CN117308892A - 体积小、放大倍数较高的自准直全站仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种体积小、放大倍数较高的自准直全站仪，包括望远镜系统、入射光源系统和测距系统，望远镜系统、入射光源系统和测距系统，望远镜系统包括置于同一光轴上的物镜、调焦镜、立方棱镜和观察目镜，观察目镜与立方棱镜之间设置转像棱镜和目镜分划板，入射光源系统包括垂直于望远镜系统光轴设置的光源和自准直分划板，测距系统包括测距光源、主棱镜、测距板，主棱镜包括长方体状的棱镜本体和呈V型分布的第一、二分镜体，第一、二分镜体与棱镜本体之间设置反光面，主棱镜置于调焦镜与物镜之间，棱镜本体置于望远镜系统的光轴上，第一分镜体朝向测距光源设置，第二分镜体朝向测距板设置。

Description

体积小、放大倍数较高的自准直全站仪

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，特别是一种自准直全站仪及其工作方法。

背景技术

现有技术中，自准直仪是利用光学自准直原理测量微小角度的长度测量工具。光学自准直原理是：光线通过位于物镜焦平面的分划板后，经物镜形成平行光，平行光被垂直于光轴的反射镜或反光板反射回来，再通过物镜后在焦平面上形成分划板标线像与标线重合，当反射镜或反光板倾斜一个微小角度β角时，反射回来的光束就倾斜2β角。由于分划板和各光学元件的位置、结构不同，自准仪有以下三种基本光路：a)高斯型自准直仪，其光路结构如图1所示，包括置于同一光轴上的目镜2、分光镜91、分划板90、物镜7和反光板8，并由入射光源4提供入射光，上述自准直仪的优点是目镜2视场不受遮挡，且分划板90上的刻划位于视场正中，观察方便，其弊端是亮度损失较大，且自准直像较暗，且目镜2焦距较长，无法在有限的空间内获得较大的放大倍数；b)阿贝型自准直仪，其光路结构如图2所示，包括置于同一光轴上的目镜2、分划板90、物镜7和反光板8，并由入射光源4和棱镜92相配合提供入射光，上述自准直仪的优点是光强度大，亮度损失小，缺点是目镜2视场被胶合棱镜92遮挡了一半，又因出射光和入射光的方向不同，当反光板8和物镜7间的距离超过一定数值后，反射光线就不能进入物镜7成像，因此工作距离较短；c）双分划板型自准直仪，包括置于同一光轴上的目镜2、目镜分划板93、立方棱镜24、物镜7和反光板8，并由入射光源4和分划板90相配合提供入射光，上述自准直仪的优点是目镜2视场不受遮挡，刻线位于视场中央，目镜2焦距短，可获得较大的放大倍率，且目镜2和入射光源4可互换位置，给使用带来方便，缺点是结构比较复杂，亮度损失较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种亮度较高、体积小、放大倍数较高的自准直全站仪及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的自准直全站仪，包括：望远镜系统、入射光源系统和测距系统，所述望远镜系统包括置于同一光轴上的物镜、调焦镜、立方棱镜和观察目镜，所述观察目镜与立方棱镜之间设置转像棱镜和目镜分划板，所述入射光源系统包括垂直于望远镜系统光轴设置的光源和自准直分划板，所述测距系统包括测距光源、主棱镜、测距板，所述主棱镜包括长方体状的棱镜本体和呈V型分布的第一分镜体、第二分镜体，所述第一、第二分镜体与所述棱镜本体之间设置反光面，所述主棱镜置于所述调焦镜与所述物镜之间，所述棱镜本体置于所述望远镜系统的光轴上，所述第一分镜体朝向所述测距光源设置，所述第二分镜体朝向所述测距板设置，以使光源发出的出射光经自准直分划板、立方棱镜、调焦镜、棱镜本体、物镜到达反光板，自准直分划板的十字基准线在反光板处的成像经物镜、棱镜本体、调焦镜、立方棱镜、转像棱镜到达目镜分划板；测距光源发出的测距激光经第一分镜体、棱镜本体、物镜到达反光板，反光板反射回的部分光线经物镜、棱镜本体、第二分镜体到达测距板，实现测距功能。

