360度全反射棱鏡及其排列方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000? ]本發(fā)明及一種光學(xué)測(cè)量?jī)x器，具體涉及一種360度全反射棱鏡及其排列方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工程測(cè)量的精度和自動(dòng)化程度不斷提高，具有自動(dòng)照準(zhǔn)、鎖定跟蹤功能的全站儀或測(cè)距儀在動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。反射棱鏡是全站儀或測(cè)距儀測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分，其作用是測(cè)角、測(cè)距精確照準(zhǔn)目標(biāo)和信號(hào)反射目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的角度、距離和位置的測(cè)量。目前反射棱鏡的主要類(lèi)型有單棱鏡和棱鏡組，在使用時(shí)將全站儀望遠(yuǎn)鏡的準(zhǔn)星精確對(duì)準(zhǔn)棱鏡中心，由全站儀發(fā)射的激光經(jīng)棱鏡的反射，由儀器接收?，F(xiàn)有普通反射棱鏡的能夠接受的入射光線角度小，只有±45°，測(cè)量時(shí)，需要調(diào)整到正對(duì)光源方向，不能實(shí)現(xiàn)任意全方位照準(zhǔn)，為跟蹤測(cè)量工作帶來(lái)不便。
[0003]在此基礎(chǔ)上研發(fā)的鍍鉻鋼球雖然能夠360度反射光線，但是由于其反射的光線強(qiáng)度會(huì)大大降低，所以只能用在非常近距離的測(cè)量上，單排360度棱鏡依然存在測(cè)量死角，不是真正的360度棱鏡，而多排360度棱鏡中，不同排棱鏡的中心高不一樣，存在測(cè)量誤差，只能測(cè)量1m以上的距離。因此，研發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)360度無(wú)死角反射、且保障光線強(qiáng)度的反射裝置是本領(lǐng)域技術(shù)人員急待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，有必要提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)360度無(wú)死角反射、且保障光線強(qiáng)度的反射裝置。
[0005]—種360度全反射棱鏡，其包括環(huán)形排列設(shè)置在同一基準(zhǔn)球體上的上、下圓柱棱鏡陣列，所述上圓柱棱鏡陣列與下圓柱棱鏡陣列以所述基準(zhǔn)球體的赤道線對(duì)稱設(shè)置，且所述上、下圓柱棱鏡陣列的回轉(zhuǎn)中心軸與基準(zhǔn)球體的中心軸相重合，其中，所述上、下圓柱棱鏡陣列中的圓柱棱鏡具有三個(gè)相互垂直的反射面及與反射面傾斜設(shè)置的入射面，每一圓柱棱鏡的入射面均與基準(zhǔn)球體的球面相切，且所述圓柱棱鏡入射面的棱鏡軸線均相交于基準(zhǔn)球體的球心。
[0006]優(yōu)選的，同一陣列的圓柱棱鏡均勻的環(huán)形排列在基準(zhǔn)球體的同一瑋線上。
[0007]優(yōu)選的，所述上、下圓柱棱鏡陣列中分別至少包括6個(gè)圓柱棱鏡，所述同一陣列的圓柱棱鏡在圓周上以60°的間距均勻分布。
[0008]優(yōu)選的，所述上圓柱棱鏡陣列中圓柱棱鏡與下圓柱棱鏡陣列中圓柱棱鏡對(duì)稱交錯(cuò)設(shè)置。
[0009]優(yōu)選的，所述上圓柱棱鏡陣列與下圓柱棱鏡陣列之間的交錯(cuò)角度為30°。
[0010]優(yōu)選的，所述圓柱棱鏡入射面的棱鏡軸線與基準(zhǔn)球體的赤道線所在的平面成23.16° 夾角。
[0011]優(yōu)選的，任意三個(gè)相鄰所述圓柱棱鏡的入射面形心的直線距離相等。
[0012]優(yōu)選的，所述圓柱棱鏡的反射面上均涂覆有金屬膜。
[0013]一種360度全反射棱鏡的排列方法，其包括以下步驟:
[0014]在一基準(zhǔn)球體上，以赤道線為中心線對(duì)稱設(shè)置上、下環(huán)形排列設(shè)置的圓柱棱鏡陣列，所述上、下圓柱棱鏡陣列中的圓柱棱鏡具有三個(gè)相互垂直的反射面及與反射面傾斜設(shè)置的入射面；
[0015]將所述上、下圓柱棱鏡陣列的回轉(zhuǎn)中心軸調(diào)整至與基準(zhǔn)球體的中心軸相重合；
[0016]將每一圓柱棱鏡的入射面調(diào)整至與基準(zhǔn)球體的球面相切，且使每一圓柱棱鏡入射面的棱鏡軸線均相交于基準(zhǔn)球體的球心。
