CN1831469A - 基于psd的动态光电自准直仪 - Google Patents

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CN1831469A CN 200610011788 CN200610011788A CN1831469A CN 1831469 A CN1831469 A CN 1831469A CN 200610011788 CN200610011788 CN 200610011788 CN 200610011788 A CN200610011788 A CN 200610011788A CN 1831469 A CN1831469 A CN 1831469A
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张继友
范天泉
曹学东
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Institute of Optics and Electronics of CAS
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Abstract

一种基于PSD的动态光电自准直仪，小物镜(2)和准直物镜(6)的焦平面重合并组成光束扩束系统，位置敏感探测器PSD(5)置于准直物镜的经分光镜(4)分束后的另一焦平面上，激光光源(1)发出的光经小物镜(2)和准直物镜(6)扩束准直后，经平面反射镜(7)反射的光斑成像于PSD(5)的光敏面上，通过光斑在PSD上的位移量计算出平面反射镜(7)的二维小角度变化。本发明可实现静动态角度测试，测量范围大、分辨力高，可广泛应用于工业生产过程的检测、角度计量器具的检定和高频角晃动的检测。

Description

基于PSD的动态光电自准直仪
技术领域
本发明涉及一种角度位置自动检测装置，特别是一种二维动态光电自准直仪。
背景技术
在精密测试计量技术领域，自准直仪是小角度测量中应用最广、最多的仪器之一。由于它具有较高的准确度和测量分辨力，而且结构简单，造价较低，因而被广泛应用于工业生产过程的检测及角度计量器具的检定。如：在角度测量、平板的平面度测量、轴系的角晃动测量、导轨的直线度测量等方面自准直仪发挥着重要的作用。
高精度的光电自准直仪由于其精度高与自动读数的优点已成为自准直仪发展的主流。由于CCD能够达到很高的细分精度，目前，高精度光电自准直仪所用的光电探测器主要是CCD。但受CCD探测器响应频率的限制，这些光电自准直仪一般只用于静态测量，不具有动态测量功能。因而其在使用中受到了许多限制。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于二维位置敏感探测器(PSD)的动态光电自准直仪，能够适用于静、动态测量且分辨力高。
本发明的技术解决方案：基于PSD的动态光电自准直仪，其特点在于：包括有激光光源、小物镜、小反射镜、分光镜、位置敏感探测器PSD、准直物镜、平面反射镜，小物镜和准直物镜焦点重合组成激光扩束系统，PSD置于准直物镜的经分光镜分束后的另一焦平面上，激光光源发出的光经小物镜和准直物镜扩束准直后，经平面反射镜反射的光斑成像于PSD的光敏面上，通过光斑在PSD上的位移量计算出平面反射镜的二维小角度变化。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括激光光源1、小物镜2、小反射镜3、分光镜4、PSD 5、准直物镜6、平面反射镜7。小物镜2和准直物镜6的焦点重合，从激光光源1发出的光经小物镜2和准直物镜6扩束准直后，经平面反射镜7反射的光斑成像于PSD 5的光敏面上。当平面反射镜7转动一个小角度时，PSD5上的光斑像产生一个微小位移量，PSD 5将这一微小位移量转换成电信号，经后续处理电路和A/D采集卡与计算机相连，通过计算机处理程序将从PSD 5获得的位置信息转换为角度量，并实时显示输出角度变化量。
图1中，激光光源1采用mW级半导体激光器。小物镜2和准直物镜6采用焦距分别为60mm和400mm的双胶合消色差透镜，小物镜2的直径为20mm，准直物镜6的直径为50.8mm。PSD 5采用二维探测器并置于准直物镜的焦平面上。
设准直物镜6的焦距为f，光斑像移动的距离为S，当被测物7转动角度θ时，根据自准直原理，有：θ＝1/2arctan(S/f)。
使用这种方法测角，其分辨力取决于准直物镜6的焦距f及PSD的位置分辨力，其动态响应频率取决于A/D卡和PSD的响应频率。由于本发明所用的PSD动态响应时间为5μs，A/D卡的采集频率为40kHz/路，所以本发明的动态响应频率可达到10kHz以上。
本发明可广泛应用于静动态角度测试，如：多面棱体的检定、光电编码器、数显数控转台和高速倾斜镜动态测角误差的测量、平板的平面度测量、角位移传感器动态特性的检测以及光学平面冷加工件的小角度检测等。

Claims (2)

1、一种基于PSD的动态光电自准直仪，其特征在于：包括有激光光源(1)、小物镜(2)、小反射镜(3)、分光镜(4)、位置敏感探测器PSD(5)、准直物镜(6)、平面反射镜(7)，小物镜(2)和准直物镜(6)焦点重合组成激光扩束系统，PSD(5)置于准直物镜的经分光镜(4)分束后的另一焦平面上，激光光源(1)发出的光经小物镜(2)和准直物镜(6)扩束准直后，经平面反射镜(7)反射的光斑成像于PSD(5)的光敏面上，通过光斑在PSD上的位移量计算出平面反射镜(7)的二维小角度变化。
2、根据权利要求1所述的动态光电自准直仪，其特征在于：所述的光源(1)为mW级半导体激光器。
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