一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀的製作方法
2023-04-28 03:50:56
一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及光學測量領域，具體指一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一光源匯集透鏡、第二光源匯聚透鏡、第一分光稜鏡、第二分光稜鏡、1/4波片、準直透鏡和PSD探測器。採用匯聚透鏡和偏振片，減少了光能損失；採用PSD探測器，解析度高；採用雙光源方式，相當於在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力，結構簡單，測量精度更高，可廣泛應用於日常生活、工業生產、航空航天、船舶和軍工領域的準直測量中。
【專利說明】一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉光電探測領域，尤其是涉及自準儀領域。
【背景技術】
[0002]自準直儀是利用光學自準直原理，實現小角度測量的精密測量儀器。由於其使用方便而且具有較高的檢測精度，被廣泛應用於航空航天、船舶、軍工等精密度極高的行業，例如機械加工工業的質量保證(平直度、平面度、垂直度、平行度等)、計量檢定行業中角度測試標準、稜鏡角度定位及監控、光學元件的測試及安裝精度控制等，其應用範圍廣闊。自準直儀經歷了目視式、光電指零式和數顯式三個發展階段。
[0003]提高分辨力和示值穩定性是通用數顯自準直儀的發展方向。
[0004]高分辨力是高準確度的保障與前提，高穩定性又是高分辨力的保障與前提。跳字量是靜態數顯自準直儀的特點和難點。動態測量每次採樣只有一個數值輸出，反應不出示值的跳動，其難點是動態響應速度和動態準確度，但通用儀器要讀出每個位置的穩定讀數值，跳字大就只能估讀，影響示值的準確度，也影響分辨力。
[0005]數顯式自準直儀的出現使自準直儀的性能有質的飛躍，數顯式把儀器準確度由1"級提高至0.1"級，最小顯示值由0.1"級提高至0.01"級。數顯式自準直儀準確度高，使用方便，操作簡單，能實現自動測量。
[0006]目前國內外生產的光電自準直儀主要靠人眼讀數，用於靜態測試，響應頻率不高，無法滿足高速測量的需要；單軸自準直儀的測量精度較差，不能很好的實現二維角度的測量；此外光源的發散性，影響了系統的光能量利用率；且當目前的自準直儀一般多次經過分光稜鏡的半透半反作用，最後能夠投射到檢測裝置的光能量，損失很大，可以高達80%，這樣大的光能量損失，對檢測裝置的感光靈敏度提出更高要求。
實用新型內容
[0007]鑑於上述情況，本實用新型提供了一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，可對目標進行自動識別，相比於傳統的光電自準儀具有更高的解析度，而通過雙光源，能夠更靈敏的檢測出被測目標二維角度的偏移；同時採用偏振分光稜鏡和1/4波片的配合作用，提高系統的光能量利用率；採用匯聚透鏡，提高了光能量的匯聚度。
[0008]為了實現上述目標，本實用新型採取以下技術方案:一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一光源匯集透鏡、第二光源匯聚透鏡、第一分光稜鏡、第二分光稜鏡、1/4波片、準直透鏡、PSD探測器；
[0009]其中所述第二分光稜鏡為偏振分光稜鏡；經過偏振分光稜鏡的P分量波被全部透射，而S分量波會被全部以45°角被反射。
[0010]其中，所述第一分劃板和第二分劃板均為「一字」型分劃板，第一和第二分劃板上的「一字」形刻線相互垂直擺放；當第一光源、第二光源開啟後，所發出的光線分別照亮第一分劃板和第二分劃板，所述第一分劃板和第二分劃板上相互垂直的「 一字」形刻線，分別投影到，第一光源匯聚透鏡和第二光源匯聚透鏡(當光源為發散光時，其光能量容易分散而降低系統探測效果，匯聚透鏡的應用可以很好的將原本發散的光信號匯聚在較小的有效面上，提高了光能量的利用率，改善了系統的性能)，所述第一光源透鏡和第二光源匯聚透鏡的匯聚作用後，分別投射到第一分光稜鏡中，經過第一分光稜鏡的透射和反射作用後，入射到第二分光稜鏡中，透過第二分光稜鏡後，其中的P分量波被全部透射，並經過1/4波片後相位分別延遲90°，經過準直透鏡的準直作用後投射到目標反射面上，被目標反射面反射回來的光線經過準直透鏡的匯聚作用後，再次經過1/4波片，相位再分別延遲90°，變成S波，而全部被第二分光稜鏡反射到PSD探測器中。
