CN204177360U - 一种偏振可调数字式光电自准直仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光学测量领域，尤其涉及一种准直仪，具体指一种偏振可调数字式光电自准直仪用PSD探测器，包括光源、分划板、可调汇聚透镜组、偏振分光棱镜、望远主镜、次镜和PSD探测器，本实用新型采用PSD探测器，所探测的光信号的位置量信息为模拟量输出，系统响应快，分辨率高；本偏振可调数字式光电自准直仪采用了汇聚透镜组缩短了准直仪的纵向高度；采用偏分光棱镜和偏振片，减少了系统损失率，提高了检测端的光能量强度。本实用新型具有成本低，结构紧凑，探测距离远，探测精度高等优势，可广泛应用于日常生活、工业生产、航空航天、船舶和军工领域的准直测量中。

Description

一种偏振可调数字式光电自准直仪

技术领域

本实用新型涉光电探测领域，尤其是涉及自准仪领域。

背景技术

自准直仪是利用光学自准直原理，实现小角度测量的精密测量仪器。由于其使用方便而且具有较高的检测精度，被广泛应用于航空航天、船舶、军工等精密度极高的行业，例如机械加工工业的质量保证（平直度、平面度、垂直度、平行度等）、计量检定行业中角度测试标准、棱镜角度定位及监控、光学元件的测试及安装精度控制等，其应用范围广阔。自准直仪经历了目视式、光电指零式和数显式三个发展阶段。

提高分辨力和示值稳定性是通用数显自准直仪的发展方向。

高分辨力是高准确度的保障与前提，高稳定性又是高分辨力的保障与前提。跳字量是静态数显自准直仪的特点和难点。动态测量每次采样只有一个数值输出，反应不出示值的跳动，其难点是动态响应速度和动态准确度，但通用仪器要读出每个位置的稳定读数值，跳字大就只能估读，影响示值的准确度，也影响分辨力。

数显式自准直仪的出现使自准直仪的性能有质的飞跃，数显式把仪器准确度由1″级提高至0.1″级，最小显示值由0.1″级提高至0.01″级。数显式自准直仪准确度高，使用方便，操作简单，能实现自动测量。

目前国内外生产的光电自准直仪主要靠人眼读数，用于静态测试，响应频率不高，无法满足高速测量的需要，不仅如此当目前的自准直仪一般多次经过分光棱镜的半透半反作用，最后能够投射到检测装置的光能量，损失很大，可以高达80%，这样大的光能量损失，对检测装置的感光灵敏度提出更高要求；此外自准直仪的纵向高度过高，也不利于产品的安装和携带。

实用新型内容

鉴于上述情况，本实用新型提供了一种偏振可调数字式光电自准直仪，添加偏振器件，可对目标进行自动识别，相比于传统的光电自准仪具有更高的分辨率，且缩短了自准直仪的纵向高度。

为了实现上述目标，本实用新型采取以下技术方案：一种偏振可调数字式光电自准直仪，包括光源、分划板、可调汇聚透镜组、偏振分光棱镜、1/4波片、望远主镜、次镜和PSD探测器；其中，光源开启后，所发出的光线照亮分划板，经分化板后，光线投射到光源可调汇聚透镜组，经过汇聚透镜组的汇聚作用后，照射到偏振分光棱镜上，经过偏振分光棱镜分光面的反射后光信号中的S分量被全部反射，S分量被反射到1/4波片中，经过1/4波片后，上述S波分量在相位上旋转90°，经过旋转后的上述光信号，经过望远主镜的准直作用后，投射到目标反射面上，经过目标反射面的反射后再次经过望远主镜的汇聚作用，入射到1/4波片上，经过1/4波片后的上述光信号在相位上再次延迟90°，这样经过1/4波片的两次反射作用后，原来的S波相位旋转了180°，变成了P波，这样的P波在偏振分光棱镜的反光面上完全投射，经过偏振分光棱镜后照射到次镜中，经过次镜的汇聚后投射到PSD探测器中；降低了光信号的反射率。提高了光信号的利用率。

