专利名称：一种望远镜与激光同轴测量系统的制作方法
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IOm 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O)、分划板(7)和目镜组⑶；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，IOm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，IOm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1时，测量误差为Ad = l*tg α。通常调焦运行差为α = 3〃，当测量距离1 = IOm时，测量误差Ad = O. 145mm ；当测量距离1 = 30m时，测量误差 Ad = O. 436mm。使用本发明，消除了此误差，极大地提高了测量精度。
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；1为基准线长；α为真实基准线与激光光束的夹角；△ d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。
具体实施例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，IOm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。
权利要求
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G)、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O)、分划板(7)和目镜组⑶；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ο
2.根据权利要求1所述的望远镜与激光同轴测量系统，其特征在于所述激光准直透镜组(9)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， IOm以内光斑小于5mm。
全文摘要
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。
文档编号G01C15/00GK102506835SQ20111043169
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者常何民, 朱辉, 李华 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所