[0011 ] 本實用新型中由於1/4波片兩次相位延遲，使得原來的S波變成了 P波，完全透過了偏振分光稜鏡，使得光信號在經過分光稜鏡後的能量損失減低到0，極大的提高的光源能量的利用率，這種光能量的利用率的提高在光信號需要多次經過分光稜鏡面時顯得尤為重要，因為理論上說自然光沒經過一次分光稜鏡面得光能量損失接近50%，假如經過η次分光稜鏡，則剩餘光能量為原來的1/2η。本實用新型中利用偏振分光稜鏡和1/4波片使光源發出的光能量利用率提高一倍。
[0012]進一步的，所述第一光源和第二光源採用LED光源，相比於傳統光源，LED具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，綠色環保，超長壽命等一系列顯著優點，同時，由於LED光源具有很強的偏振性，用LED光源的系統光能量損失可以降低到最小。
[0013]進一步，本實用新型採用雙軸系統，其中第一分劃板和第二分劃板均為:「一字」形刻線，兩分劃板刻線相互垂直擺放，分別經過第一分光稜鏡和第二分光稜鏡的反射作用後投射到目標反射面中，如果反射面與自準直儀垂直，沒有偏轉角度時，理論上，光線經過準直儀各個光學面最終投射到PSD探測器中時應該成相互交叉的「十字」形，且與PSD所設置的中心位置重合，當目標反射面與自準直儀軸向程一定角度偏移時，兩分劃板上的「一字」形刻線就不能在PSD探測器的探測面上形成「十字」形投影。根據PSD探測器的探測面所接收到的分劃板影像就能更好的判斷目標反射面得偏移角度和方向。相比於單軸的自準直儀，一般所用的「十字」或其他形狀的分劃板，本實用新型採用雙軸「一字」分劃板，最後PSD探測器所探測到的「十字」投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當於在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力。
[0014]作為一種優選，所述第一分劃板上的「一字」刻線位於自準直儀的中軸線的正上方，平行於自準直儀的軸線；所述第二分劃板上的「一字」刻線，水平擺放於自準直儀的中軸線的正上方，垂直於自準直儀的軸線。
[0015]作為一種優選，所述第二分劃板上的「一字」刻線位於自準直儀的中軸線的正上方，平行於自準直儀的軸線；所述第一分劃板上的「一字」刻線，水平擺放於自準直儀的中軸線的正上方，垂直於自準直儀的軸線。
[0016]本雙軸偏振光電自準直儀採用PSD探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，解析度高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調製，因而可以顯著提高系統的抗幹擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗幹擾能力強的位置檢測系統，相比於CCD探測器，本實用新型採用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量。同時價格也更加便宜。
[0017]進一步的，所述準直透鏡為膠合透鏡組，相比於普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0018]本實用新型具有以下有益效果:本雙軸偏振光電自準直儀本實用新型採用偏振分光稜鏡和偏振片，提高了光能量利用率；採用匯聚透鏡，將原本發散的光信號匯聚在較小的有效面上，提高了光能量的利用率；採用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量，同時價格也更加便宜；本實用新型採用雙軸「一字」分劃板，最後PSD探測器所探測到的「十字」投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當於在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力，結構簡單，生產成本低，測量精度更高，可廣泛應用於日常生活、工業生產、航空航天、船舶和軍工領域的準直測量中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本雙軸偏振光電自準直儀的原理結構圖。
[0020]圖2為本雙軸偏振光電自準直儀優選方式1的光路原理示意圖。
[0021 ] 圖3為本雙軸偏振光電自準直儀優選方式2的光路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例詳細說明本實用新型。
[0023]本實用新型提供了一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，可對目標進行自動識別，相比於傳統的光電自準儀具有更高的解析度，而通過雙光源測量，能夠更靈敏的檢測出被測目標二維角度的偏移；同時採用偏振分光稜鏡和1/4波片的配合作用，提高系統的光能量利用率；採用匯聚透鏡，提高了光能量的匯聚度。