本偏振可调数字式光电自准直仪，在光源端采用可调汇聚透镜组，所述可调汇聚透镜组包括第一汇聚透镜和第二汇聚透镜，所述第一汇聚透镜靠近分划板一端，所述第二汇聚透镜靠近所述偏振分光棱镜端，光源所发出的光照亮分划板上的图案后，上述图案投射到第一汇聚透镜，经过第一和第二汇聚透镜的两次汇聚后投射到偏振分光棱镜的分光面上，这样做的好处是，在光源为发散光时，两次的汇聚作用可以在较短的距离内将图案汇聚到较小范围内，更好的集中光信号，便于其后的观测或检测，缩短了光源所发出的光信号到偏振分光棱镜之间的传输距离，直接好处是使得自准仪的纵向高度减小，结构更加紧凑，更加便于安装的携带。

本偏振可调数字式光电自准直仪采用PSD探测器，所探测的光信号的位置量信息为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，因此具有广泛应用的价值。同时可对目标信号进行调制，因而可以显著提高系统的抗干扰能力，可以用来实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统，相比于CCD探测器，本实用新型采用PSD探测器的探测灵敏度更高，高实现高更精度的测量。同时价格也更加便宜。

进一步的，所述光源采用LED光源，相比于传统光源，LED具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，绿色环保，超长寿命等一系列显著优点，本一种偏振可调数字式光电自准直仪采用LED为光源，降低了生产成本，同时光源发光强度也得到保证，同时由于LED光源所发出光具有很高的偏振性，用LED光源的系统光能量损失可以降低到最小。

进一步的，所述望远主镜为胶合透镜组，相比于普通透镜，胶合透镜组具有更好的聚光效果。

作为一种优选，所述分划板为“十字”分划板。

作为一种优选，所述分划板为“工字”分划板。

本实用新型具有以下有益效果：本偏振可调数字式光电自准直仪采用PSD探测器，所探测的光信号的位置量信息为模拟量输出，系统响应快，分辨率高；采用偏分光棱镜和偏振片，减少了系统损失率，提高了检测端的光能量强度，此外本偏振可调数字式光电自准直仪还采用了汇聚透镜组缩短了准直仪的纵向高度，总之本偏振可调数字式光电自准直仪具有成本低，结构紧凑，探测距离远，探测精度高等优势，可广泛应用于日常生活、工业生产、航空航天、船舶和军工领域的准直测量中。

附图说明

图1为本偏振可调数字式光电自准直仪的原理结构图。

图2为本偏振可调数字式光电自准直仪的光路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细说明本实用新型。

本实用新型采取以下技术方案：一种偏振可调数字式光电自准直仪，如图1所示，包括光源1、分划板2、可调汇聚透镜组3、偏振分光棱镜4、1/4波片5、望远主镜6、目标反射面7、次镜8和PSD探测器9；其中，光源1开启后，所发出的光线照亮分划板2，经分化板后，光线投射到光源可调汇聚透镜组3，经过可调汇聚透镜组3的汇聚作用后，照射到偏振分光棱镜4上，经过偏振分光棱镜4分光面的反射后光信号中的S分量被全部反射，S分量被反射到1/4波片5中，经过1/4波片5后，上述S波分量在相位上旋转90°，经过旋转后的上述光信号，经过望远主镜6的准直作用后，投射到目标反射面7上，经过目标反射面7的反射后再次经过望远主镜6的汇聚作用，入射到1/4波片5上，经过1/4波片后的上述光信号在相位上再次延迟90°，这样经过1/4波片的两次反射作用后，原来的S波相位旋转了180°，变成了P波，这样的P波在偏振分光棱镜4的反光面上完全投射，经过偏振分光棱镜4后照射到次镜8中，经过次镜8的汇聚后投射到PSD探测器9中；降低了光信号的反射率。提高了光信号的利用率（原理过程如图2所示）。

