CN211401216U - 一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统，照明组的LED光源发出的光依次经照明聚焦镜、转向直角棱镜及照明准直镜后，使发射组的狭缝被均匀照亮；狭缝作为发射组的物面，狭缝物面发出的光线经发射准直透镜一、发射反射棱镜、发射准直透镜二、能量分光棱镜，最后由胶合物镜出射，形成准直的平行光线；平行光线经被测目标物发射回接收组，接收组经过胶合物镜、能量分光棱镜、后聚焦组镜将狭缝物面成实像于图像传感器靶面。本发明像面狭缝实像随陀螺灵敏部进动角度变化的线位移变化反映了陀螺灵敏部的进动角位置，最后经过光电转换处理采集此狭缝实像的位置，得到陀螺灵敏部进动状态数据，从而实现了对陀螺灵敏部进动状态实时测量。

Description

一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统

技术领域

本实用新型属于惯性导航设备技术应用领域，涉及适用于陀螺罗盘在测量过程中，对陀螺灵敏部进动状态的实时测量技术，尤其涉及一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统。

背景技术

陀螺罗盘是一种无依托、自主建立北向基准的定向测量设备，可以广泛地应用于矿山测量、舰船导航航向标定、武器瞄准系统等多个领域。其寻北工作原理为：陀螺罗盘内部装有通过一弹性金属丝悬吊的陀螺灵敏部，通过其敏感地球自转角速度的水平分量，在重力作用下，产生一个向北进动的力矩，使陀螺主轴(即H向量)围绕子午面往复摆动，利用扫描光学系统实时测量陀螺灵敏部的进动状态，并将光学成像位置转换为电信号后进行数据输出，再对该数据进行采集解算，求得真北方向，达到精准定向的目的。

陀螺罗盘是一种封闭式设备，悬吊的陀螺灵敏部进动寻北过程是在一个封闭的暗环境下进行的，如何在暗环境的状态下对陀螺灵敏部的进动状态进行实时的精确测量就成为陀螺罗盘的关键技术。一套合适的光学系统可为我们解决此问题，封闭的环境也为扫描光学系统无杂光干扰提供了环境支持。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构设计合理，可实现对陀螺灵敏部进动状态实时测量的用于陀螺罗盘的扫描光学系统。

本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统，其特征在于：包括照明组、发射组、安装在陀螺灵敏部中心杆上的被侧目标物、接收组、反射棱镜，安装底板、图像传感器；所述被侧目标物采用平面反射镜，所述照明组、发射组、接收组、反射棱镜和图像传感器均安装在安装底板上；

所述照明组包括LED光源、照明聚焦镜、转向直角棱镜和照明准直镜；所述照明聚焦镜将LED光源发出的光线进行聚焦，经过转向直角棱镜对光轴进行转折方向处理，使得会聚焦点位于转向直角棱镜外，并且照明聚焦镜后焦点的位置与照明准直镜的前焦点的位置一致，光线经过照明准直镜后将被准直为平行光照亮发射组的狭缝片，并为发射组提供合适的孔径角；

所述发射组包括狭缝、发射准直透镜一、发射反射棱镜、发射准直透镜二、胶合物镜、能量分光棱镜；经照明组照亮的狭缝，为整个光路的物面，物面发射出的光线经过发射准直透镜一、发射准直透镜二、胶合物镜三者共同作用，将物面狭缝的出射光线进一步准直为平行光，并照射于目标物上；发射反射棱镜只对光线起到改变光轴方向的作用，能量分光棱镜为5：5分光；

所述接收组包括胶合物镜、能量分光棱镜、后聚焦组镜；胶合物镜与能量分光棱镜被发射组和接收组共用；胶合物镜与后聚焦组镜位于能量分光棱镜的两边；接收组对被侧目标物发射回的平行光进行聚焦，将狭缝物面成实像在图像传感器靶面。

而且的，反射棱镜为直角棱镜，只对接收组的光线进行角度转折。

而且的，所述发射组焦距为60mm，接收组焦距为139mm。

而且的，所述图像传感器采用CMOS图像传感器。

本实用新型具有的优点和积极效果：

采用本扫描光学系统，照明组的LED光源发出的光依次经照明聚焦镜、转向直角棱镜及照明准直镜后，使发射组的狭缝被均匀照亮。狭缝作为发射组的物面，狭缝物面发出的光线经发射准直透镜一、发射反射棱镜、发射准直透镜二、能量分光棱镜，最后由胶合物镜出射，形成准直的平行光线。平行光线经被测目标物发射回接收组，接收组经过胶合物镜、能量分光棱镜、后聚焦组镜将狭缝物面成实像于图像传感器靶面，图像传感器的位置即为接收组焦面位置，像面狭缝实像随陀螺灵敏部进动角度变化的线位移变化反映了陀螺灵敏部的进动角位置，最后经过光电转换处理采集此狭缝实像的位置，得到陀螺灵敏部进动状态数据，从而实现了对陀螺灵敏部进动状态实时测量。

