CN200944046Y - 微扫描器平面元件法向矢量测量仪 - Google Patents

Abstract

一种微扫描器平面元件法向矢量测量仪，其特征是：激光光纤模块，电源，开关和摄像头置于箱体中，激光光纤耦合模块的发光部分置于测量仪的视场外，传递激光的光纤部分置于视场内；分光镜嵌入箱体底板中央，光纤插针体安装于分光镜的中心，激光光纤耦合模块与光纤插针体之间通过光纤相联；激光光纤耦合模块可以安装在箱体内视场外的任何位置；在投影屏的正上方设置一个摄像头，摄像头与显示器相连；摄像头的光轴和激光光纤耦合模块发出的入射光线重合并垂直于分光镜的基面；解决了光源遮挡视场问题，消除了光线侧移相对误差这一对矛盾，提高了测量精度，该仪器的光源几乎没有遮挡视场，屏幕与入射光束垂直，测量时没有相对误差。

Description

微扫描器平面元件法向矢量测量仪

技术领域

本实用新型涉及红外热成像技术领域，尤其是一种用于测量微扫描器平板或平面光学元件法向矢量方向的测量仪器。

背景介绍

微扫描器是一种使光线发生微小位移的光电器件。按光学元件与光的作用方式不同，微扫描器主要分为平板光学元件透射(即折射)式和平面光学元件反射式两种。无论哪种微扫描方式，微扫描所产生的图像的位置与光学元件法向矢量同光轴的夹角存在对应关系，夹角越大图像位移也就越大，法向矢量指向哪里，由它所产生的图像的位置就在哪里，因此光学元件的法向矢量方向测量十分重要，它既可以解决微扫描器的装配问题，也可以解决微扫描器的性能测试问题。

微扫描器通常由若干片平板透射或平面反射光学元件组成，每片元件与光轴的夹角大小相等，夹角所在的方向，即入射光线与反射光线所构成的平面都不相同。又由于这些角度通常小于1°，普通测量方式的测量精度满足不了使用要求，所以通常采用光学测量方式。

目前常用的法向矢量测量方法如图1所示，激光光源2发出的平行光入射到与该光源光轴呈45°夹角的分光镜3上，然后入射到被测元件1的表面上，由于被测元件1与入射光不垂直，反射光线与入射光线不重合，夹角大小和方向反映了被测元件1的法向矢量的方向，亦即指向。在设计这种仪器时，为了避免激光光源2遮挡仪器的视场而影响测量，设计者将激光光源2置于主光路的旁边，先利用分光镜3的半反半透功能将光线反射到被测元件1的表面，然后再将由被测元件1表面反射回来的光透射或折射过去，最后入射到由毛玻璃做成的投影屏S上，在分光镜3与投影屏S的距离比较大时就可以直接测量出由反射光线所形成的光斑位置。根据光斑位置就可计算出反射光线与入射光线的夹角，夹角的一半就是被测元件1的法向矢量与入射光线的夹角大小，方向就在入射光线与反射光线所构成的平面内，从而得到被测元件1的法向矢量的方向。这种测量方式结构简单，易于制造，存在的问题是由于分光镜3与入射光线不垂直，左边位置的光线与分光镜3的夹角α同右边位置的光线与分光镜3的夹角β不相等，如图1所示，从而导致光线在透过分光镜3时侧移的距离不相等，左边光线侧移距离大于右边光线，在分光镜3与投影屏S之间的距离较小且测量精度要求较高的精密测量时，这种测量方式及其装置就不可取了。

发明内容

针对上述方案的不足，本实用新型提出一种微扫描器平面元件法向矢量测量仪，其特征是：激光光纤模块，电源，开关和摄像头置于箱体中，激光光纤耦合模块的发光部分置于测量仪的视场外，传递激光的光纤部分置于视场内；分光镜嵌入箱体底板中央，光纤插针体安装于分光镜的中心，激光光纤耦合模块与光纤插针体之间通过光纤相联。

所述的激光光纤耦合模块可以安装在箱体内视场外的任何位置；在投影屏的正上方设置一个摄像头，摄像头与显示器相连；摄像头的光轴和激光光纤耦合模块发出的入射光线重合并垂直于分光镜的基面；开关为带自锁功能的按钮开关。

本实用新型与现有技术比较具有如下优点或有益效果：

1、由于采用了新的结构，解决了光源遮挡视场问题，消除了光线侧移相对误差这一对矛盾，提高了测量精度。该仪器的光源几乎没有遮挡视场，屏幕与入射光束垂直，测量时没有相对误差。

2、由于采用了新的结构设计，激光光纤模块可以安装在箱体内视场外的合适位置，仪器结构更加简单，加工制作和调试更加方便。

3、由于采用了新的结构，不仅可以应用于平板透射式微扫描器，也可用于平面反射式微扫描器，还可用于其它需要测量平面法向矢量方向的地方。

4、由于测量仪采用模块化结构设计，摄像头10与法向矢量测量部分可以分开使用，也就是，既可以用摄像头10成像观察测量，也可以直接用人眼观察测量。直接用人眼观察测量时，可以不受显示器9的束缚，法向矢量方向测量仪与被测的距离可以增大，以提高测量精度。

