CN201050980Y - 双轴光电自准直仪 - Google Patents

Abstract

一种双轴光电自准直仪。采用两个经调制的光源以及两个经解调的一维图像传感器，水平光轴方向依次设置光源A、水平分化板、第一、第二分光棱镜、准直物镜和反光镜，在第一分光棱镜的与水平光轴垂直一侧设置光源B和垂直分化板，在第二分光棱镜的与水平光轴垂直一侧设置第三分光棱镜和水平一维图像传感器和垂直一维图像传感器。本新型采用半导体发光元件作为光源，经调制后工作频率可达100KHz以上，可进行动态测量和静态测量，同时发光元件为冷光源，功率低，系统发热大大减小，且其寿命远远高于一般采用的卤素灯。采用线扫描CCD作为一维图像传感器，具有成本低、精度高的优点。测量范围较现有产品可提高数倍。两轴的测量精度相同，且无任何关联性。

Description

双轴光电自准直仪

【技术领域】

本实用新型涉及精密测试计量仪器，具体地说是一种二维角度的测量仪器。

【背景技术】

就目前技术发展而言，采用一维图像传感器可以获得比二维图像传感器更高的精度，若需要检测正交的两个方向的角度变化，则需要采用两个相互垂直的一维图像传感器进行测量。通常采用的十字型分化板在测量二维角度时，当十字线当中的一条线和与之平行的一维图像传感器重合时，准直仪将无法工作，此时则称为光电准直仪的盲区。

为了避免上述盲区，一种方式是在光学系统设计上使十字线分化板偏离光轴中心，这种方法的缺点是测量的角度范围大大缩小，通常在100角秒～300角秒之间，另外由于光学系统远轴光的线性劣于近轴光，因此测量精度及线性度均下降；另一种方式是采用诸如N字型、V字型、米字型刻线的分化板并使用单个一维图像传感器同时检测二维角度变化，这种方式的缺点同样是测量范围小(不超过500角秒)、二维角度的测量精度不一致，同时测量中两轴的角度具有一定的关联性。

【发明内容】

本实用新型的目的是解决现有光电自准直仪存在测量角度范围小、测量精度低且测量中两轴的角度具有一定关联性的问题，提供一种双轴光电自准直仪。

本实用新型采用的测量原理彻底克服了上述几种方式的缺点，具有测量范围大、双轴的测量精度高且一致性好，同时没有任何关联性。

本实用新型提供的双轴光电自准直仪，包括光源、分化板、分光棱镜、一维图像传感器、准直物镜和反光镜，本实用新型采用两个经调制的光源即光源A和光源B，以及两个经解调的一维图像传感器与之配合工作检测二维角度，其中光源A水平设置，沿其后的水平光轴方向依次设置水平分化板、第一分光棱镜、第二分光棱镜、准直物镜和反光镜，在第一分光棱镜一侧与水平光轴垂直方向设置光源B和垂直分化板，在第二分光棱镜一侧与水平光轴垂直方向设置第三分光棱镜和水平一维图像传感器，在第三分光棱镜的与水平光轴平行方向设置垂直一维图像传感器。

两个光源采用经调制的半导体发光元件。

两个一维图像传感器采用经解调的线扫描CCD元件。

本实用新型的优点和积极效果：

1、采用半导体发光元件作为光源，经调制后工作频率可达100KHz以上，可进行动态测量和静态测量，同时发光元件为冷光源，功率低，系统发热大大减小，且其寿命远远高于一般采用的卤素灯。

2、采用线扫描CCD作为一维图像传感器，具有成本低、精度高的优点。

3、测量范围较现有产品可提高数倍。

4、两轴的测量精度相同，且无任何关联性。

【附图说明】

图1是本实用新型的结构原理简图。

【具体实施方式】

实施例

如图1所示，本实用新型所述的双轴光电自准直仪组成如下：1光源A，2光源B，3水平分化板，4垂直分化板，5第一分光棱镜，6第二分光棱镜，7第三分光棱镜，8水平一维图像传感器，9垂直一维图像传感器，10准直物镜和11反光镜。

光源A和光源B采用半导体发光元件，两个分化板均采用一字型分化线，两个一维图像传感器采用线扫描CCD元件；分化板及两个一维图像传感器均位于准直物镜的共轭焦平面上。

工作原理：

光源A与光源B经调制电路调制后，照射到水平和垂直两个分化板3和4上，经准直光学系统后形成准直光照射至反光镜11，经反光镜返回光经第三分光棱镜7后同时在两个一维图像传感器8和9上成像。两个一维图像传感器的驱动电路对光源调制信号解调，分别测量二维角度。经调制和解调后的系统在工作时二维的测量无关联性。当反射镜的角度发生变化时，经准直系统返回至一维图像传感器的分化板像在传感器上的位置发生变化，通过以下公式可计算出反光镜的偏转角度：

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{\mathrm{\ΔS}}{2f}\right)$

其中：α——反射镜的偏转角度

ΔS——像在一维图像传感器上的相对位移量

f——准直系统的焦距

具体结构参考实例：

1、采用焦距295mm的自准直光路，一维图像传感器采用TCD1208AP(2160像素，14μm×14μm像素尺寸)，采用本实用新型设计的光电自准直仪测量两轴范围达到4000角秒，精度1角秒，分辨率0.1角秒。

2、采用焦距859.4mm的自准直光路，一维图像传感器采用TCD1500C(5340像素，7μm×7μm像素尺寸)，采用本实用新型设计的光电自准直仪测量两轴范围达到1000角秒，精度0.2角秒，分辨率0.02角秒。

Claims (3)

1.一种双轴光电自准直仪，包括光源、分化板、分光棱镜、一维图像传感器、准直物镜和反光镜，其特征是，本实用新型采用两个经调制的光源即光源A和光源B，以及两个经解调的一维图像传感器与之配合工作，其中光源A水平设置，沿其后的水平光轴方向依次设置水平分化板、第一分光棱镜、第二分光棱镜、准直物镜和反光镜，在第一分光棱镜一侧与水平光轴垂直方向设置光源B和垂直分化板，在第二分光棱镜一侧与水平光轴垂直方向设置第三分光棱镜和水平一维图像传感器，在第三分光棱镜的与水平光轴平行方向一侧设置垂直一维图像传感器。

2.根据权利要求1所述的双轴光电自准直仪，其特征是，两个光源采用经调制的半导体发光元件。

3.根据权利要求1所述的双轴光电自准直仪，其特征是，两个一维图像传感器采用经解调的线扫描CCD元件。

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