进一步，自准直全站仪还包括CMOS图像处理系统和显示屏，该CMOS图像处理系统包括处理器、CMOS图像传感器、接收反光片、接收分光棱镜，所述接收分光棱镜置于立方棱镜和自准直分划板之间，以使自准直分划板的十字基准线在反光板处的成像经物镜、调焦镜、立方棱镜到达接收分光棱镜，由接收分光棱镜反射到接收反光片和CMOS图像传感器，处理器和显示屏、CMOS图像传感器电连接，由CMOS图像传感器读出返回的十字基准线像的位置并反馈至处理器，由处理器计算出偏移位置后输送至显示屏进行显示，实现十字基准线像的自动检测，无需实时观测瞄准读数据。

进一步，自准直全站仪还包括上机壳和调平基座，该上机壳的底端与所述调平基座转动配合，以使所述上机壳可绕所述调平基座转动。

进一步，自准直全站仪还包括底座，所述上机壳上设置管水准器，所述调平基座呈三角形设置，该调平基座各顶角的底端与所述底座之间设置可升降的基座脚螺旋，通过调节基座脚螺旋的升降使得调平基座和上机壳处于水平状态。

进一步，自准直全站仪还包括望远镜系统安装座，该望远镜系统安装座的两侧与上机壳枢接配合，以使所述望远镜系统安装座可转动设置，便于对望远镜系统进行转动调节。

进一步，所述望远镜系统安装座的上方设置粗瞄器件，便于对设置在远方目标处的反光板进行粗瞄观察。

进一步，所述转像棱镜为阿贝屋脊棱镜或普罗棱镜，结构简单，可减小望远镜系统的体积。进一步，所述光源和测距光源为激光光源或LED光源，单色性好，方向性强，光亮度高。

上述自准直全站仪的工作方法，包括：自准直分划板的十字基准线在反光板处的成像经物镜、棱镜本体、调焦镜、立方棱镜到达接收分光棱镜，由接收分光棱镜反射到接收反光片和CMOS图像传感器，由CMOS图像传感器读出返回的十字基准线像的位置并反馈至处理器，由处理器计算出偏移位置后输送至显示屏进行显示，实现十字基准线像的自动检测。

发明的技术效果：（1）本发明的自准直全站仪，相对于现有技术，采用测距系统和入射光源系统相配合，使得该全站仪具备测距功能；测距系统中的主棱镜设置棱镜本体和第一、第二分镜体，且第一分镜体、第二分镜体分别朝向测距光源、测距板设置，使得测距系统中仅有棱镜本体置于望远镜系统的光轴上，减小了设备的整体体积，在相同体积范围内增大了调焦镜的移动范围；（2）CMOS图像传感器可直接读出返回的十字基准线像的偏移位置，并输送至显示屏进行显示，实现十字基准线像的自动检测，无需实时观测瞄准读数据；（3）上机壳和调平基座相配合使得上机壳可360度转动，调平基座和底座之间设置3个基座脚螺旋，使得调平基座可调节至水平；（4）粗瞄器件的设置，可快速观察到反光板，使得自准直全站仪可大致对准目标，降低调节难度。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是现有技术中的高斯型自准直仪的光路结构示意图；

图2是现有技术中的阿贝型自准直仪的光路结构示意图；

图3是现有技术中的双分划板型自准直仪的光路结构示意图；

图4是本发明实施例1的自准直全站仪的光路结构示意图；

图5是本发明实施例2的光电自准直全站仪的光路结构示意图；

图6是本发明实施例1的光电自准直全站仪的立体结构示意图；

图7是本发明实施例1的主棱镜的结构示意图。

图中：上机壳1，望远镜系统安装座10，底座11，调平基座12，基座脚螺旋13，管水准器14，垂直调节旋钮15， 水平调节旋钮16， 显示屏17，粗瞄器件18，目镜2，望远镜系统20，观察目镜21，目镜分划板22，转像棱镜23，立方棱镜24，调焦镜25，测距系统30，测距光源31，接收减光板32，主棱镜33，第一分镜体331，第二分镜体332，棱镜本体333，测距板34，入射光源4，光源41，磨砂玻璃42，自准直分划板43，CMOS图像传感器51，接收反光片52，接收分光棱镜53，物镜7，反光板8，分划板90，分光镜91，棱镜92。