附图说明

图1为光学系统设计总图；

图2为照明组光路图；

图3为发射组光路图；

图4为接收组光路图；

图5为接收组光线图；

图6为接收组LENS数据；

图7为发射组光线图；

图8为发射组LENS数据；

图9为照明组光线图；

图10为照明组LENS数据。

具体实施方式

下面结合图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统，请参见图1-10，其发明点为：

包括发射组1、照明组2、反射棱镜3、接收组4、安装底板5、图像传感器6、安装在陀螺灵敏部中心杆上的被侧目标物7，所述目标位采用平面反射镜，所述照明组、发射组、接收组、反射棱镜和图像传感器均安装在安装底板上。

所述照明组包括LED光源201、照明聚焦镜202、转向直角棱镜203和照明准直镜204，所述照明聚焦镜将LED光源发出的光线进行聚焦，经过转向直角棱镜对光轴进行转折方向处理，使得会聚焦点位于转向直角棱镜外，并且照明聚焦镜后焦点的位置也是照明准直镜的前焦点的位置，光线经过照明准直镜后将被准直为平行光照亮发射组的狭缝片，并为发射组提供合适的孔径角。

所述发射组包括狭缝101、发射准直透镜一102、发射反射棱镜103、发射准直透镜二104、胶合物镜105、能量分光棱镜106。经照明组照亮的狭缝，为整个光路的物面，物面发射出的光线经过发射准直透镜一、发射准直透镜二、胶合物镜三者共同作用，消除发射组的球差、彗差及色差，并将物面狭缝的出射光线进一步准直为平行光，并照射于被侧目标物上。发射反射棱镜只对光线起到改变光轴方向的作用，能量分光棱镜为5：5分光，可使得光线50％透射50％反射。胶合物镜和能量分光棱镜不但是发射组中的零件，也是接收组中的零件，两种镜体被两组共用。

所述接收组包括胶合物镜105、能量分光棱镜106、后聚焦组镜403。胶合物镜与能量分光棱镜被发射组和接收组共用。胶合物镜与后聚焦组镜位于能量分光棱镜的两边。接收组对被侧目标物发射回的平行光进行聚焦，将狭缝物面成实像在图像传感器靶面位置。

上述结构中，反射棱镜为直角棱镜，只对接收组的光线进行角度转折。

上述结构中，所述发射组焦距为60mm，接收组焦距为139mm。

上述结构中，所述图像传感器采用CMOS图像传感器，传感器为线阵传感器。

上述发射组和接收组共用胶合物镜与能量分光棱镜，节省了空间占用。发射系统和接收系统为非等焦设计。

综上，本实用新型提出一种用于陀螺罗盘寻北时，对陀螺灵敏部进动状态实时测量的扫描光学系统，扫描测角光学系统包括了照明组、发射组和接收组，三部分共同完成扫描测角光学系统的功能。

其中照明组将LED光源均匀化，照亮前方物面狭缝。由狭缝射出的光线，经发射系统后形成平行光线，照射到安装在陀螺灵敏部中心杆上的平面反射镜，平行光线被平面反射镜反射至接收组，接收组最终将反射光线会聚成像于接收系统的焦面位置上，像面狭缝实像随陀螺灵敏部进动角度变化的线位移变化反映了陀螺灵敏部的进动角位置，最后经过光电转换处理采集此狭缝实像的位置，得到陀螺灵敏部进动状态数据，从而实现了对陀螺灵敏部进动状态实时测量。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种用于陀螺罗盘的扫描光学系统，其特征在于：包括照明组、发射组、安装在陀螺灵敏部中心杆上的被侧目标物、接收组、反射棱镜，安装底板、图像传感器；所述被侧目标物采用平面反射镜，所述照明组、发射组、接收组、反射棱镜和图像传感器均安装在安装底板上；

所述照明组包括LED光源、照明聚焦镜、转向直角棱镜和照明准直镜；所述照明聚焦镜将LED光源发出的光线进行聚焦，经过转向直角棱镜对光轴进行转折方向处理，使得会聚焦点位于转向直角棱镜外，并且照明聚焦镜后焦点的位置与照明准直镜的前焦点的位置一致，光线经过照明准直镜后将被准直为平行光照亮发射组的狭缝片，并为发射组提供合适的孔径角；

所述发射组包括狭缝、发射准直透镜一、发射反射棱镜、发射准直透镜二、胶合物镜、能量分光棱镜；经照明组照亮的狭缝，为整个光路的物面，物面发射出的光线经过发射准直透镜一、发射准直透镜二、胶合物镜三者共同作用，将物面狭缝的出射光线进一步准直为平行光，并照射于目标物上；发射反射棱镜只对光线起到改变光轴方向的作用，能量分光棱镜为5：5分光；

所述接收组包括胶合物镜、能量分光棱镜、后聚焦组镜；胶合物镜与能量分光棱镜被发射组和接收组共用；胶合物镜与后聚焦组镜位于能量分光棱镜的两边；接收组对被侧目标物发射回的平行光进行聚焦，将狭缝物面成实像在图像传感器靶面。

2.根据权利要求1所述的用于陀螺罗盘的扫描光学系统，其特征在于：反射棱镜为直角棱镜，只对接收组的光线进行角度转折。

3.根据权利要求1所述的用于陀螺罗盘的扫描光学系统，其特征在于：所述发射组焦距为60mm，接收组焦距为139mm。

4.根据权利要求1所述的用于陀螺罗盘的扫描光学系统，其特征在于：所述图像传感器采用CMOS图像传感器。

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