CN101639351A - 一种双轴ccd传感器光电自准直仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种双轴光电自准直仪，具体涉及一种双轴CCD传感器光电自准直仪。本发明的优点是，本发明应用分光棱镜测量装置具有四个共轭焦面，空间上正交的两个“一”字型分划板，分别放置在图示两个焦面上，分划板后放置两个分别控制的光源系统，相当于利用同一物镜头的两套自准直光学系统通过分光棱镜叠加工作。两套系统具有各自的光源系统、分划板、CCD传感器。系统工作时，两套测量系统微观上交替工作，由两个CCD传感器分别完成两维光学信号的采集，从而达到宏观上同步完成两维角度的测量。能够大幅度的提高双轴光电自准直仪的测量精度、频率响应等一系列技术指标。测量不确定度达到了0.1″。
Description
技术领域
本发明属于一种双轴光电自准直仪，具体涉及一种双轴CCD传感器光电自准直仪。
背景技术
Charge Coupled Device(CCD)电荷耦合器件。CCD是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。面阵CCD测量法是在自准直测量系统中通过面阵CCD敏感光学信号，面阵CCD测量光斑在两维空间的变化从而确定被测面在两维空间角度的变化。为了达到高测量精度需采用像元尺寸小的面阵CCD传感器，同时面阵CCD信号处理需要高速计算机完成对所有像元的适时采集和处理，这就增加了系统成本。
“V”字型分划板测量法是在自准直测量系统中采用线阵CCD敏感光学信号，线阵CCD测量一维的角度变化，同时由于采用“V”字型分划板，可以根据两个光斑之间的距离和“V”字型分划板刻线的夹角解算出另一维的角度变化，从而达到双轴测量的效果。以现有的加工工艺，“V”字型分划板两条刻线的夹角很难保证，而且有一维的数据是通过解算求得，因此很难保证很高的测量精度。
旋转测量法采用的是单轴光电自准直仪通过旋转测量的原理，一般情况下将只能测试方位角的光电自准直仪横向旋转90度以后进行测量即可测试俯仰角，另外还有一些通过旋转测头进行测量的，只是将测量传感器旋转90度完成另一维角度的测量。这种测量方法只能一次测量一维角度，而不能同时测量两维角度，所以严格上不能叫双轴光电自准直仪。没有得到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的是，提供一种能够提高双轴光电自准直仪测量精度的双轴CCD传感器光电自准直仪。
本发明是这样实现的，一种双轴CCD传感器光电自准直仪，在X轴方向依次设有X轴光源、X轴分划板、第一个分光镜、第二个分光镜、物镜和被测反光镜，第一个分光镜所对应的竖直焦面上设有X轴CCD传感器，其中，X轴分划板位于第一个分光镜所对应的水平焦面上，光线沿X轴方向透过第一个分光镜和第二个分光镜、物镜，经被测反光镜反射后透过第二个分光镜并经第一个分光镜反射到竖直方向汇集到X轴CCD传感器上；第二个分光镜的Y轴方向上方设有第三个分光镜，第三个分光镜所对应的水平焦面处设有Y轴分划板，第三个分光镜所对应的垂直焦面处设有Y轴CCD传感器，Y轴分划板的外侧设有Y轴光源，其中，光线沿第三个分光镜的X轴经第三个分光镜的反射和第二个分光镜的反射透过物镜，经被测反光镜反射后再经第二个反光镜反射，沿Y轴方向透过第三个反光镜汇集到Y轴CCD传感器上，其中，X轴CCD传感器与X轴分划板空间正交，Y轴CCD传感器与Y轴分划板空间正交，Y轴分划板与X轴分划板空间上正交，Y轴CCD传感器与X轴CCD传感器空间上正交。
本发明的优点是，本发明应用分光棱镜测量装置具有四个共轭焦面，空间上正交的两个“一”字型分划板，分别放置在图示两个焦面上，分划板后放置两个分别控制的光源系统，相当于利用同一物镜头的两套自准直光学系统通过分光棱镜叠加工作。两套系统具有各自的光源系统、分划板、CCD传感器。系统工作时，两套测量系统微观上交替工作，由两个CCD传感器分别完成两维光学信号的采集，从而达到宏观上同步完成两维角度的测量。能够大幅度的提高双轴光电自准直仪的测量精度、频率响应等一系列技术指标。测量不确定度达到了0.1″。
附图说明
图1为本发明所提供的一种双轴CCD传感器光电自准直仪示意图；
图2为本发明所提供的双轴CCD传感器光电自准直仪控制电路结构图。
图中，1第三个分光镜，2第二个分光镜，3第一个分光镜，4Y轴CCD传感器，5Y轴光源，6Y轴分划板，7X轴光源，8X轴分划板，9X轴CCD传感器，10物镜，15被测反光镜。
具体实施方式