实施方式

实施例1 一种自准直全站仪，其光路系统如图4所示，包括望远镜系统20、入射光源系统和测距系统30，望远镜系统20包括置于同一光轴上的物镜7、调焦镜25、立方棱镜24和观察目镜21，观察目镜21与立方棱镜24之间设置转像棱镜23和目镜分划板22，入射光源系统包括垂直于望远镜系统20光轴设置的光源41和自准直分划板43，光源41和自准直分划板43之间设置磨砂玻璃42；自准直分划板43上设置十字通光刻线（在其他实施例中也可以是圆点通光刻线），光源41发射出的光经过磨砂玻璃42后照亮带十字通光刻线的自准直分划板43，测距系统30包括测距光源31、主棱镜33、测距板34，主棱镜33包括长方体状的棱镜本体333和呈V型分布的第一分镜体331、第二分镜体332，第一分镜体331、第二分镜体332与棱镜本体333之间设置反光面，主棱镜33置于调焦镜25与物镜7之间，棱镜本体333置于望远镜系统20的光轴上，第一分镜体331朝向测距光源31设置，第二分镜体332朝向测距板34设置，亮十字基准线经过望远镜系统20的立方棱镜24、调焦镜25、棱镜本体333、物镜7后形成出射光，并照到置于远方目标处的反光板8（其他实施例也可以是反光镜）上，反射回的亮十字基准线再经过物镜7、调焦镜25，当反射十字基准线经过立方棱镜24后，经过转像棱镜23成像在目镜分划板22上，观察者经观察目镜21确认反射回的十字基准线与目镜分划板22上的基准线的偏差，调节望远镜系统20的光轴角度，确保光线与反光板8垂直设置；需要使用测距功能时，测距光源31发出的测距激光经第一分镜体331、棱镜本体333、物镜7到达反光板8，反光板8反射回的部分光线经物镜7、棱镜本体333、第二分镜体332到达测距板34，实现测距功能。测距系统与入射光源系统并不设置在同一直线上，可以减小准直仪的体积。

作为优选，自准直全站仪还包括望远镜系统安装座10、上机壳1、调平基座12，如图6所示，望远镜系统20置于望远镜系统安装座10内，望远镜系统安装座10的两侧与上机壳1枢接配合，以使望远镜系统安装座10可转动设置，便于对望远镜系统20进行转动调节，上机壳1上设置水平调节旋钮16，用于控制上机壳1的转动角度；上机壳1的底端经枢轴、电机与调平基座12转动配合，以使上机壳1可绕调平基座12的枢轴转动；上机壳1上设置垂直调节旋钮15，用于控制望远镜系统安装座10的转动角度。

作为优选，自准直全站仪还包括底座11，上机壳1上设置管水准器14，调平基座12呈三角形设置，该调平基座12各顶角的底端与底座11之间设置可升降的基座脚螺旋13，通过调节基座脚螺旋13的升降使得调平基座12和上机壳1处于水平状态。

