CN104880188A - 一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器 - Google Patents

一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器；偏振传感器主要用于解决现有偏振传感器存在正交误差，光路信息利用不充分。基于分光棱镜的全光路偏振传感器主要由光学镜头结构和光电检测结构组成；光学镜头结构具有三个偏振分光槽，用于放置分光棱镜，三个槽呈60度；通过采用分光棱镜及光路结构的设计，充分利用全光路信息，消除安装正交误差，提高传感器精度。该发明具有精度高、体积小、集成度高等优点。

Description

一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器
技术领域
本发明涉及导航传感器，尤其涉及一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器设计。
背景技术
阳光在进入大气层之后，受到大气分子的散射作用产生了不同的偏振状态。1871年英国著名物理学家瑞利提出了瑞利散射定律，揭示了光线散射特性，随后人们基于瑞利散射定律获得了全空域大气偏振分布模式。偏振光(Skylight Polarization)导航作为自然界某些鸟类、蜜蜂、蜘蛛、蚂蚁和龙虾等生物的主要或辅助导航方式，具有相对稳定的分布模式，结合运载体实时的时间、地理位置等信息，即可确定偏振光中蕴含的方位信息。大气偏振信息获取是实现偏振导航的必要前提，沙蚁能够实现偏振检测得益于复眼中能够敏感偏振光的对立结构。近年来，人们通过模仿沙蚁复眼中的偏振对立结构，研制出了多种偏振传感器。
目前偏振传感器主要是基于沙蚁复眼结构的光电模型，将偏振光强信号转化为电信号，进而计算出导航信息。基于偏振仿生原理的指南针，专利号200810229778.4，提出一种基于光电检测的偏振传感器。该传感器包括三个不同检偏方向的检偏器和光电转换模块，光电转换模块采用光电二极管和对数放大器组成，然而该偏振传感器采用圆形偏振片，初始安装方向存在正交误差，对传感器精度有影响，且光电转换模块采用光电二极管和对数放大器等模拟器件组成，误差干扰较大。三通道偏振导航敏感器，专利号20130380079.0，设计一种三通道偏振传感器，以偏光立体分光器取代偏振片，但未充分利用分光棱镜分成的两路偏振光，仅利用一路光路，对分光棱镜分出的偏振光信息采集不充分，且体积较大。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，设计一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器，通过采用分光棱镜及光路结构的设计，充分利用分光棱镜分出的两路偏振光，采集全光路偏振信息，消除安装正交误差，提高传感器精度。
本发明的技术方案是：基于分光棱镜的全光路偏振传感器主要由光学镜头结构(2)、光电检测模块(6)和底座(3)；所述传感器包括光学镜头结构(2)和光电检测模块(6)；所述光学镜头结构(2)包括上盖(1)、分光棱镜槽(4)和偏振光的光路通道(5)；分光棱镜槽(4)为三个，中间分光棱镜槽与参考方向平行，左边分光棱镜槽与参考方向呈60°，右边分光棱镜槽与参考方向呈120°，每个分光棱镜槽(4)下方和右方为分出两路偏振光的光路通道(5)，共六路光路通道，保证分光棱镜(7)分出的两路偏振光射入到光电检测模块(6)；上盖(1)通过固定螺丝(10)与镜头主体结构固连，分光棱镜(7)放置在分光棱镜槽中，并在上盖(1)和分光棱镜槽(4)之间放置缓冲固定胶圈(8)，固定分光棱镜(7)；光电检测模块(6)为垂直直角结构，通过固定螺丝(9)与光学镜头结构(2)固连；光学镜头结构(2)通过固定螺丝(11)与底座(3)进行固连，确保光学镜头结构(2)稳定水平；光电检测模块(6)为直角结构，与光学镜头结构相配合，保证经分光棱镜分出的两路偏振光通过光路结构垂直射入到光电芯片上。光电检测模块(6)采用光电检测芯片为数字光电检测芯片，是一种用于两线式串行总线接口的16位数字型光强度传感器集成电路。
