CN103134468A - 基于双psd的激光空间角修正方法 - Google Patents

Abstract

基于双PSD的激光空间角修正方法，属于测量技术及激光技术应用领域。在测量中，激光光束与激光接收器件所在平面存在空间角，需要对空间角进行修正获取激光垂直入射点坐标。基于双PSD的激光空间角修正方法主要由激光器1，滤波片2，五棱镜3，二维PSD位置传感器4，透镜5，二维PSD位置传感器6组成。实际使用过程中，通过对照射在二维PSD位置传感器4和6上的光斑位置坐标进行计算即可修正激光空间角从而获得激光垂直入射到激光接收器件上的点的坐标。

Description

基于双PSD的激光空间角修正方法

技术领域

本发明涉及一种基于双PSD的激光空间角修正方法，属于测量技术及激光应用领域。

背景技术

当激光光束作为准直光束使用时，通常要求激光光束垂直入射到激光接收器件上，然而实际使用过程中，激光光束一般无法实现垂直照射在激光接收器件上，激光光束与激光接收器件所在平面存在空间角，在高精度测量领域中需要对空间角进行修正。与本发明相关的现有技术领域中主要是对空间角度的测量方法的研究，例如：

“一种光源空间角度的测量方法”【王江，电子学报，11(2011)：2692-2695】，该方法是利用多面体不同面上的传感器来测量光源空间角度，通过建立等效矢量模型，将光源空间角度的测量转换为空间几何模型中几何角度的计算，但是短距离测量无法满足该方法的测量条件，该方法是无效的。

“PSD用于空间角度测量的研究”【张永德，中北大学学报，26.6(2005)：436-438】，该方法是用PSD作为探测器，激光光源为准直光源的，将PSD放置一侧，激光器放置于另一侧，通过激光光束在PSD上的光斑偏移量测量空间角。但是该方法本身所存在的问题即是激光光束无法垂直入射到PSD上，所以该方法无法满足高精度测量。

发明内容

为解决现有技术之激光光束与激光接收器件空间角修正方法的不足，我们发明了一种基于双PSD的激光空间角的修正方法。

本发明之基于双PSD的激光空间角的修正方法采用下述技术方案，见图1、图2所示，其特征在于，在激光器1和二维PSD位置传感器4之间放有一个滤波片2及一个五棱镜3，其中五棱镜3一侧镀有半反半透涂层；二维PSD位置传感器6作为参考系位于透镜5的焦点处。理想情况下激光1发出的激光光束7通过滤波片2及镀半反半透涂层的五棱镜3分别垂直射入到二维PSD位置传感器4和6上，记此时二维PSD位置传感器上两光斑坐标为坐标原点。实际使用中激光器1发出的激光光束8与二维PSD位置传感器4所在平面具有空间角，激光器1发出的实际光束8经由五棱镜3分成两束光线分别照射在二维PSD位置传感器6上坐标为(x₅，y₅)的点B处，照射在二维PSD位置传感器4上坐标为(x₃，y₃)的A处，修正后获得激光光束垂直照射在二维PSD位置传感器4上光斑新坐标由下式决定：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′}=x_{3}b\cos \mathrm{\ω}-y_{3}a\cos \mathrm{\ω}-\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\sin \mathrm{\ω}\\ y^{\′}=x_{3}b\sin \mathrm{\ω}-y_{3}a\sin \mathrm{\ω}+\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\cos \mathrm{\ω}\end{array}\right.$

式子中， $\mathrm{\ω}=\arctan \frac{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}{f},$ 其中f为聚焦透镜4的焦距； $m=-\frac{x_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ $n=\frac{y_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ p＝cosω； $a=\frac{y_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}};$ $b=\frac{x_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}.$

上述技术方案采用了双二维PSD位置传感器测量方法，修正了由于激光器1发出激光光束与二维PSD位置传感器4所在平面之间空间角所产生的垂直入射位置误差。解决了现有技术对激光光束与激光接收器件之间空间角修正的不足，本发明之基于双PSD的激光空间角修正方法具有环境适应性强、成本低、应用场合广、测量精度高等特点。

附图说明

附图1是本发明之基于双PSD的激光空间角修方法示意图。该图同时还作为摘要附图

附图2是本发明之基于双PSD的激光空间角修正方法之参考系光路示意图.