作为优选，望远镜系统安装座10的上方设置粗瞄器件18，便于对设置在远方目标处的反光板8进行粗瞄观察。

作为优选，转像棱镜23为阿贝屋脊棱镜或普罗棱镜，结构简单，可减小望远镜系统的体积。

作为优选，光源41和测距光源31为激光光源或LED光源，单色性好，方向性强，光亮度高。

作为优选，第一分镜体与测距光源之间设置测距减光板，以控制测距激光亮度。

实施例2

在实施例1的基础上，该实施例的自准直全站仪还包括CMOS图像处理系统和显示屏17，其光路系统如图5所示，CMOS图像处理系统包括处理器（例如DSP、单片机、FPGA芯片等）、CMOS图像传感器51、接收反光片52、接收分光棱镜53，接收分光棱镜53置于立方棱镜24和自准直分划板43之间，以使自准直分划板43的十字基准线在反光板8处的成像经物镜7、棱镜本体333、调焦镜25、立方棱镜24到达接收分光棱镜53，由接收分光棱镜53反射到接收反光片52和CMOS图像传感器51，处理器和显示屏17、CMOS图像传感器51电连接，由CMOS图像传感器51读出返回的十字基准线像的位置并反馈至处理器，由处理器计算出偏移位置后输送至显示屏17进行显示，实现十字基准线像的自动检测，无需实时观测瞄准读数据。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种自准直全站仪，其特征在于，包括：望远镜系统、入射光源系统和测距系统，所述望远镜系统包括置于同一光轴上的物镜、调焦镜、立方棱镜和观察目镜，所述观察目镜与立方棱镜之间设置转像棱镜和目镜分划板，所述入射光源系统包括垂直于望远镜系统光轴设置的光源和自准直分划板，所述测距系统包括测距光源、主棱镜、测距板，所述主棱镜包括长方体状的棱镜本体和呈V型分布的第一分镜体、第二分镜体，所述第一、第二分镜体与所述棱镜本体之间设置反光面，所述主棱镜置于所述调焦镜与所述物镜之间，所述棱镜本体置于所述望远镜系统的光轴上，所述第一分镜体朝向所述测距光源设置，所述第二分镜体朝向所述测距板设置，以使光源发出的出射光经自准直分划板、立方棱镜、调焦镜、棱镜本体、物镜到达反光板，自准直分划板的十字基准线在反光板处的成像经物镜、棱镜本体、调焦镜、立方棱镜、转像棱镜到达目镜分划板；测距光源发出的测距激光经第一分镜体、棱镜本体、物镜到达反光板，反光板反射回的部分光线经物镜、棱镜本体、第二分镜体到达测距板；

所述测距系统与入射光源系统并不设置在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的自准直全站仪，其特征在于，所述的自准直全站仪还包括CMOS图像处理系统和显示屏，该CMOS图像处理系统包括处理器、CMOS图像传感器、接收反光片、接收分光棱镜，所述接收分光棱镜置于立方棱镜和自准直分划板之间，以使自准直分划板的十字基准线在反光板处的成像经物镜、调焦镜、立方棱镜到达接收分光棱镜，由接收分光棱镜反射到接收反光片和CMOS图像传感器，处理器和显示屏、CMOS图像传感器电连接，由CMOS图像传感器读出返回的十字基准线像的位置并反馈至处理器，由处理器计算出偏移位置后输送至显示屏进行显示。

3.根据权利要求1或2所述的自准直全站仪，其特征在于，所述的自准直全站仪还包括上机壳和调平基座，该上机壳的底端与所述调平基座转动配合，以使所述上机壳可绕所述调平基座转动。

4.根据权利要求3所述的自准直全站仪，其特征在于，自准直全站仪还包括底座，所述上机壳上设置管水准器，所述调平基座呈三角形设置，该调平基座各顶角的底端与所述底座之间设置可升降的基座脚螺旋，通过调节基座脚螺旋的升降使得调平基座和上机壳处于水平状态。

5.根据权利要求4所述的自准直全站仪，其特征在于，所述的自准直全站仪还包括望远镜系统安装座，该望远镜系统安装座的两侧与上机壳枢接配合，以使所述望远镜系统安装座可转动设置。

6.根据权利要求5所述的自准直全站仪，其特征在于，所述望远镜系统安装座的上方设置粗瞄器件。

7.根据权利要求6所述的自准直全站仪，其特征在于，所述转像棱镜为阿贝屋脊棱镜或普罗棱镜。

8.根据权利要求7所述的自准直全站仪，其特征在于，所述光源和测距光源为激光光源或LED光源。