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1、2009年8月宇航计测技术Aug.,2009第29卷第4期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVo.l29,No.4文章编号:1000-7202(2009)04-0001-03中图分类号:TH741文献标识码:A直角棱镜用作自准直反光镜的光学特性1,22张俊杰李政阳(1.天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300072;2.北京航天计量测试技术研究所,北京100076)摘要针对光学准直系统中用作反射镜的直角棱镜的特点,使用三维空间解析几何方法,对入射光线与反射
2、光线的空间位置进行分析,推导出了直角棱镜的棱线水平度(或铅垂度)对斜瞄时测量结果影响的计算公式,并进行了实验验证。关键词直角棱镜准直系统方位瞄准TheOpticalCharacteristicsofRightAnglePrismsasAutocollimatingMirror1,22ZHANGJunjieLIZhengyang(1.StateKeyLabofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments,TianjinUniversity,Tianjin300072;2.Beiji
3、ngAerospaceInstituteforMetrologyandMeasurementTechnology,Beijing100076)AbstractTheutilizationofrightangleprismsasreflectingmirrorsinopticalaimingsystemisconsidered.Therelationbetweenincidentlightandreflectedlightiscalculatedbyanalyticalgeometrymethodofthreedimensions
4、.Theexpressionsoftheeffectinmeasuringarederivedwhentheridgeisoblique,andtherelatedexperimentisdemonstrated.KeywordsRightangleprismsCollimatedlightsystemAzimuthaiming1引言困难、费时的。解决方法是采用直角棱镜作为反光镜,其特点是当棱镜水平安装时,俯仰方向只需大在使用自准直原理的几何量测量工作中,一般致对准,光束能射至棱镜即可,不需严格垂直,而方用平面镜作为反光
5、镜。但是,用平面镜时,准直经位方向则需严格垂直,即棱镜水平安装时,俯仰方纬仪等准直仪器必须在俯仰和方位方向都与平面向为非敏感方向,方位方向为敏感方向,从而可用镜垂直,才能接收到返回光,不适用于准直仪器和于准直仪器和棱镜不同高度的情况,而且操作方反光镜具有高度差的情况。例如:方位瞄准在有高便。但是采用直角棱镜后,不但棱镜自身的制造误度差的情况下,即使平面镜按一定的俯仰角安装,差,而且棱镜的安装误差如棱线水平度会对测量结为了保证双向垂直,对距离有严格的要求,不适用果造成影响。因此,需对直角棱镜用作反光镜的原于有大地测量点的情况,而且调整至双
6、向垂直是很理、特点进行研究。收稿日期:2009-03-10作者简介:张俊杰(1982-),男,博士研究生,研究方向:几何量精密仪器、图像处理等。2宇航计测技术2009年2直角棱镜用作反光镜的原理3棱线水平度对斜瞄时方位角影响的计算公式直角棱镜的棱线是指直角棱镜两反射面延长后的交线,由于棱镜加工时棱线处往往有防止玻璃崩碎的倒角,因此棱线是虚交线。棱线是代表直角棱镜位置的基准线。当棱线不水平时,以一定的俯仰角瞄准棱镜时将产生方位角误差。图1直角棱镜反射原理图1(a)是平面镜光线垂直入射的状态,光线图2
7、直角棱镜棱线不水平时的光路图自原路返回;当光线在俯仰或方位方向成角入射图2中虚线表示的直角棱镜处于理想位置,棱时,光线成2角反射,见图1(b)。当角较大或反光线处于水平状态。当棱线绕Z轴转过角时,棱镜位镜与准直仪的距离较远时,反射光不能进入准直仪于图中实线所示位置,产生棱线不水平度,对于棱镜器的物镜,无法接收到反射光;当只有部分反射光能上坐标为(x,y,z)的点,由几何关系可求得转过进入物镜时,反射像就会变暗。要解决这个问题,就角后的坐标为需加大准直仪器的通光口径,而增大口径,意味着成本增高,仪器的体积、重量增大,使用不便。图1
8、(c)(xcos+ysin,ycos-xsin,z)(1)是采用直角棱镜用作反光镜,光线垂直入射的情况。棱镜具A1和A2两个反射面,棱镜处于理想位置时,当光线平行返回时,角为45;当光线成角入射平面A