本发明与现有技术相比的优点在于：该偏振传感器设计三个对角线分别成60°的分光棱镜槽安置分光棱镜，并在每个槽的下侧和右侧开有光路通道，光电检测模块设计为直角结构，与光学镜头结构配合，并通过信号线传输信号到信息解算模块。以分光棱镜取代两路偏振片，通过分光棱镜分出的两路光强相同且偏振方向垂直的偏振光射入到光电检测模块，充分利用全光路信息，成功的消除了偏振传感器的安装正交误差，并有效的减小了偏振传感器的尺寸，光电检测芯片采用数字芯片，误差波动小，最大限度的降低光电检测模块对偏振信息测量结果的影响，有效的提高了传感器的测量精度。本发明尺寸直径仅为6cm，体积小，集成度高，可以满足无人机搭载需求。
附图说明
图1为本发明的结构剖面图；
图2为本发明光学镜头结构示意图；
图3为本发明光学镜头结构俯视图。
具体实施方式
如图1所示，基于分光棱镜的全光路偏振传感器主要由光学镜头结构2、光电检测模块6和底座3；所述光学镜头结构2包括上盖1、分光棱镜槽4和偏振光的光路通道5；分光棱镜槽4为三个，中间分光棱镜槽与参考方向平行，左边分光棱镜槽与参考方向呈60°，右边分光棱镜槽与参考方向呈120°，每个分光棱镜槽4下方和右方为分出两路偏振光的光路通道5，共六路光路通道，保证分光棱镜7分出的两路偏振光射入到光电检测模块6；上盖1通过固定螺丝10与镜头主体结构固连，分光棱镜7放置在分光棱镜槽中，并在上盖1和分光棱镜槽4之间放置缓冲固定胶圈8，固定分光棱镜7；光电检测结构6为垂直直角结构，通过固定螺丝9与光学镜头结构2固连；光学镜头结构2通过固定螺丝11与底座3进行固连，确保光学镜头结构2稳定水平；光电检测模块6为直角结构，与光学镜头结构相配合，保证经分光棱镜分出的两路偏振光通过光路结构垂直射入到光电芯片上。光电检测模块6采用光电检测芯片为数字光电检测芯片，是一种用于两线式串行总线接口的16位数字型光强度传感器集成电路。
如图2、3所示，光学镜头结构2的分光棱镜槽4有三个，中间水平棱边为参考方向，左边与参考方向成60°夹角，右边与参考方向成120°夹角。保证偏振化方向固定，不存在正交误差。同时，每个分光棱镜7分出的两路光路偏振化方向垂直，组成一组偏振检测单元，可以保证器件不存在一致性误差，有效提高偏振传感器精度。

Claims (1)

1.一种基于分光棱镜的全光路偏振传感器，其特征在于：所述传感器包括光学镜头结构(2)、光电检测模块(6)和底座(3)；所述光学镜头结构(2)包括上盖(1)、分光棱镜槽(4)和光路通道(5)；分光棱镜槽(4)为三个，中间分光棱镜槽与参考方向平行，左边分光棱镜槽与参考方向呈60°，右边分光棱镜槽与参考方向呈120°，每个分光棱镜槽(4)下方和右方为分出两路偏振光的光路通道(5)，共六路光路通道，保证分光棱镜(7)分出的两路偏振光射入到光电检测模块(6)；上盖(1)通过固定螺丝(10)与镜头主体结构固连，分光棱镜(7)放置在分光棱镜槽中，并在上盖(1)和分光棱镜槽(4)之间放置缓冲固定胶圈(8)固定分光棱镜(7)；光电检测结构(6)为垂直直角结构，通过固定螺丝(9)与光学镜头结构(2)固连；光学镜头结构(2)通过固定螺丝(11)与底座(3)进行固连，确保光学镜头结构(2)稳定水平。
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