CN102830483B - 空气介质分体式三向直角头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气介质分体式三向直角头，其在壳体的侧面开设入射光孔；第一反光镜和第二反光镜分别固定在两个上反光镜座下表面上，两个上反光镜座固定在上基座下表面上，第一反光镜和第二反光镜反光面间的夹角为45°；第三反光镜和第四反光镜分别固定在下反光镜座上表面上，两个下反光镜座固定在下基座上表面上，第三反光镜和第四反光镜反光面均与下基座垂直，第三反光镜和第四反光镜反光面间的夹角为45°；上基座和下基座与壳体的上下两个安装面分别固连。本发明装置的温度环境适应性强，可以将仪器的使用环境扩大到野外，可制成较大的通光口径，使用方便。

Description

空气介质分体式三向直角头

技术领域

本发明属于几何量角度测量领域，涉及一种三向直角头，特别是涉及一种空气介质三向直角头。

背景技术

三向直角头是准直望远镜或者自准直仪类仪器的重要附件，可以使入射平行光分成三束并按精确直角进行转折、传递，主要用来建立与基准光学视线相垂直或平行的平面或直线。

常用三向直角头是由一块玻璃五棱镜和胶合在其半透半反工作面上的楔镜组成的，其结构形式及原理图见图1和图2。五棱镜的工作面为A、B和C三面，工作面均镀半透半反膜，即光到达该面有一半光透射，一半光反射。测试仪器的入射光通过三次透射和反射光线被分成三束出射光，向前的出射光与入射光传播方向一致，左右方向的出射光与入射光垂直。面五棱镜保证光学直视视线精确转角90°，胶合楔镜使光学直视视线不发生折转直行出射。当改变五棱镜工作面夹角值时，也可制成非90°的特定光束偏转角装置。

在工程应用中，通用整体式三向直角头具有以下局限性：

（1）当通光口径增大时，由于光线在玻璃中的光程增大，玻璃对光能的吸收也增大，当通光口径大于φ30mm时光能损耗显著，此结构不适用于对通光口径要求较大的场合。

（2）由于光多次透射和反射出射光的光能量会大大减低，图1中前出射光能量为入射光的1/2,左出射光能量为入射光能量的1/8,右出射光能量为入射光能量的1/16，由于出射光能量损失较大，对测试仪器及反光镜的要求会很高，适用性较低。

（3）光学视线精确转角90°需满足以下条件：a）B、C两反射面成45°夹角，A与B面夹角67.5°；b）三反射面均垂直于底平面，此项要求常称为“塔差”；c、三反光面的平面度。而玻璃五棱镜由于用整块玻璃制成，三反射面既要保证夹角准确，又要保证垂直于同一平面，工艺上很难实现，并且一旦镀膜，无法修复。由于“塔差”的影响很难实现精确转角。

（4）出射光由于玻璃五棱镜及楔镜的影响也会发生光线偏转或平移，五棱镜组很难保证光线通过后传递方向不发生改变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高测量准确度，同时降低制造成本，改善光学传递质量和扩展使用范围的空气介质分体式三向直角头。

实现本发明目的的技术方案：一种空气介质分体式三向直角头，其包括中空长方体状的壳体，在壳体的侧面开设入射光孔；第一反光镜和第二反光镜分别固定在两个上反光镜座下表面上，两个上反光镜座固定在上基座下表面上，第一反光镜和第二反光镜反光面均与上基座垂直，垂直度不大于2″；第一反光镜和第二反光镜反光面间的夹角为45°，45°夹角误差不大于1″；

第三反光镜和第四反光镜分别固定在下反光镜座上表面上，两个下反光镜座固定在下基座上表面上，第三反光镜和第四反光镜反光面均与下基座垂直，垂直度不大于2″；第三反光镜和第四反光镜反光面间的夹角为45°，45°夹角误差不大于1″；

上基座和下基座与壳体的上下两个安装面分别固连；安装后，上部分的第一反光镜和第二反光镜、与下部分的第三反光镜和第四反光镜之间有一条通光狭缝。

如上所述的一种空气介质分体式三向直角头，其在壳体的入射通光孔处，通过永久磁铁吸合一个找正平面镜，找正平面镜装上后与壳体上下两个安装面垂直。

如上所述的一种空气介质分体式三向直角头，其所述的找正平面镜材料为9Cr18，真空淬火，淬火硬度HRC58-62，研磨反光面，使其平面度不大于0.1um。

如上所述的一种空气介质分体式三向直角头，其所述的壳体（4）的上下两个安装面平行，平行度不大于0.002mm，壳体的入射光孔所在面与下安装面垂直，垂直度不大于0.002mm。

