CN102506835B

CN102506835B - 一种望远镜与激光同轴测量系统

Info

Publication number: CN102506835B
Application number: CN201110431694.0A
Authority: CN
Inventors: 李华; 常何民; 朱辉
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: CN102506835A

Abstract

本发明提供了一种望远镜与激光同轴测量系统，使之易于瞄准，且能实现高精度放线测量。该望远镜与激光同轴测量系统使激光器(4)发出的激光光束通过激光准直透镜组(9)，成为准直激光束，准直激光束通过第一外反射直角棱镜(10)反射，进入望远镜筒内直接入射至第二外反射直角棱镜(11)后即从望远镜筒出射，并由光电探测器测量；望远镜光路与从望远镜筒出射的激光光束同轴。本发明避免了连续调焦后激光光束的指向性变化问题，消除了此误差，极大地提高了测量精度。

Description

一种望远镜与激光同轴测量系统

技术领域

本发明属于光学和激光测量技术领域，具体涉及一种望远镜与激光同轴测量系统。

背景技术

由于激光强度大、方向性好，应用激光光束作为测量的基准轴线，成为了目前研究的热点。激光经纬仪、激光水准仪等产品广泛应用于工程施工、建筑装潢、机械安装等场合，以激光光束为基准，提供诸如直线度、同轴度、平面度、平行度、垂直度等几何量的检测、放样、定线、定位等。

已公告的专利“激光电子经纬仪分光光路系统”(ZL 200620026076.2)的方案如附图1所示，将激光光束导入到望远镜光学系统的分划板与调焦镜组之间，激光束需要通过调焦镜和物镜，然后从望远镜筒出射。该方案的缺点：

调焦镜在连续调焦运动后，会有光轴的指向性变化问题，通常为3″。当激光光束作为长距离的基准线时，需要调焦至相应位置。这样，不可避免会导致激光光束与真实基准线存在偏差。对于长距离高精度的测量来说，这个偏差难以满足要求。例如，当距离为10m时，偏差为0.145mm。

发明内容

本发明提供了一种望远镜与激光同轴测量系统，使之易于瞄准，且能实现高精度放线测量。

本发明的技术方案如下：

一种望远镜与激光同轴测量系统，包括以下两个部分：

(1)位于望远镜外部且与望远镜筒平行依次设置的激光器(4)、激光准直透镜组(9)和第一外反射直角棱镜(10)；

(2)望远镜筒内在同一光轴上依次设置的第二外反射直角棱镜(11)、物镜组(1)、调焦镜组(2)、分划板(7)和目镜组(8)；

激光器(4)发出的激光光束通过激光准直透镜组(9)，成为准直激光束，准直激光束通过第一外反射直角棱镜(10)反射，进入望远镜筒内直接入射至第二外反射直角棱镜(11)后即从望远镜筒出射，并由光电探测器测量；望远镜光路与从望远镜筒出射的激光光束同轴。

上述激光准直透镜组(9)的具体形式可以是：包括依次设置的第一光阑片(15)、第二光阑片(16)、第三光阑片(17)、第一准直镜(18)、第二准直镜(19)和第四光阑片(20)，使得距离望远镜前端30m以内光斑小于8mm，10m以内光斑小于5mm。

本发明具有以下技术效果：

1、本发明的激光光束直接导入到望远镜的物镜之前，然后即从望远镜筒出射。这样，避免了连续调焦后激光光束的指向性变化问题。

2、本发明设计了激光准直透镜组，使激光光束不经过调焦，能实现在30m以内光斑小于8mm，10m以内光斑小于5mm。

3、本发明的激光基准偏差为：10m以内为0.02mm，30m以内为0.05mm。

现有技术中的望远镜与激光同轴测量系统，激光光束经过调焦镜，由于存在调焦运行差，激光光束会与真实基准存在偏差。如附图3所示，(13)真实基准线与(14)激光光束的夹角为α，当基线长为l时，测量误差为Δd＝l*tg α。通常调焦运行差为α＝3″，当测量距离l＝10m时，测量误差Δd＝0.145mm；当测量距离l＝30m时，测量误差Δd＝0.436mm。使用本发明，消除了此误差，极大地提高了测量精度。

