CN205091455U - 一种光源空间指向检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光源空间指向检测系统，包括光源组件，所述光源组件包括光源2’、镜片6’，光源2’按发射空间角度入射至镜片6’，其特征在于：在光源2’入射方向一侧设置自准直仪3’、绝对测角仪4’，光源2’反射方向一侧设置有大口径标准镜5’，将光源的反射光沿原光路返回。本实用新型巧妙设计了光源空间指向检测系统，使检测精度达到微弧度量级，具有广阔的应用前景。

Description

一种光源空间指向检测系统

技术领域

本实用新型属于激光系统安装集成技术领域，具体而言涉及一种光源空间指向检测系统。

背景技术

在大型光学系统安装集成中，集成调试的工作量非常庞大。为了提高集成调试效率，需在不同功能段开展并行调试作业，这时需要光源组件提供指向精确的可见光轴，开展光路调试作业。

在线光路调试对精度要求非常严苛，光源组件在离线装校时需按设计精确调试出光源指向，其精度通常为微弧度量级，传统的光学测试方法已无法满足测量精度要求，迫切需要一种高精度的光源指向检测系统，提高在线光路调试精度。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种光源空间指向检测系统。

本实用新型提供如下技术方案：

一种光源空间指向检测系统，包括光源组件，所述光源组件包括光源2’、镜片6’，光源2’按发射空间角度入射至镜片6’，其特征在于：在光源2’入射方向一侧设置自准直仪3’、绝对测角仪4’，光源2’反射方向一侧设置有大口径标准镜5’，将光源的反射光沿原光路返回。

进一步，在大口径标准镜5’与镜片6’之间架设有小孔7’及CCD元件8’，使光源反射光线的光斑从小孔7’中心穿过入射至大口径标准镜；通过CCD元件8’观察，使大口径标准镜5’的反射光斑穿过小孔7’中心。

进一步，镜片6’法线、自准直仪3’光轴设置于同一水平面上。

进一步，自准直仪3’光轴相对于大地水平面平行。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型运用大口径标准镜使将光源的入射光线指向间接转换为标准镜法线指向，并利用自准直仪和绝对测角仪模拟镜片和大口径标准镜法线指向，经过几何光学转换关系，计算出精确的光源组件空间指向，巧妙地利用现有仪器设备设计了精确的检测手段，使检测精度达到微弧度量级，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型光源空间指向检测系统平面图；

图2是本实用新型光源空间指向检测系统几何光学关系图。

图中标号：

1’-镜框；2’-光源；3’-自准直仪；4’-绝对测角仪；5’-大口径标准镜6’-镜片；7’-小孔；8’-CCD；

1-α_入；2-β_入；3-自准直仪光轴；4-旋转后自准直仪光轴；5-β_出；6-α_出；7-光源光线在水平面投影线；8-光源光线；9-标准镜法线；10-β'；11-α'；12-镜片法线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

为了清楚的说明本实用新型的光源空间指向检测系统，本实施例按照光源组件空间指向检测平台示意图1初步搭建好检测平台，一种光源空间指向检测系统，包括光源组件，所述光源组件包括光源2’、镜片6’，光源2’按发射空间角度入射至镜片6’，其特征在于：在光源2’入射方向一侧设置自准直仪3’、绝对测角仪4’，光源2’反射方向一侧设置有大口径标准镜5’，将光源的反射光沿原光路返回。优选的方案中，在大口径标准镜5’与镜片6’之间架设有小孔7’及CCD元件8’，使光源反射光线的光斑从小孔7’中心穿过入射至大口径标准镜；通过CCD元件8’观察，使大口径标准镜5’的反射光斑穿过小孔7’中心。