5、由于测量仪可以不用摄像头10与显示器9，法向矢量方向测量仪与被物体之间的距离可以根据需要选择，不是固定的。

附图说明

图1是已有的法向矢量测量仪的原理示意图。

图2是本实用新型提供的法向矢量测量仪的原理示意图。

图3是本实用新型提供的法向矢量测量仪的实际结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明：依据本实用新型提供的法向矢量方向测量仪，以激光光纤耦合模块代替原来的激光光源2，如图2所示，激光光纤耦合模块5发出的激光入射到光纤插针体4中，垂直穿过分光镜3后继续向前传播，入射到被测元件1上，反射回去入射到分光镜3上，透过分光镜3再入射到投影屏S上，以0.1°(角度大小可以变化，具体值人为确定)为一个间隔，在投影屏S上刻上若干个同心圆，每个同心圆对应于一个间隔。再在投影屏的正上方设置一个摄像头10，摄像头10的光轴与入射光线重合，视场正好覆盖分光镜3上的最大直径的圆。摄像头10与显示器9相连，激光光纤模块5发出的光被反射回来后，照到分光镜3上形成光斑，通过摄像头10形成图像，再由显示器9显示出来，通过显示器9就可以直接测量出光斑在分光镜3上的位置。

为了保证激光光纤耦合模块5能够正常工作，本实用新型给激光光纤耦合模块5配置了电源7和开关6。如图3所示，结构上整个仪器制作成箱体8，激光光纤耦合模块5，光纤插针体4，电源7，开关6和摄像头10置于箱体8中，分光镜3嵌入箱体底板中央，光纤插针体4安装于分光镜3的中心，摄像头10的光轴和入射光线重合并垂直于分光镜3的基面。激光光纤耦合模块5的发光部分置于测量仪器视场外，传递激光的光纤部分置于视场内，由于光纤很细且无色，因而对视场的影响很小。又由于入射光线垂直于分光镜3，所以被测元件1的法向矢量与入射光线夹角相等情况下反射光线与分光镜3的夹角相等，透过后所产生的侧移距离也相等，通过计算和标定，将误差消除了的同心圆刻划到投影屏11上就可以消除由分光镜3带来的测量误差。

本实用新型提供的法向矢量方向测量仪的实现步骤如下：

第一步，选择工作波长在可见光波段、单模光纤、出光功率大于5mW的激光光纤耦合模块5。

第二步，根据激光光纤耦合模块5选择电源7和开关6，为便于使用，电源7选择五号干电源，开关6选择带自锁功能的按钮开关。

第三步，根据最大测量角度所需要的尺寸设计制作分光镜3，并将面向摄像头10的一面处理成毛面。

第四步，根据分光镜3和箱体高度选择摄像头10及显示器9，视场要能覆盖整个分光镜3，摄像头10的镜头选择定焦镜头。显示器9可以用普通的CRT显示器，也可用液晶显示器。

第五步，将光纤插针体4安装到分光镜3的中央。

第六步，将标准的激光光纤耦合模块5的单模光纤插入到光纤插针体4中，并调整插针体4使之垂直于分光镜3，调整方法是：将整个仪器置于一个中空的距地面高度约1.5米的可以旋转平台上，在平台的正下方放置一个“十字”分划靶，移动靶的位置使其中心交点与激光光纤耦合模块5发出的光在靶面上形成的光斑重合；然后将仪器转动90°，这时光斑与靶的中心不重合，调整光纤插针体4使光斑向靶的中心移动，移动大约一半距离时停止，再移动靶使之与光斑重合；这样反复多次直到光斑与靶的中心始终重合。

第七步，按相同的角度间隔在分光镜3上刻画上同心圆和一对“十字”线。

第八步，将分光镜3、激光光纤模块5，开关6，电源7，摄像头10安装到箱体8中，并将激光光纤耦合模块5的光纤插入分光镜3中央的光纤插针体4中。

Claims (5)

1、一种微扫描器平面元件法向矢量测量仪，该仪器包括分光镜(3)、光纤插针体(4)、激光光纤耦合模块(5)、开关(6)、电源(7)、投影屏S、摄像头(10)和显示器(9)，其特征在于：激光光纤模块(5)，电源(7)，开关(6)和摄像头(10)置于箱体(8)中，激光光纤耦合模块(5)的发光部分置于测量仪的视场外，传递激光的光纤部分置于视场内；分光镜(3)嵌入箱体底板中央，光纤插针体(4)安装于分光镜(3)的中心，激光光纤耦合模块(5)与光纤插针体(4)之间通过光纤相联。

2、如权利要求1所述的微扫描器平面元件法向矢量测量仪，其特征在于：激光光纤耦合模块(5)安装在箱体内视场外的任何位置。

3、如权利要求1所述的微扫描器平面元件法向矢量测量仪，其特征在于：在投影屏S的正上方设置一个摄像头(10)，摄像头与显示器(9)通过电缆相连。

4、如权利要求1所述的微扫描器平面元件法向矢量测量仪，其特征在于：摄像头的光轴和激光光纤耦合模块发出的入射光线重合并垂直于分光镜的基面。

5、如权利要求1所述的微扫描器平面元件法向矢量测量仪，其特征在于：开关(6)为带自锁功能的按钮开关。

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