CN102155939B - 激光自动安平垂准仪 - Google Patents

Abstract

一种激光自动安平垂准仪，由垂准仪本体和激光光源构成，其特点在于：所述的垂准仪本体的构成自下而上依次是液态自动安平装置、λ/4波片和第一偏振分光棱镜，所述的液态自动安平装置内装有液体，在该液体的表面浮设一块反射镜，所述的第一偏振分光棱镜的分光面与所述的平面反射镜的垂直线成45°，所述的激光光源包括激光器，沿该激光器的激光垂直输出方向自上而下依次是望远系统、λ/2波片、第二偏振分光棱镜，该第二偏振分光棱镜的分光面与所述的激光方向成45°，在第二偏振分光棱镜的左侧是带有中心通孔的十字分划板，右侧置有成像系统。本发明具有精度高、可调、结构简单和造价低的特点。

Description

激光自动安平垂准仪

技术领域

本发明公开了一种新型激光垂准仪的设计和制造技术，属于光学测量仪器类。 

背景技术

用液体安平的激光垂准仪多为双层液体形式，但由于双层液体补偿的中间环节多，精度进一步提高受到限制，普通的反射式液体安平虽然可以解决这样的问题，但激光垂准仪的能量损失严重，这两种激光垂准仪难以消除系统反射杂散光而影响实际应用的效果。为了保证垂准仪的精度，目前普遍使用的激光垂准仪都需定期检定校准以后才能使用，在使用的过程中并不能确定该垂准仪的精度。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种激光自动安平垂准仪，解决以往双层液体安平的激光垂准仪液面反射杂光问题，解决普通液体反射式安平法的能量损失问题，解决普通垂准仪定期检定校准、使用过程中精度不确定问题，具有精度可调，结构简单，造价低廉的特点，是建筑、装潢、安装和测试的重要工具。 

本发明的技术解决方案如下： 

一种激光自动安平垂准仪，由垂准仪本体和激光光源构成，其特点在于：所述的垂准仪本体的构成自下而上依次是液态自动安平装置、λ/4波片和第一偏振分光棱镜，所述的液态自动安平装置内装有液体，在该液体的表面浮设一块反射镜，所述的第一偏振分光棱镜的分光面与所述的平面反射镜的垂直线成45°，所述的激光光源包括激光器，沿该激光器的激光垂直输出方向自上而下依次是望远系统、λ/2波片、第二偏振 分光棱镜，该第二偏振分光棱镜的分光面与所述的激光方向成45°，在第二偏振分光棱镜的反射光输出方向是带有中心通孔的十字分划板，经该十字分划板的中心通孔输出的水平激光恰好射入所述的第一偏振分光棱镜的中心，经第一偏振分光棱镜反射后垂直地射向所述的平面反射镜，在所述的第二偏振分光棱镜的右侧置有成像系统。 

所述的λ/4波片具有调节装置。 

本发明的技术效果： 

由于本发明使用与传统激光垂准仪不同的原理，本发明垂准仪对使用地面没有严格的要求。如果使用地方狭小，不足以放下三角架时，可以直接将本发明垂准仪放置在需要位置，即使垂准本体的中轴线对地面不垂直，液体自动安平装置中的反射镜在重力与液体的浮力共同作用下，仍能保证反射镜的法线方向与重力方向一致，根据光学基本原理可知，入射光与反射光重合时，反射光与法线夹角为零，即反射光与法线方向一致。 

本发明由于采用激光准直装置与垂准仪本体分离方式，具有精度高、结构简单，造价低的特点，是建筑、装潢、安装、测试的广泛的工具化仪器。 

附图说明

图1是本发明激光自动安平垂准仪的光路示意图。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。 

请参阅图1，由图可见，本发明激光自动安平垂准仪，由垂准仪本体10和激光光源13构成，所述的垂准仪本体10的构成自下而上依次是液态自动安平装置11、λ/4波片2和第一偏振分光棱镜3，所述的液态 自动安平装置11内装有液体12，在该液体12的表面上浮设一块反射镜1，所述的第一偏振分光棱镜3的分光面与所述的平面反射镜1的法线成45°，所述的激光光源13包括激光器7，沿该激光器7的激光垂直输出方向自上而下依次是望远系统6、λ/2波片5、第二偏振分光棱镜4，该第二偏振分光棱镜4的分光面与激光方向成45°，在第二偏振分光棱镜4的反射光输出方向是带有中心通孔的十字分划板9，经该十字分划板9的中心通孔输出的水平激光恰好射入所述的第一偏振分光棱镜3的中心，经第一偏振分光棱镜3反射后垂直地射向所述的平面反射镜1，在所述的第二偏振分光棱镜4的右侧置有成像系统8。 

所述的λ/4波片2具有调节装置。 

液态自动安平装置11设在垂准仪本体10的底部，装置里面装有液体2，液体的表面漂浮一块质量、厚度均匀的薄塑料材质的平面反射镜1，为了提高反射率，反射镜面镀上零度工作激光光源波长的反射膜，由于液体自由表面是水平的，在浮力和液体表面张力共同作用下，该平面反射镜面保存水平状态，所述的液态自动安平装置11用平面透镜密封。本发明实施原理如下： 