如上所述的一种空气介质分体式三向直角头，其所述的壳体、上基座、下基座、上反光镜座和下反光镜均采用Nb-因瓦钢材料。

本发明的效果在于：本发明所述的空气介质分体式三向直角头具有以下特点：（1）主要零部件采用温度膨胀系数很小的因瓦钢制造，反光镜采用微晶玻璃制造，仪器因温度变化（-5～35℃）引起的角度测量误差不大于±1″，装置的温度环境适应性强，可以将仪器的使用环境扩大到野外。（2）可制成较大的通光口径，使用方便。由于两反射面间的介质为空气，不存在玻璃内长光程的光能吸收损耗，因此可制成较大的通光口径，很容易捕捉目标，前、左、右出射光光强相等为入射光光强的1/3。（3）直角头的单面反射率可提高到98％以上，工作测试距离可达20m。（4）出射光与入射光90°转角误差不大于2″，与90°转角平面相垂直的平面内，出射光与入射光的平行度不大于3″。（5）当分体式直角头位置偏转时，能显著减小自准直像的变化量。基座底基面贴住平板摆动±5°时，自准直仪检测值的变化量不大于±1″。（6）通过找正反光镜和直角头上、下基板基面进行找正后，仪器光线分出的三束出射光与五棱镜棱线的垂直度均不大于3″，大大提高了仪器的测量准确度。

附图说明

图1为整体式玻璃三向直角头结构图；

图2为整体式玻璃三向直角头原理图；

图3为本发明所述的空气介质分体式三向直角头整体图；

图4为本发明所述的空气介质分体式三向直角头分解图；

图5为空气介质分体式三向直角头上部分光路图；

图6为空气介质分体式三向直角头下部分光路图；

图中：1、上基座；2、上反光镜座；3、第一反光镜；4、壳体；5、找正平面镜；6、第三反光镜；7、下基座；8、下反光镜座；9、第四反光镜；10、第二反光镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的空气介质分体式三向直角头作进一步描述。

如图3和图4所示，本发明所述的空气介质分体式三向直角头包括壳体4、上基座1、下基座7、上反光镜座2、下反光镜座8和四个反光镜3、10、6和9。

壳体4、上基座1、下基座7、上反光镜座2和下反光镜座8均采用Nb-因瓦钢材料。四个反光镜3、10、6和9均采用微晶玻璃，四个反光镜的工作面上都镀上相应高反射率的介质膜，其余非工作面磨砂。

壳体4为中空长方体状，在壳体4的侧面开设入射光孔。

找正平面镜5材料为9Cr18，真空淬火，淬火硬度HRC58-62，研磨反光面，使其平面度不大于0.1um；找正平面镜5通过嵌入其中的永久磁铁吸合在壳体4入射通光孔处，保证装上后与壳体4上下安装面垂直。找正平面镜5仅在找正时使用，一旦找正完成，即拿下找正平面镜，保证入射光孔能够通光。

第一反光镜3和第二反光镜10分别通过光学结构胶与两个上反光镜座2的下表面粘接在一起，两个上反光镜座2与上基座1的下表面使用螺钉固连，通过研磨上反光镜座2，保证安装后第一反光镜3和第二反光镜10反光面均与上基座1垂直，垂直度不大于2″；调整安装螺钉，使第一反光镜3和第二反光镜10反光面间的夹角为45°，45°夹角误差不大于1″。

同样，第三反光镜6和第四反光镜9通过光学结构胶与下反光镜座8的上表面粘接在一起，然后通过下反光镜座8与下基座7的上表面使用螺钉固连，通过研磨下反光镜座8，保证安装后第三反光镜6和第四反光镜9反光面均与下基座7垂直，垂直度不大于2″；调整安装螺钉，第三反光镜6和第四反光镜9反光面间的夹角为45°，45°夹角误差不大于1″。

上基座1和下基座7与壳体4的上下两个安装面分别通过螺钉固连；安装后，上部分的第一反光镜3和第二反光镜10、与下部分的第三反光镜6和第四反光镜9之间有一条通光狭缝，宽10mm；检测三束出射光与入射光的“塔差”，保证“塔差”不大于3″。