附图1中，1是激光器，2是滤波片，3是五棱镜，4是二维PSD位置传感器，5是透镜，6是二维PSD位置传感器，A是激光照射在二维PSD位置传感器4上光斑，B是激光照射在二维PSD位置传感器6上光斑。

附图2中，5是透镜，6是二维PSD位置传感器，7是理想光路，8是实际光路，B是实际照射点，C是理想照射点。

具体实施方式

本发明之基于双PSD的激光空间角修正方法是这样实现的，见图1所示，在激光器1和二维PSD位置传感器4之间放有一个滤波片2及一个五棱镜3，其中五棱镜3一侧镀有半反半透涂层，二维PSD位置传感器6放置于透镜5的焦点处。实际过程使用中，激光器1发出的光束与二维PSD位置传感器4所在平面具有一定的空间角。

见图1、图2所示，理想情况下，激光光束7垂直通过透镜5照射在二维PSD位置传感器6的C点处，实际使用中激光光束与二维PSD位置传感器4所在平面具有空间角，束激光光束8经由五棱镜3分成两束光线分别照射在二维PSD位置传感器6上点B坐标为(x₅，y₅)，照射在二维PSD位置传感器4上点A坐标为(x₃，y₃)，修正后获得激光光束垂直照射在二维PSD位置传感器4上光斑新坐标由下式决定：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′}=x_{3}b\cos \mathrm{\ω}-y_{3}a\cos \mathrm{\ω}-\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\sin \mathrm{\ω}\\ y^{\′}=x_{3}b\sin \mathrm{\ω}-y_{3}a\sin \mathrm{\ω}+\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\cos \mathrm{\ω}\end{array}\right.$

式子中， $\mathrm{\ω}=\arctan \frac{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}{f},$ 其中f为聚焦透镜4的焦距； $m=-\frac{x_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ $n=\frac{y_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ p＝cosω； $a=\frac{y_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}};$ $b=\frac{x_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}.$

根据以上所述，本发明之基于双PSD的激光空间角修正方法即可修正激光光束与激光接收器件所在平面之间的空间角，获得激光光束垂直入射到二维PSD位置传感器上点的坐标。

Claims (4)

1.基于双PSD的激光空间角修正方法，其特征在于，该方法主要由激光器1，滤波片2，五棱镜3，二维PSD位置传感器4，透镜5，二维PSD位置传感器6组成。激光器1和二维PSD位置传感器4分别放置于滤波片2及无棱镜5的两侧，透镜5的光轴平行于二维PSD位置传感器6所在平面的法线。

2.根据权利要求1所述的基于双PSD的激光空间角修正方法，其特征在于，激光光束经由滤波片2及五棱镜5后分成两束光线分别照射在二维PSD位置传感器6上点B坐标为(x₅，y₅)，照射在二维PSD位置传感器4上点A坐标为(x₃，y₃)，修正后获得激光光束垂直照射在二维PSD位置传感器4上光斑新坐标由下式决定：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′}=x_{3}b\cos \mathrm{\ω}-y_{3}a\cos \mathrm{\ω}-\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\sin \mathrm{\ω}\\ y^{\′}=x_{3}b\sin \mathrm{\ω}-y_{3}a\sin \mathrm{\ω}+\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\cos \mathrm{\ω}\end{array}\right.$

式子中， $\mathrm{\ω}=\arctan \frac{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}{f},$ 其中f为聚焦透镜4的焦距； $m=-\frac{x_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ $n=\frac{y_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ p＝cosω； $a=\frac{y_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}};$ $b=\frac{x_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}.$

3.根据权利要求2所述的基于双PSD的激光空间角修正方法，其特征在于，对激光光束与激光接收器件之间空间角修正采用双二维PSD位置传感器系统。

4.根据权利要求3所述的基于双PSD的激光空间角修正方法，其特征在于，放置在透镜5焦平面上的二维PSD位置传感器6起参考系作用。