如图1所示，本发明通过分光棱镜将该装置设计成具有四个共轭焦面的光学测量系统。其中，Y轴分划板6与X轴分划板8为空间上正交的两个“一”字型分划板，分别放置在如图1所示的两个焦面上，分划板后放置两个分别控制的光源Y轴光源5和X轴光源7，Y轴CCD传感器4与X轴CCD传感器9为空间上正交放置的线阵CCD传感器，分别放置在分光棱镜的另外两个焦面上。由此可以看出该装置相当于利用同一物镜头的两套自准直光学系统通过分光棱镜叠加工作。两套系统具有各自的光源、分划板、CCD传感器。该测量仪器工作时，两套测量系统分别交替工作，由两个CCD传感器分别完成两维光学信号的采集，从而达到同步完成两维角度的测量。实现通过两个线阵CCD传感器完成双轴光电自准直仪的设计目的。
一种双轴CCD传感器光电自准直仪，在X轴方向依次设有X轴光源7、X轴分划板8、第一个分光镜1、第二个分光镜2、物镜10和被测反光镜15，第一个分光镜1所对应的竖直焦面上设有X轴CCD传感器9，其中，X轴分划板8位于第一个分光镜1所对应的水平焦面上，光线沿X轴方向透过第一个分光镜1和第二个分光镜2、物镜10，经被测反光镜15反射后透过第二个分光镜2并经第一个分光镜1反射到竖直方向照射到X轴CCD传感器9上；第二个分光镜2的Y轴方向上方设有第三个分光镜3，第三个分光镜3所对应的水平焦面处设有Y轴分划板6，第三个分光镜3所对应的竖直焦面处设有Y轴CCD传感器4，Y轴分划板6的外侧设有Y轴光源5，其中，光线沿第三个分光镜3的水平方向经第三个分光镜3的反射和第二个分光镜2的反射透过物镜10，经被测反光镜15反射后再经第二个反光镜2反射，沿Y轴方向透过第三个反光镜3汇集到Y轴CCD传感器4上，其中，X轴CCD传感器9与X轴分划板8空间正交，Y轴CCD传感器4与Y轴分划板6空间正交，Y轴分划板6与X轴分划板8空间上正交，Y轴CCD传感器4与X轴CCD传感器9空间上正交。
如图1所示，首先将光学系统安装在机械壳体之内并通过经纬仪调整各个光学元件的位置。该装置通过三个分光镜形成4个共轭焦面，分别在四个焦面上安装X轴分划板8、X轴CCD传感器9、Y轴分划板6、Y轴CCD传感器9。其中X轴分划板刻线铅锤大地，X轴CCD传感器9与X轴分划板8空间正交；Y轴分划板6水平大地，Y轴CCD传感器4与Y轴分划板6空间正交。两个CCD传感器分别用于测量方位和俯仰方向角度的变化。安装时通过经纬仪保证各个部件之间的空间关系。最后在X、Y轴分划板分别安装各自的光源系统，此时双轴光电自准直仪测量系统安装完毕。
如图2所示，通过微型计算机控制X、Y两轴测量系统协调工作。首先，计算机打开X轴测量通道并开启X轴光源，此时Y轴测量通道和光源处于关闭状态。在计算机统一控制下，X轴测量系统开始工作，X轴CCD传感器采集表征方位角变化的光学信号并进行存储，存储完毕后，X轴测量系统给出完成信号，此时控制系统关闭X轴测量通道和光源并开启Y轴光源，最后对采集到X轴光学信号进行处理完成角度输出，然后开启Y轴测量通道，此时Y轴测量系统开始工作，Y轴CCD传感器采集表征俯仰角变化的光学信号并进行存储，存储完毕后，Y轴测量系统给出完成信号，此时控制系统关闭Y轴测量通道和光源并开启X轴光源，最后对采集到Y轴光学信号进行处理完成角度输出，如此X、Y轴测量系统微观上交替工作，在宏观上同时完成俯仰和方位角的测量。
这种双轴光电自准直仪设计方法的建立，能够大幅度的提高双轴光电自准直仪的测量精度、频率响应等一系列技术指标。
利用本发明提供的的双轴光电自准直仪测量不确定度达到了0.1″。能够满足工业生产、科学研究、计量检定等行业的应用。
本发明克服现有技术手段提高双轴光电自准直仪的测量精度的困难，利用新的双轴光电自准直仪的设计原理和方法，使双轴光电自准直仪的设计达到更高的测量精度(小于0.1″)。
Claims (1)
1.一种双轴CCD传感器光电自准直仪，其特征在于：在X轴方向依次设有X轴光源(7)、X轴分划板(8)、第一个分光镜(1)、第二个分光镜(2)、物镜(10)和被测反光镜(15)，第一个分光镜(1)所对应的竖直焦面上设有X轴CCD传感器(9)，其中，X轴分划板(8)位于第一个分光镜(1)所对应的水平焦面上，光线沿X轴方向透过第一个分光镜(1)和第二个分光镜(2)、物镜(10)，经被测反光镜(15)反射后透过第二个分光镜(2)并经第一个分光镜(1)反射到竖直方向汇集到X轴CCD传感器(9)上；第二个分光镜(2)的Y轴方向上方设有第三个分光镜(3)，第三个分光镜(3)所对应的水平焦面处设有Y轴分划板(6)，第三个分光镜(3)所对应的垂直焦面处设有Y轴CCD传感器(4)，Y轴分划板(6)的外侧设有Y轴光源(5)，其中，光线沿第三个分光镜(3)的X轴经第三个分光镜(3)的反射和第二个分光镜(2)的反射透过物镜(10)，经被测反光镜(15)反射后再经第二个反光镜(2)反射，沿Y轴方向透过第三个反光镜(3)汇集到Y轴CCD传感器(4)上，其中，X轴CCD传感器(9)与X轴分划板(8)空间正交，Y轴CCD传感器(4)与Y轴分划板(6)空间正交，Y轴分划板(6)与X轴分划板(8)空间上正交，Y轴CCD传感器(4)与X轴CCD传感器(9)空间上正交。
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