实验系统设备技术指标为：

绝对测角仪：测量范围：0°～360°，测量精度：1″；自准直仪测量精度：0.2″。

模拟光源：激光束直径大于1mm，发散角小于0.5mrad，角漂小于5μrad。

大口径标准镜：反射面形PV值优于λ/2(λ＝632.8nm)。

数显水平仪：精度0.001°。

CCD像素数：2048×2048。

实际测量数据设计：

α_入为547.2″、β_入为44°58′34″(对应的β'为135°1′26″)。

实验中，其他参数取值：自准直仪旋转前光轴相对于大地水平面夹角为θ1，旋转后为θ2，θ1＝θ2＝0°，镜框上表面相对于大地水平面夹角为

其光路图如图2所示，镜片法线、自准直仪旋转前后光轴出于同一水平面上(或与大地水准面成固定夹角)。

光源入射光线在水平面上的投影夹角为α_入，该投影与镜片法线夹角为β_入，同理定义α_出、β_出，α'为标准镜法线与自准直仪光轴的夹角，即测得的AngleY值；β'为自准直仪旋转前后光轴夹角，即测得的转台旋转度数；

式中：

α_入——光源入射光线在水平面上的投影夹角，rad；

β_入——光源入射光线在水平面上的投影与镜片法线夹角，rad；

α_出——出射光线在水平面上的投影夹角，rad；

β_出——出射光线在水平面上的投影与镜片法线夹角，rad；

α'——标准镜法线与自准直仪光轴的夹角，rad；

β'——自准直仪旋转前和旋转后的光轴夹角。

本实施例的检测过程如下：

a)按照光源组件空间指向检测平台示意图1初步搭建好检测平台，打开CCD，待机时间不小于0.5小时；

b)按照绝对测角仪使用说明书的要求和步骤连接整个绝对测角仪测试系统；

c)启动测试软件，完成绝对测角仪上自准直仪的初始化及调较，完成转台的初始化；

d)将水平尺放置在光源组件镜框上表面中心位置，调整光源组件姿态，使水平尺水平；

e)旋转绝对测角仪上的自准直仪，使之对准光源组件上的镜片，并使镜片在自准直仪上成十字像，用转台锁紧旋钮对转台锁紧。

f)将水平尺放置于绝对测角仪上的自准直仪上表面中心位置，调整自准直仪姿态，使水平尺水平；

g)用光学角锥贴紧绝对测角仪上的自准直仪镜头，测试软件上出现目标十字像，将它设置为绝对参考点，拿走光学角锥；

h)点击连续测量，调整光源组件姿态，使镜片在自准直仪上的十字像的AngleX和AngleY均小于0.1″；

i)依次重复d)和h)，最终使该两个步骤中的状态要求同时能满足；

j)打开光源，待机时间不小于0.5小时；

k)架设小孔，使光源的光斑从小孔中心穿过；

l)调整大口径标准镜姿态，使光源在标准镜上的反射光沿原光路返回，判断的依据为通过CCD观察激光光斑穿过小孔中心；

m)在测试软件选取“全角测量”，点击“转台清零”，点击“基准面”此时屏幕上会出现双绿线记录当前面的像位置；

n)转动转台使绝对测角仪对准大口径标准镜，并调试出标准镜十字像，缓缓锁紧转台，并通过微调旋钮将像调至双绿线内，待自准直仪和转台读数稳定后，记录AngleY和转台度数，即为α'和β'；

o)重复d)～m)步骤，对测量参数α'和β'进行重复检测不小于三次，并记录每次的检测结果，计算并记录其算术平均值作为测量值。

由几何关系可得，光源组件空间指向角度公式为：

根据上述公式计算出α_入和β_入。

测得待测标准镜法线与模拟镜片法线的夹角α'和自准直仪旋转前和旋转后的光轴夹角β'的测量数据如下表。

测得的实验数据

实施例2：自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角对测量结果的影响分析及验证：

由分析可知，自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角只对α_入测量值的有影响。假设自准直仪旋转前光轴相对于大地水平面夹角为θ1，旋转后为θ2，镜片法线相对于水平面夹角为0，那么镜片法线在自准直仪上测试值为θ1，标准镜法线在自准直仪上测试值为α’+θ2。结合公式(1)，由几何关系可知，模拟光源入射光线与其在水平面上的投影夹角的测量值α_入为：

α_入＝-α_出＝-(α^、+θ₂-θ₁)…………………………(2)

由公式(2)可知，自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角对α_入测量值的影响取决于θ2和θ1之间的差值θ2-θ1，因此，只要控制θ2和θ1数值一致，就不会引入额外的测量误差。