[0017]本發(fā)明所述的360度全反射棱鏡及其排列方法，其通過(guò)在同一基準(zhǔn)球體上，以所述基準(zhǔn)球體的赤道線對(duì)稱設(shè)置上、下環(huán)形排列設(shè)置的圓柱棱鏡陣列，即避免了單排360度棱鏡存在測(cè)量死角的缺陷，并使所述上、下圓柱棱鏡陣列中的每一圓柱棱鏡的入射面均與基準(zhǔn)球體的球面相切，且所述圓柱棱鏡入射面的棱鏡軸線均相交于球心，從而又解決了多排360度棱鏡中不同排棱鏡的中心高不一樣，存在測(cè)量誤差的問(wèn)題，同時(shí)，本發(fā)明采用圓柱棱鏡，使入射光線與出射光線能夠保持平行，且?guī)缀鯖](méi)有光能量損失，提供較高的反射效率和較大的反射角度，使得本發(fā)明所述360度全反射棱鏡能夠在任何測(cè)量距離，甚至是很小的距離上完成高精度的角度與距離測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述360度全反射棱鏡中單個(gè)圓柱棱鏡的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明所述360度全反射棱鏡中上層圓柱棱鏡和下層圓柱棱鏡的位置示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明所述360度全反射棱鏡的原理構(gòu)架示意圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明所述360度全反射棱鏡中任意三個(gè)相鄰所述圓柱棱鏡位置示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明所述360度全反射棱鏡的實(shí)體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明提供一種360度全反射棱鏡，其包括環(huán)形排列設(shè)置在同一基準(zhǔn)球體12上的上、下圓柱棱鏡陣列，所述上圓柱棱鏡陣列與下圓柱棱鏡陣列以所述基準(zhǔn)球體12的赤道線15對(duì)稱設(shè)置，且所述上、下圓柱棱鏡陣列的回轉(zhuǎn)中心軸13與基準(zhǔn)球體12的中心軸相重合，其中，所述上、下圓柱棱鏡陣列中的圓柱棱鏡I具有三個(gè)相互垂直的反射面3、4、5及與反射面3、4、5傾斜設(shè)置的入射面6，每一圓柱棱鏡I的入射面6均與基準(zhǔn)球體12的球面相切，且所述圓柱棱鏡入射面6的棱鏡軸線2均相交于基準(zhǔn)球體12的球心17。
[0025]具體的，如圖5所示，所述基準(zhǔn)球體12為一中空球型棱鏡座50，所述球型棱鏡座40的中垂線向上設(shè)有一通孔，所述通孔上設(shè)有瞄準(zhǔn)星51，所述瞄準(zhǔn)星51的中心點(diǎn)與所述球型棱鏡座50的中垂線縱向重合，所述球型棱鏡座50的上半球和下半球上分別設(shè)有上、下圓柱棱鏡陣列，所述上、下圓柱棱鏡陣列以所述球型棱鏡座50的赤道線對(duì)稱設(shè)置，通過(guò)設(shè)置上述上、下圓柱棱鏡陣列，使上下各個(gè)角度的入射光線都能夠被反射，即避免了單排360度棱鏡存在測(cè)量死角的缺陷。
[0026]所述圓柱棱鏡I通過(guò)棱鏡套筒52均勻地排布在球型棱鏡座50的安裝基準(zhǔn)孔位上，每一圓柱棱鏡I的入射面6均與球型棱鏡座的基準(zhǔn)球面相切，且其的棱鏡軸線2均相交于球型棱鏡座的球心17，解決了多排360度棱鏡中不同排棱鏡的中心高不一樣，造成測(cè)量誤差的問(wèn)題。
[0027]本發(fā)明采用圓柱棱鏡構(gòu)建360度全反射系統(tǒng)，所述圓柱棱鏡I的三個(gè)反射面3、4、5上均涂覆有一層金屬膜，構(gòu)成了圓柱棱鏡I的反射結(jié)構(gòu)，當(dāng)入射光線從入射面6進(jìn)入圓柱棱鏡I后，被相互垂直設(shè)置的反射面3、4、5分別反射一次，最后再?gòu)娜肷涿?射出，入射光線與出射光線能夠保持平行，且?guī)缀鯖](méi)有光能量損失，因此，圓柱棱鏡可以提供較高的反射效率，同時(shí)能夠提供較大的反射角度，與現(xiàn)有技術(shù)中全反棱鏡中采用的三角棱鏡相比，圓柱棱鏡去除了無(wú)法提供反射功能的部分，且結(jié)構(gòu)輕巧，便于安裝固定布局。
[0028]所述圓柱棱鏡I的入射面6為圓形平面，其棱鏡軸線2以入射面形心7垂直入射于入射面6。所述棱鏡軸線2和形心7是用于排列布置圓形棱鏡陣列的重要定位特征。當(dāng)入射光線與入射面垂直的時(shí)候，圓柱棱鏡I的反射區(qū)域與入射面6重合，此時(shí)反射區(qū)域的面積最大，當(dāng)入射光線的入射角慢慢變大的時(shí)候，反射區(qū)域的面積會(huì)隨之沿著光線角度變化逐漸變小。
[0029]如圖2所示，所述基準(zhǔn)球體12上有兩個(gè)瑋度線14、16，以基準(zhǔn)球體12的球心17為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立了一個(gè)三維坐標(biāo)系XYZ。其中z軸與圓柱棱鏡陣列的回轉(zhuǎn)中心軸13重合，基準(zhǔn)球體12的赤道線15在XY平面內(nèi)。在圖2中，所述圓柱棱鏡I作為下層圓柱棱鏡設(shè)置在基準(zhǔn)球體上。
[0030]其中，所述上圓柱棱鏡陣列中的上層圓柱棱鏡10，其入射面8與基準(zhǔn)球體12相切于入射面8的形心9，形心9位于基準(zhǔn)球體12的瑋度線16上，上層圓柱棱鏡10的棱鏡軸線11位于YZ平面內(nèi)，并指向基準(zhǔn)球體球心17，與Y軸成23.16°的夾角。
[0031]所述下圓柱棱鏡陣列中的下層圓柱棱鏡40，其