如图1所示，本偏振可调数字式光电自准直仪，在光源端采用汇聚透镜组3，所述汇聚透镜组包括第一汇聚透镜3-1和第二汇聚透镜3-2，所述第一汇聚透镜3-1靠近分划板2一端，所述第二汇聚透镜靠3-2近所述偏振分光棱镜4端，光源1所发出的光照亮分划板2上的图案后，上述图案投射到第一汇聚透镜3-1，经过第一和第二汇聚透镜3-2的两次汇聚后投射到偏振分光棱镜4的分光面上，这样做的好处是，在光源为发散光时，两次的汇聚作用可以在较短的距离内将图案汇聚到较小范围内，更好的集中光信号的能量，便于其面的观测或检测，缩短了光源所发出的光信号到偏振分光棱镜之间的传输距离，使得自准仪的纵向高度减小，结构更加紧凑，更加便于安装的携带。

本实用新型采用PSD探测器8，所探测的光信号的位置量信息为模拟量输出，系统响应快，分辨率高，成本低，因此具有广泛应用的价值。同时可对目标信号进行调制，因而可以显著提高系统的抗干扰能力，可以用来实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统，相比于CCD探测器，本实用新型采用PSD探测器的探测灵敏度更高，高实现高更精度的测量。同时价格也更加便宜。

进一步的，所述光源采用LED光源，相比于传统光源，LED具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，绿色环保，超长寿命等一系列显著优点，本一种偏振可调数字式光电自准直仪采用LED为光源，降低了生产成本，同时光源发光强度也得到保证。

进一步的，所述望远主镜为胶合透镜组，相比于普通透镜，胶合透镜组具有更好的聚光效果。

作为一种优选，所述分划板为“十字”分划板。

作为一种优选，所述分划板为“工字”分划板。

本偏振可调数字式光电自准直仪采用PSD探测器，所探测的光信号的位置量信息为模拟量输出，系统响应快，分辨率高；采用偏分光棱镜和偏振片，减少了系统损失率，提高了检测端的光能量强度，此外本偏振可调数字式光电自准直仪还采用了汇聚透镜组缩短了准直仪的纵向高度，总之本偏振可调数字式光电自准直仪具有成本低，结构紧凑，探测距离远，探测精度高等优势，可广泛应用于日常生活、工业生产、航空航天、船舶和军工领域的准直测量中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种偏振可调数字式光电自准直仪，包括光源、分划板、偏振分光棱镜、1/4波片、望远主镜、次镜和PSD探测器，其特征是，还包括可调汇聚透镜组；

光源开启后，所发出的光线照亮分划板；经分化板后的光线投射到光源汇聚透镜组；

经过汇聚透镜组的汇聚后，照射到偏振分光棱镜上；

经过偏振分光棱镜分光面的反射后,入射到1/4波片上，透过1/4波片后，入射到望远主镜上，经过望远主镜的准直作用后投射到目标反射面上；

经过目标反射面的反射后，再次经过望远主镜，汇聚后依次经过偏振分光棱镜、1/4波片和次镜；最后投射到PSD探测器中。

2.如权利要求1所述的一种偏振可调数字式光电自准直仪，其特征是，所述可调汇聚透镜组，包括第一汇聚透镜和第二汇聚透镜，所述第一汇聚透镜靠近分划板一端，所述第二汇聚透镜靠近偏振分光棱镜一端。

3.如权利要求2所述的一种偏振可调数字式光电自准直仪，其特征是，所述光源采用LED光源。

4.如权利要求3所述的一种偏振可调数字式光电自准直仪，其特征是，所述望远主镜为胶合透镜组。

5.如权利要求4所述的一种偏振可调数字式光电自准直仪，其特征是，所述分划板为十字分划板。

6.如权利要求4所述的一种偏振可调数字式光电自准直仪，其特征是，所述分划板为工字分划板。