R., "Mounting optics in optical instruments", 2nd Ed., Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, United States (2008), p. 239
↑ "The RN Pocket Gunnery Book, paragraph 359". {{cite web}}: (עזרה)
↑ "FM 4-15, Seacoast Artillery fire control and position finding, pp. 58–71". אורכב מ-המקור ב-2019-05-02.
↑ תותחנות ותחמושת ימית, מדי טווח CHAPTER-16-F, באתר www.eugeneleeslover.com, ‏1958
↑ Naval Ordnance and Gunnery - Volume 2, Fire Control, Chapter-16-F: Rangefinders, U.S. Government Printing Office, Washington D.C., 1958
↑ FM 4-15, Coast Artillery Field Manual, Seacoast Artillery Fire Control and Position Finding, U.S. Government Printing Office, Washington, 1940, pp. 58–71
↑ "Field Comparison of Instrument Types" (PDF), Rangefinders and Tracking, Summary Technical report of NDRC, Division 7 (Fire Control), U.S. Defense Technical Information Center, 2: 17–18, 1947, אורכב מ-המקור (PDF) ב-31 במרץ 2019 {{citation}}: (עזרה)
↑ Ulmer, Randy (2023-05-11). "All You Need to Know About Rangefinders - Bowhunter". Bowhunter (באנגלית אמריקאית).
↑ Ulmer, Randy (30 ביוני 2023). "Understanding Angle-Compensating Rangefinders". Bowhunter Magazine. {{cite web}}: (עזרה)

[1] Sambrook, Stephen C (2015). The Optical Munitions Industry in Great Britain, 1888–1923. Taylor & Francis. p. 27. ISBN 978-1-317-32103-3.

[:0-2] 1 2 Improved Stereoscopic Telemeter, GB189317048 (A), 1894-07-14

[3] Yoder, P.R., "Mounting optics in optical instruments", 2nd Ed., Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, United States (2008), p. 239

[4] "The RN Pocket Gunnery Book, paragraph 359". {{cite web}}: (עזרה)

[FM4-15-58-5] "FM 4-15, Seacoast Artillery fire control and position finding, pp. 58–71". אורכב מ-המקור ב-2019-05-02.

[6] תותחנות ותחמושת ימית, מדי טווח CHAPTER-16-F, באתר www.eugeneleeslover.com, ‏1958

[7] Naval Ordnance and Gunnery - Volume 2, Fire Control, Chapter-16-F: Rangefinders, U.S. Government Printing Office, Washington D.C., 1958

[FM4-15-582-8] FM 4-15, Coast Artillery Field Manual, Seacoast Artillery Fire Control and Position Finding, U.S. Government Printing Office, Washington, 1940, pp. 58–71

[9] "Field Comparison of Instrument Types" (PDF), Rangefinders and Tracking, Summary Technical report of NDRC, Division 7 (Fire Control), U.S. Defense Technical Information Center, 2: 17–18, 1947, אורכב מ-המקור (PDF) ב-31 במרץ 2019 {{citation}}: (עזרה)

[10] Ulmer, Randy (2023-05-11). "All You Need to Know About Rangefinders - Bowhunter". Bowhunter (באנגלית אמריקאית).

[11] Ulmer, Randy (30 ביוני 2023). "Understanding Angle-Compensating Rangefinders". Bowhunter Magazine. {{cite web}}: (עזרה)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]