附图说明

附图1为激光电子经纬仪的光路系统图；

附图2为本发明的望远镜与激光光路结构示意图；

附图3为传统方案的激光光束经过调焦镜的偏差示意图；

附图4为激光准直透镜组结构示意图。

图中：1为物镜组；2为调焦镜组；3为棱镜组；4为激光器；5为聚焦镜组6为内反射直角棱镜；7为分划板；8为目镜组；9为激光准直透镜组；10为第一外反射直角棱镜；11为第二外反射直角棱镜；12为激光光束经过调焦镜出射系统；13为真实基准线；14为激光光束；l为基准线长；α为真实基准线与激光光束的夹角；Δd为长距离测量中，激光光束经过调焦镜所产生的测量误差；15为第一光阑片；16为第二光阑片；17为第三光阑片；18为第一准直镜；19为第二准直镜；20为第四光阑片。

具体实施方式

本发明的望远镜与激光同轴测量系统，由望远镜、激光器、激光准直透镜组和外反射直角棱镜组成。本发明的主要技术方案有：

1、望远镜与激光光路结构设计。如附图2所示，激光器4、激光准直透镜组9和第一外反射直角棱镜10置于望远镜筒之上，望远镜筒内依次置有第二外反射直角棱镜11、物镜组1、调焦镜组2、分划板7和目镜组8。激光器4发出的激光光束通过激光准直透镜组9，成为准直激光束。准直激光束通过第一外反射直角棱镜10进入望远镜筒内，再经过第二外反射直角棱镜11，从望远镜筒出射。

2、激光准直技术的运用。由于激光光束不通过调焦镜，不能根据工作距离对其进行调焦会聚。根据系统的工作范围0～30m，设计激光准直透镜组，使激光光斑的直径尽可能小。最终实现30m以内光斑小于8mm，10m以内光斑小于5mm。

本发明的望远镜与激光同轴测量系统，可以按照以下方式进行调试：

1、望远镜光路所有组件的安装与调整。将第二外反射直角棱镜11、物镜组1、调焦镜组2、分划板7和目镜组8与望远镜的内筒进行对心加工，最终实现望远镜光路与望远镜的内筒同轴。

2、激光光路所有组件的安装与调整。对于激光光路的调整，需要使用光电探测器。设计工装，使其一端与望远镜的内筒同轴且直径精密配合，另一端安装光电探测器。首先调整激光准直透镜组9，使激光光束会聚为准直激光束；然后调整第二外反射直角棱镜11和第一外反射直角棱镜10，使激光光束入射望远镜筒，再从望远镜筒出射；最后将工装一端放入望远镜内筒，使用光电探测器接收出射的激光光束。根据光电探测器的信息来调整激光器4的位置，使激光光束与望远镜内筒同轴。

调整完成后，望远镜光路与激光光束同轴。

3、准直技术的实现。根据系统的工作距离的工作范围0～30m，设计激光准直透镜组，计算第一光阑片15、第二光阑片16、第三光阑片17、第一准直镜18、第二准直镜19和第四光阑片20之间的理论位置关系并进行调整，使其在工作范围内光斑最小。

Claims

1.一种望远镜与激光同轴测量系统，包括以下两个部分：

（1）位于望远镜外部且与望远镜筒平行依次设置的激光器⑷、激光准直透镜组⑼和第一外反射直角棱镜⑽；

（2）望远镜筒内在同一光轴上依次设置的第二外反射直角棱镜⑾、物镜组⑴、调焦镜组⑵、分划板⑺和目镜组⑻；

激光器⑷发出的激光光束通过激光准直透镜组⑼，成为准直激光束，准直激光束通过第一外反射直角棱镜⑽反射，进入望远镜筒内直接入射至第二外反射直角棱镜⑾后即从望远镜筒出射，并由光电探测器测量；望远镜光路与从望远镜筒出射的激光光束同轴；

所述激光准直透镜组⑼包括依次设置的第一光阑片⒂、第二光阑片⒃、第三光阑片⒄、第一准直镜⒅、第二准直镜⒆和第四光阑片⒇，使得距离望远镜前端30m以内光斑小于8mm，10m以内光斑小于5mm。