研磨壳体4的上下两个安装面和入射光孔所在面外表面，使其上下两个安装面平行，平行度不大于0.002mm，入射光孔所在面与下安装面垂直，垂直度不大于0.002mm。

如图5和图6所示，本发明所述的空气介质分体式三向直角头使用时，用准直望远镜或光电自准直仪等光电测角仪器光轴对准入射光孔，入射光线直接通过上、下反光镜间狭缝出射，其余部分又分上下两部分，上部分经反光镜III、反光镜IV反射后出射，出射光与入射光成90°夹角；下部分经反光镜I、反光镜II反射后出射，出射光与入射光成90°夹角。

本发明所述的空气介质分体式三向直角头：（1）采用空心直角头设计方案，使光线始终在空气介质中传播，最大程度的减少光能的损失。（2）根据准直类仪器的出射光线为平行光的特点，空心直角头可将一束平行光切割为三束，只要减小反射面“塔差”，出射光在与直角相垂直的平面内的平行度即可保证。（3）摒弃整体式五棱镜组的方式采用分体式五棱镜的方式，便于提高90°转角或固定转角准确度，同时降低“塔差”的影响，提高测量精度，提高环境适应性，简化结构并降低制造调试成本。（4）去掉楔镜，避免光线因通过玻璃介质而发生的光线偏转或平移。上下两个五棱镜之间留有一条狭缝，光线可以通过狭缝进行直线传播，这样，入射平行光就被分为三束光，两束出射光与入射光垂直，一束光沿入射光方向出射。

本发明所述的空气介质分体式三向直角头：（1）采用玻璃镀介质膜做反光镜的方式提高反射率，根据测量仪器光源波长的不同镀相应的介质膜，可以提高反射率（最高可到98％），这样适应较远距离目标的测量，也可适应目标反光镜反射率低或平面度差的测量情况。（2）通过修研玻璃反光镜的金属安装座与底板的接触面，保证反射面与底板底面的垂直度即“塔差”（不大于2〞），以保证90°转角的出射光与入射光在垂直方向上平行。（3）采用上下两个分体五棱镜的方式，制成二向直角头，即仪器出射直视视线被分为两束与直视视线相垂直的折转视线。（4）采用上下两个分体五棱镜之间留有通光孔，即在光线直视方向留有通光孔的方式，可制成三向直角头装置，即仪器出射直视视线被分为直视视线和两束与直视视线垂直的折转视线三部分。（5）在入射孔处放置找正平面镜，当入射光线与找正反光镜法线重合时，入射光线即与直角头内五棱镜棱线垂直，可进行粗找正。直角头上下两底板基面均与五棱镜棱线垂直，便于对直角头的放置位置精确找正。

Claims (3)

1.一种空气介质分体式三向直角头，其特征在于：它包括中空长方体状的壳体(4)，在壳体(4)的侧面开设入射光孔；

第一反光镜(3)和第二反光镜(10)分别固定在两个上反光镜座(2)下表面上，两个上反光镜座(2)固定在上基座(1)下表面上，第一反光镜(3)和第二反光镜(10)反光面均与上基座(1)垂直，垂直度不大于2″；第一反光镜(3)和第二反光镜(10)反光面间的夹角为45°，45°夹角误差不大于1″；

第三反光镜(6)和第四反光镜(9)分别固定在下反光镜座(8)上表面上，两个下反光镜座(8)固定在下基座(7)上表面上，第三反光镜(6)和第四反光镜(9)反光面均与下基座(7)垂直，垂直度不大于2″；第三反光镜(6)和第四反光镜(9)反光面间的夹角为45°，45°夹角误差不大于1″；

上基座(1)和下基座(7)与壳体(4)的上下两个安装面分别固连；安装后，上部分的第一反光镜(3)和第二反光镜(10)、与下部分的第三反光镜(6)和第四反光镜(9)之间有一条通光狭缝；

在壳体(4)的入射通光孔处，通过永久磁铁吸合一个找正平面镜(5)，找正平面镜(5)装上后与壳体(4)上下两个安装面垂直；所述的找正平面镜(5)材料为9Cr18，真空淬火，淬火硬度HRC58-62，研磨反光面，使其平面度不大于0.1um。

2.根据权利要求1所述的一种空气介质分体式三向直角头，其特征在于：所述的壳体(4)的上下两个安装面平行，平行度不大于0.002mm，壳体(4)的入射光孔所在面与下安装面垂直，垂直度不大于0.002mm。

3.根据权利要求1所述的一种空气介质分体式三向直角头，其特征在于：所述的壳体(4)、上基座(1)、下基座(7)、上反光镜座(2)和下反光镜(8)均采用Nb-因瓦钢材料。