利用精度为0.001°水平尺在自准直仪上表面同一位置控制其旋转前后与大地水平面的夹角，验证对测量结果的影响。

自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角一致

在其它测试条件不做改变的前提下，利用精度为0.001°水平尺控制自准直仪旋转前后与大地水平面的夹角，分别取θ1＝θ2＝0°、θ1＝θ2＝0.002°(7.2″)和θ1＝θ2＝0.004°(14.4″)，对理论值为547.2″的α_入进行测试，测试结果如下：

θ₁＝θ₂时α_入的测试值

从表2中可以看出：在θ1＝θ2＝0°、θ1＝θ2＝0.002°和θ1＝θ2＝0.004°时，α_入的平均值均在547.2″附近，Δα_入的最大值为-0.63″，与水平尺的分辨力相当，由此可以验证，自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角一致时，不会引入额外的测量误差。

自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角不一致

与上述方法相同，利用精度为0.001°水平尺控制自准直仪旋转前后与大地水平面的夹角，分别取θ1＝0°，θ2＝0.002°(7.2″)；θ1＝0°，θ2＝0.004°(14.4″)；θ1＝0°，θ2＝-0.002°(-7.2″)；θ1＝0°，θ2＝-0.004°(-14.4″)，对理论值为547.2″的α_入进行测试，测试结果如下：

θ₁≠θ₂时α_入的测试值

从表3中可以看出：在θ1≠θ2时，将会导致α_入测试值的误差，对比和理论值(547.2″)的差值与θ2-θ1的值，可知θ2-θ1等于α_入的测试误差。

由上面分析可知，自准直仪旋转前后光轴相对于大地水平面夹角是测量中必须控制的一个关键因素。另外，为简便起见，控制要求建议设定为θ1＝θ2＝0°。

实施例3：模拟光源沿模拟镜片法线旋转对测量结果的影响，

在本实用新型的检测方法中，除自准直仪旋转前后姿态对测试结果有影响外，模拟光源组件安装姿态对对测试结果也存在影响，这是因为自准直仪只能控制模拟镜片的法线指向，但由于制造和安装等误差，模拟光源存在沿镜片法线旋转的可能，从而导致测量结果的不同。

由图2可知，模拟光源沿模拟镜片法线旋转不会对β_入的测量结果产生影响，只影响α_入的测量值。利用精度为0.001°水平尺在镜框上表面同一位置控制模拟光源沿模拟镜片法线旋转角度，验证对测量结果的影响。

假设镜框上表面相对于大地水平面夹角为依据分析，值的改变对α_入测量值的影响为：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{\λ}}}-\frac{\sqrt{2}}{2}\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}\mathrm{...}\left(3\right)$

在其它测试条件不做改变的前提下，改变值，对理论值(时)为547.2″的α_入进行测试，测试结果如下：

不同的值对应的α_入的测试值

从表4可以看出，的测试值与大小吻合程度很好，实验验证了分析是正确的。验证实验表明，模拟光源沿模拟镜片法线的相对位置是影响测量精度的另一个关键因素。为了测量结果的唯一性，约定测试状态为镜框上表面相对于大地水平面平行，即

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种光源空间指向检测系统，包括光源组件，所述光源组件包括光源(2’)、镜片(6’)，光源(2’)按发射空间角度入射至镜片(6’)，其特征在于：在光源(2’)入射方向一侧设置自准直仪(3’)、绝对测角仪(4’)，光源(2’)反射方向一侧设置有大口径标准镜(5’)，将光源的反射光沿原光路返回。

2.根据权利要求1所述的一种光源空间指向检测系统，其特征在于：在大口径标准镜(5’)与镜片(6’)之间架设有小孔(7’)及CCD元件(8’)，使光源反射光线的光斑从小孔(7’)中心穿过入射至大口径标准镜；通过CCD元件(8’)观察，使大口径标准镜(5’)的反射光斑穿过小孔(7’)中心。

3.根据权利要求1所述的一种光源空间指向检测系统，其特征在于：镜片(6’)法线、自准直仪(3’)光轴设置于同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的一种光源空间指向检测系统，其特征在于：自准直仪(3’)光轴相对于大地水平面平行。