[发明专利]双向球形棱镜

说明书

技术领域

本发明属光学技术领域，特别涉及精密光学棱镜。

背景技术

光学角锥棱镜广泛应用于可见光、紫外或红外波段的激光测距、红外跟踪、传感仪器等精密测量领域。

角锥棱镜最显著的特性是：照射到角锥棱镜上的入射光将按原入射光路返回。

工程上，常将棱镜角锥体安装在塑料或金属质的壳体中，构成一个产品化的反射棱镜。反射棱镜常与棱镜框组合使用，构成一个完整的棱镜组，并通过连接器(棱镜支架)安放到被测点位上，使反射棱镜可绕竖向和横向二个回转轴转动，方便地调整到朝向入射光的方向。

理论上讲，棱镜组的二个回转轴在空间上应该是相交的，棱镜角锥的光学反射中心也应该正好落在二轴的交点上。这个点就是棱镜的安放点，即光学仪器的测量点。

但是，棱镜的光学反射中心与二轴交点之间往往存在一定的设计偏差或制造安装误差，需要进行精密标定，通过软件加常数进行修正或补偿。

二轴也可能因为制造或安装的原因，在空间上并不相交，而是形成空间相错的位置关系，加上回转轴存在一定的间隙等众多原因，给棱镜的最终安放精度带来了较多的不确定因素。

同时，棱镜的安放点是一个空间点，一般情况下在棱镜连接器、棱镜框或反射棱镜上均无法找到直接的、可用其它测量方法定位的对应点(如通过精密水准仪测量该点的高程坐标)，而必须借助于特殊的工装器具进行二次转换，从而引入转换误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密双向球形棱镜。该棱镜可正反双向同时或先后被光学测量仪器照准而不需要转动棱镜，适用于采用两台全站仪同时或先后对同一置镜点进行重复、交叉观测等。同时，该棱镜不需要与棱镜框组合使用，整体无相对运动部件，安放棱镜的连接器也仅为一个适当直径的圆孔孔口，棱镜的竖向与横向回转中心就是球形外壳的球心，并与二个角锥棱镜的光学反射中心严格重合，能够从理论上彻底消除棱镜结构、安装、回转误差。

本发明所述的双向球形棱镜，由一个带圆柱通孔的球形外壳体[1]、二个对称安装在球体中央圆柱孔中的光学棱镜角锥体[2]、角锥体隔离装置[3]和轴向位置调整装置[4]组成，其中二个角锥棱镜的光学反射中心与球体中心三点重合。

本发明所述的球形外壳体[1]采用具有铁磁性的材料，如不锈钢、碳钢等。当采用具有铁磁性材料时，可以在连接器的位置上安置一个永久磁铁，利用磁性吸附力保持棱镜与连接器之间的相对位置关系。

本发明所述的球形外壳体[1]，其球形外壳材料也可由不具铁磁性的其他金属材料或非金属材料代替。此时，棱镜安放在连接器上，可利用球体的自重，也可以增加弹性夹持力等外力来保持棱镜与连接器之间的相对位置关系。

更具体地说，本发明是通过以下步骤实现的。

(1)棱镜的整体外观为一个精密加工的球体；

(2)球体的中央，加工一个直径与棱镜角锥尺寸相对应的通孔；

(3)球体中央的通孔中，对称安装着二个光学棱镜角锥体[1]、角锥体隔离装置[2]和轴向位置精密调整装置[3]。经精密标定与调校，二个棱镜角锥的光学反射中心与球心严格重合；

(4)球形棱镜不需要与棱镜框组合使用，可直接安放在一个只由简单的圆孔孔口构成的棱镜连接器上，利用球体与孔口间的配合关系，保证球体中心位置相对于连接器的唯一性和球体竖向、横向自由回转的自由度；

本发明的优点是：球形棱镜的竖向与横向回转轴的交点与球心重合，并与前向及后向棱镜角锥的光学反射中心重合，能够从理论上彻底消除棱镜结构、安放、回转等方面存在的误差，重复性好。球形壳体的可以为其它测量方法提供可靠的定位点，如通过精密水准仪测量该点的高程坐标时，铟钢尺可以直接放置在球形棱镜外壳上，而不必借助于特殊的工装器具进行二次转换。

附图说明

附图为本发明所述双向球形棱镜结构的球心剖切面示意图。其中，1为球形壳体，2为棱镜角锥体，3为角锥体隔离装置，4为轴向位置调整装置。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例。

如附图所示，本实施例所述的双向球形棱镜，由球形壳体1、二个对称安装的棱镜角锥体2、角锥体隔离装置3、轴向位置调整装置4组成，其中二个对称安装的棱镜角锥体2用角锥体隔离装置3隔开，安装在球形壳体1的中心孔中，通过二端的轴向位置调整装置4，使棱镜角锥体2的光学反射中心与球形壳体1的球心重合。