[0024]為了實現上述目標，本實用新型採取如圖1所示的技術方案:一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，包括第一光源1、第二光源2、第一分劃板3、第二分劃板4、第一光源匯集透鏡5、第二光源匯聚透鏡6、第一分光稜鏡7、第二分光稜鏡8、1/4波片9、準直透鏡10和PSD探測器12;
[0025]其中所述第二分光稜鏡8為偏振分光稜鏡；經過偏振分光稜鏡的P分量波被全部透射，而S分量波會被全部以45°角被反射。
[0026]其中，所述第一分劃板2和第二分劃板4均為「一字」型分劃板，第一分劃板3和第二分劃板4上的「一字」形刻線相互垂直擺放；當第一光源1、第二光源2開啟後，所發出的光線分別照亮第一分劃板3和第二分劃板4，所述第一分劃板3和第二分劃板4上相互垂直的「一字」形刻線，分別投影到，第一光源匯聚透鏡5和第二光源匯聚透鏡6，所述第一光源透鏡5和第二光源匯聚透鏡6的匯聚作用後(當光源為發散光時，其光能量容易分散而降低系統探測效果，匯聚透鏡的應用可以很好的將原本發散的光信號匯聚在較小的有效面上，提高了光能量的利用率，改善了系統的性能)，分別投射到第一分光稜鏡7中，經過第一分光稜鏡7的透射和反射作用後(其中對第一光源1的光信號為透射，對第二光源2的光信號為反射)，入射到第二分光稜鏡8中，透過第二分光稜鏡8後，其中的P分量波被全部透射，並經過1/4波片9後相位分別延遲90°，經過準直透鏡10的準直作用後投射到目標反射面11上，被目標反射面11反射回來的光線經過準直透鏡10的匯聚作用後，再次經過1/4波片9，相位再分別延遲90°，變成S波，而全部被第二分光稜鏡8反射到PSD探測器12中(系統光信號傳輸路徑如圖2或圖3所示)。
[0027]本實用新型中由於1/4波片9兩次相位延遲，使得原來的S波變成了 P波，完全透過了偏振分光稜鏡，使得光信號在經過分光稜鏡後的能量損失減低到0，極大的提高的光源能量的利用率，這種光能量的利用率的提高在光信號需要多次經過分光稜鏡面時顯得尤為重要，因為理論上說自然光沒經過一次分光稜鏡面得光能量損失接近50%，假如經過η次分光稜鏡，則剩餘光能量為原來的1/2η。本實用新型中利用偏振分光稜鏡8和1/4波片9使光源發出的光能量利用率提高一倍。
[0028]進一步的，所述第一光源1和第二光源2採用LED光源，相比於傳統光源，LED具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，綠色環保，超長壽命等一系列顯著優點，同時，由於LED光源具有很強的偏振性，用LED光源的系統光能量損失可以降低到最小。
[0029]進一步，本實用新型採用雙軸系統，其中第一分劃板3和第二分劃板4均為:「一字」形刻線，兩分劃板刻線相互垂直擺放，分別經過第一分光稜鏡7和第二分光稜鏡8的後投射到目標反射面11中，如果目標反射面11與自準直儀垂直，沒有偏轉角度時，理論上，光線經過準直儀各個光學面最終投射到PSD探測器中時應該成相互交叉的「十字」形，且與PSD所設置的中心位置重合，當目標反射面與自準直儀軸向程一定角度偏移時，兩分劃板上的「一字」形刻線就不能在PSD探測器的探測面上形成「十字」形投影。根據PSD探測器的探測面所接收到的分劃板影像就能更好的判斷目標反射面得偏移角度和方向。相比於單軸的自準直儀，一般所用的「十字」或其他形狀的分劃板，本實用新型採用雙軸「一字」分劃板，最後PSD探測器所探測到的「十字」投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當於在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力。
[0030]本雙軸偏振光電自準直儀採用PSD探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，解析度高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調製，因而可以顯著提高系統的抗幹擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗幹擾能力強的位置檢測系統，相比於CCD探測器，本實用新型採用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量。同時價格也更加便宜。
[0031]進一步的，所述準直透鏡為膠合透鏡組，相比於普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0032]優選方式1，所述第一分劃板上的「一字」刻線位於自準直儀的中軸線的正上方，平行於自準直儀的軸線；所述第二分劃板上的「一字」刻線，水平擺放於自準直儀的中軸線的正上方，垂直於自準直儀的軸線(如圖2所示)。
