CN106094234A - 一种带有偏振分束元件的自准光路系统 - Google Patents

一种带有偏振分束元件的自准光路系统 Download PDF

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王先华
贾森
吴易明
蔡勇
肖茂森
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    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/281—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for attenuating light intensity, e.g. comprising rotatable polarising elements

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Abstract

本发明提供一种带有偏振分束元件的自准光路系统。该自准直光路系统包括在一个偏振分束元件，在该偏振分束元件的s光光路上依次设置单色光源、小孔光阑、第一准直透镜、第一十字分划板和第一偏振片，在该偏振分束元件的p光光路上依次设置1/4波片和被测物体，在该偏振分束元件的入射光光路上依次设置第二偏振片、第二十字分划板、第二准直透镜和光接收系统。本发明可广泛应用于高精度角度测量、角位移测量等，具有测量精度高、量程大、可静态或动态测量的特点。

Description

一种带有偏振分束元件的自准光路系统
技术领域
本发明属于光电精密测量技术领域，尤其涉及一种带有偏振分束元件的自准光路系统。
背景技术
光电自准直仪又称为光电自准直测微平行光管，是利用光学自准直原理用于小角度测量或可转换为小角度测量的一种常用计量测试仪器。光电自准直仪主要包括自准直光路、光接收系统和信号处理模块三个部分；其中，自准直光路用于发出和接收准直光，光接收系统用于将接收到的光信号转换成电信号，信号处理模块用于完成电信号的处理、目标定位和偏转角的计算。
光电自准直仪的一般工作原理为：单色点光源发出的光经过准直后平行于主光轴射出，出射光经被测物体反射后返回，并在光电接收系统的光敏面上成像。若被测物体的反射面垂直于准直光路的主光轴，则光按原路返回，此时返回光在光接收系统的光敏面上所成的像点中心标定为系统零位；当被测物体的反射面法线方向与准直光路的主光轴有一夹角时，则反射光像点中心与系统零位存在一定偏移量，根据几何光学的基本原理即可通过这一偏移量计算出被测物体的反射面法线方向与准直光路主光轴之间的夹角。
在自准直测角过程中，出射的准直光经被测物体反射后一般按原路返回并在光接收系统的光敏面上成像，出射光路(即光源光路)与返回光路(即探测光路)基本重叠，这样就会使得光源光路和探测光路上产生的杂散光都会直接进入光接收系统，形成背底噪声，从而降低信噪比，严重时甚至会将探测信号淹没在噪声信号中，无法进行测量。因此，实现探测光路与光源光路的隔离，减弱甚至消除杂散光在光接收系统中产生的噪声信号，提高信噪比，对提高光电自准直仪的测量精度是十分必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特殊之处在于：所述一种带有偏振分束元件的自准光路系统中的光源产生的光依次经过小孔光阑、第一准直透镜、第一十字分划板和第一偏振片，进入偏振分光棱镜产生反射后出射，经过1/4波片到被测物体后反射，再经过所述1/4波片进入所述偏振分光棱镜后透射，依次经过第二偏振片、第二十字分划板和第二准直透镜后进入光接收系统。
所述光接收系统为电荷耦合装置CCD或位置敏感探测器PSD。
所述光接收系统位于第二准直透镜的焦面上。
所述光源位于第一准直透镜的焦面上。
所述光源为单色光源。
所述单色光源为半导体激光器产生的激光。
本发明的有益效果是：第一，光源的出射方向与探测光路垂直，能够实现对光源光路中杂散光的完全隔离；第二，偏振分光元件具有很高的消光比，良好隔离偏振方向正交的两束光，能够实现对探测光路中杂散光的隔离；以上两点可以减弱甚至消除杂散光在光接收系统中产生的噪声信号，从而提高信噪比。此外，探测光路为共轴光学系统，这样的光学系统即可以最大程度地减小像的失真，也能够实现大范围角度测量，这对提高测量精度和增大测量范围都是十分有利的。
附图说明
图1是本发明的光路示意图；
图中：1-单色光源，2-小孔光阑，3-第一准直透镜，4-第一十字分划板，5-第一偏振片，6-偏振分光棱镜，7-1/4波片，8-被测物体，9-第二偏振片，10-第二十字分划板，11-第二准直透镜，12-光接收系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图说明对本发明加以详细说明。
如图1所示，本发明提供了可用于光电自准直仪的一种高精度、高信噪比的自准直光路系统。该自准直光路系统包括一个偏振分光棱镜6，在该偏振分光棱镜6的s光光路上依次设置单色光源1、小孔光阑2、第一准直透镜3、第一十字分划板4和第一偏振片5，在该偏振分光棱镜6的p光光路上依次设置1/4波片7和被测物体8，在该偏振分光棱镜6的入射光光路上依次设置第二偏振片9、第二十字分划板10、第二准直透镜11和光接收系统12。
上述单色光源1经小孔光阑2出射的点光源位于光源光路中，并设于第一准直透镜3的焦面上。
上述单色光源1为半导体激光器产生的激光。
上述光接收系统12位于接收光路中，并设于第二准直透镜11的焦面上。
上述光接收系统12为电荷耦合装置CCD或位置敏感探测器PSD。
本发明的技术解决原理是：
测量时，单色光源1发出光经小孔光阑2后形成点光源，由第一准直透镜3准直为平行光束后照射第一十字分划板4，然后经第一偏振片5起偏后变为偏振方向为垂直的线偏振光(对应于偏振分光元件出射的s光)；垂直线偏振光(即s光)入射到偏振分光棱镜6上后发生反射，反射后出射的垂直线偏振光(即s光)经过1/4波片7后变成椭圆偏振光或圆偏振光照射到被测物体8上；照射到被测物体8上的椭圆偏振光或圆偏振光经被测物体反射后再次经过1/4波片7，变成偏振方向为水平的线偏振光(对应于偏振分光元件出射的p光)，水平线偏振光(即p光)入射到偏振分光棱镜6上后直接透射，入射到第二偏振片9上进行检偏，然后照射到第二十字分划板10后由第二准直透镜11汇聚于光接收系统12的光敏面上；通过测量光接收系统12接收到的两个十字分划板的像之间的偏移量，即可计算出被测物体的偏转角度。

Claims (6)

1.一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特征在于：所述一种带有偏振分束元件的自准光路系统中的光源产生的光依次经过小孔光阑、第一准直透镜、第一十字分划板和第一偏振片，进入偏振分光棱镜产生反射后出射，经过1/4波片到被测物体后反射，再经过所述1/4波片进入所述偏振分光棱镜后透射，依次经过第二偏振片、第二十字分划板和第二准直透镜后进入光接收系统。
2.根据权利要求1所述的一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特征在于：所述光接收系统为电荷耦合装置CCD或位置敏感探测器PSD。
3.根据权利要求2所述的一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特征在于：所述光接收系统位于第二准直透镜的焦面上。
4.根据权利要求1所述的一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特征在于：所述光源位于第一准直透镜的焦面上。
5.根据权利要求4所述的一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特征在于：所述光源为单色光源。
6.根据权利要求5所述的一种带有偏振分束元件的自准光路系统，其特征在于：所述单色光源为半导体激光器产生的激光。
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