将激光自动安平垂准仪固定在三角架基座上，调整垂准仪本体上三角架基座上的调节旋钮使得垂准仪上的圆水泡处于正常水平。液体自动安平装置中漂浮于液体表面的平面反射镜1，在重力、液体浮力及表面张力共同作用下，平面反射镜1的法线与重力方向保持一致。调整所述的λ/4波片2使之处于激光光路以外位置，打开激光器7开关，发出的激光经，经过λ/2波片5后变为线偏振光，调整波片方向，使得激光经第二偏振分光棱镜4后全部反射后，经过分划板9中心小孔及设置在垂准仪本体10上的第一偏振分光棱镜3反射后入射平面反射镜1，由于该平面反射镜1的法线与重力方向一致，激光经平面反射镜1反射回来， 再经第一偏振分光棱镜3反射后，通过成像系统8观察，若激光光束完全通过分划板9中心小孔，则认为激光经液体表面的所述的平面反射镜反射后，沿原路返回。成像系统8由透镜组构成，主要起放大成像。根据光路可逆原理可以确认：激光经平面反射镜1反射后，传播方向与反射镜法线方向一致，经第一偏振分光棱镜3透射后，不改变激光传播方向，即激光与重力方向一致。调整λ/4波片2的位置，使λ/4波片2处于激光光路中，激光两次通过λ/4波片2后仍为线偏振光，第二次通过该波片后的激光偏振方向与第一次通过前的线偏振光偏振方向垂直，激光透过第一偏振分光棱镜3竖直射出，一束竖直向上的工作激光建立起来。 

若激光光束不完全通过分划板9中心小孔，调节第一偏振分光棱镜3的角度，使激光光束完全通过分划板9中心小孔。调整λ/4波片2位置，使λ/4波片2处于激光光路中，激光两次通过λ/4波片2后仍为线偏振光，第二次通过该波片后的激光偏振方向与第一次通过前的线偏振光的偏振方向垂直，激光透过第一偏振分光棱镜3竖直射出，一束竖直向上的工作激光建立起来。 

在实际使用过程中，可旋转λ/4波片2的光轴，使第二次通过该波片后的激光偏振方向与第一次通过前的线偏振光偏振方向不完全垂直，使经反射镜1反射的激光部分透过第一偏振分光棱镜3后竖直向上射出，一束竖直工作激光就建立起来了。另外一部分反射光可作为参考光，当参考光不完全通过分划板9中心小孔时，可重复以上步骤以保证使用过程中垂准仪的精度。 

本发明之激光垂准仪的精度： 

设激光光源与垂准仪本体的距离为1，激光经透镜会聚在分划板9上的读数为d，激光与重力方向夹角为α，根据光学知识可得： 

tanα＝d/2λ 

激光光源与垂准仪本体的距离1可以根据需要自行调节，使用过程中，很容易就可以得出其精度。 

由于使用与传统激光垂准仪不同的原理，本发明垂准仪对使用地面没有严格的要求。如果使用地方狭小，不足以放下三角架时，可以直接将本新型垂准仪放置需要位置，后面使用与前面所述相同。即使垂准本体中轴线不垂直，液体自动安平装置中的反射镜在重力与液体的浮力共同作用下，能保证反射镜法线方向与重力方向一致，根据光学基本原理可知，入射光与反射光重合时，反射光与法线夹角为零，即反射光与法线方向一致。 

调整λ/4波片2位置，使λ/4波片2处于激光光路中，激光两次通过λ/4波片2后仍为线偏振光，第二次通过该波片后的激光偏振方向与第一次通过前的线偏振光偏振方向垂直，激光透过第一偏振分光棱镜3竖直射出，在此调节过程中，反射镜1反射的激光与反射镜1的法线角度不变，即用于判定激光是否垂直的参考光和用于工作的激光是同一束激光两个不同偏振方向的光，因此参考光与工作激光从原理上就是一致的，两者之间不会引入新的误差。 

也可以在出光孔位置安装转角棱镜，将垂直光转为水平光。但由于垂直光经过转角棱镜转换，故精度受到一定限制。 

Claims (1)

1.一种激光自动安平垂准仪，由垂准仪本体(10)和激光光源(13)构成，其特征在于：所述的垂准仪本体(10)的构成自下而上依次是液态自动安平装置(11)、λ/4波片(2)和第一偏振分光棱镜(3)，所述的液态自动安平装置(11)内装有液体(12)，在该液体(12)表面上浮设一块平面反射镜(1)，所述的第一偏振分光棱镜(3)的分光面与所述的平面反射镜(1)的垂直线成45°，所述的激光光源(13)包括激光器(7)，沿该激光器(7)的激光垂直输出方向自上而下依次是望远系统(6)、λ/2波片(5)、第二偏振分光棱镜(4)，该第二偏振分光棱镜(4)的分光面与激光方向成45°，在第二偏振分光棱镜(4)的反射光输出方向是带有中心通孔的十字分划板(9)，经该十字分划板(9)的中心通孔输出的水平激光恰好射入所述的第一偏振分光棱镜(3)的中心，经第一偏振分光棱镜(3)反射后垂直地射向所述的平面反射镜(1)，在所述的第二偏振分光棱镜(4)的右侧置有成像系统(8)，所述的λ/4波片具有调节装置，所述的第一偏振分光棱镜(3)具有调节分光面与所述的平面反射镜(1)的垂直线的角度机构。