[0033]優選方式2，所述第二分劃板上的「一字」刻線位於自準直儀的中軸線的正上方，平行於自準直儀的軸線；所述第一分劃板上的「一字」刻線，水平擺放於自準直儀的中軸線的正上方，垂直於自準直儀的軸線(如圖3所示)。
[0034]本雙軸偏振光電自準直儀採用PSD探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統響應快，解析度高，成本低，因此具有廣泛應用的價值。同時可對目標信號進行調製，因而可以顯著提高系統的抗幹擾能力，可以用來實現高速、高精度、抗幹擾能力強的位置檢測系統，相比於CCD探測器，本實用新型採用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量。同時價格也更加便宜。
[0035]進一步的，所述準直透鏡為膠合透鏡組，相比於普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0036]總之，本雙軸偏振光電自準直儀本實用新型採用偏振分光稜鏡和偏振片，提高了光能量利用率；採用匯聚透鏡，將原本發散的光信號匯聚在較小的有效面上，提高了光能量的利用率；採用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現高更精度的測量，同時價格也更加便宜；本實用新型採用雙軸「一字」分劃板，最後PSD探測器所探測到的「十字」投影光信號，是經過雙軸的兩套獨立光源系統的光信號重疊而產生，這相當於在一個自準直儀上實現了兩次檢測的功能，提高了系統的分辨能力和反應能力，結構簡單，生產成本低，測量精度更高，可廣泛應用於日常生活、工業生產、航空航天、船舶和軍工領域的準直測量中。
[0037]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一光源匯集透鏡、第二光源匯聚透鏡、第一分光稜鏡、第二分光稜鏡、1/4波片、準直透鏡和PSD探測器； 所述第二分光稜鏡為偏振分光稜鏡； 所述第一分劃板和第二分劃板均為「一字」型分劃板；第一和第二分劃板上的「一字」形刻線相互垂直擺放； 當第一光源開啟後，所發出的光線照亮第一分劃板，經過所述第一分劃板的光經過第一光源匯集透鏡匯聚後照射到第一分光稜鏡的反光面上，經過第一分光稜鏡的反射作用後，進入第二分光稜鏡，其後透過1/4波片，進入準直透鏡後，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射後回來後經過準直透鏡的匯聚後，依次透過1/4波片、第二分光稜鏡；並經過第二分光稜鏡的反射後，入射到PSD探測器； 當第二光源開啟後，所發出的光線照亮第二分劃板，經過所述第二分劃板的光經過第二光源匯集透鏡匯聚後透過第一分光稜鏡，其後透過第二分光稜鏡，經過1/4波片後，進入準直透鏡，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射後回來後經過準直透鏡的匯聚後，透過1/4波片並經過第二分光稜鏡的反射後，入射到PSD探測器。
2.如權利要求1所述的一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，所述第一光源和第二光源為LED光源。
3.如權利要求2所述的一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，所述準直透鏡為膠合透鏡組。
4.如權利要求1至3之一所述的一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，所述第一分劃板上的「一字」刻線位於自準直儀的中軸線的正上方，平行於自準直儀的軸線。
5.如權利要求4之一所述的一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，所述第二分劃板上的「一字」刻線，水平擺放於自準直儀的中軸線的正上方，垂直於自準直儀的軸線。
6.如權利要求1至3之一所述的一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，所述第二分劃板上的「一字」刻線位於自準直儀的中軸線的正上方，平行於自準直儀的軸線。
7.如權利要求6之一所述的一種匯聚雙軸偏振光電自準直儀，其特徵是，所述第一分劃板上的「一字」刻線，水平擺放於自準直儀的中軸線的正上方，垂直於自準直儀的軸線。
【文檔編號】G01B11/26GK204240959SQ201420774862
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】姜世平, 曹志明, 張宜文, 胡玲 申請人:四川雲盾光電科技有限公司