[发明专利]基于偏振光束的自参考准直光路系统及计算被测角度方法

权利要求书

1.一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：包括光源(9)、第一准直光学系统、十字分划板(11)、偏振分光棱镜(12)、被测光路系统、参考光路系统及接收光路系统；

所述第一准直光学系统用于将光源(9)发出的光准直为平行光束后照射十字分划板(11)；

所述偏振分光棱镜(12)用于将照射十字分划板(11)后的光束分成两束偏振态相互垂直的线偏振光，其中一束线偏振光透射过偏振分光棱镜(12)后变为偏振方向为水平的线偏振光，另一束线偏振光经偏振分光棱镜(12)反射后变为垂直的线偏振光；

所述参考光路系统位于偏振方向为水平的线偏振光的出射光路中，所述被测光路系统位于偏振方向为垂直的线偏振光的出射光路中；

所述参考光路系统包括沿光路依次设置的1/4波片(4)、平面反射镜(3)及参考反射面(2)，偏振方向为水平的线偏振光经过1/4波片(4)、平面反射镜(3)后经参考反射面(2)反射沿原路返回至偏振分光棱镜(12)，再经过偏振分光棱镜(12)反射进入接收光路系统成像；

所述被测光路系统包括沿光路依次设置的1/4波片(4)、窗口玻璃(7)及被测反射面(1)，偏振方向为垂直的线偏振光经过1/4波片(4)、窗口玻璃(7)和被测反射面(1)，经被测反射面(1)反射后原路返回偏振分光棱镜(12)，再经过偏振分光棱镜(12)透射进入接收光路系统成像。

2.根据权利要求1所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：所述接收光路系统包括沿光路依次设置的第二准直光学透镜(5)及光电转换器件(6)，所述光电转换器件(6)感光面位于第二准直光学透镜(5)的焦面上，光电转换器件(6)的感光面垂直于光轴，感光面中心位于光轴上。

3.根据权利要求2所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：光电转换器件(6)采用高灵敏面阵光电传感器。

4.根据权利要求3所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：所述高灵敏面阵光电传感器为EMCCD或者SCMOS。

5.根据权利要求4所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：还包括小孔光阑(10)，所述小孔光阑(10)位于光源(9)与第一准直光学系统之间。

6.根据权利要求5所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：第一准直光学系统包括第一准直光学透镜(8)，光源(9)位于第一准直光学透镜(8)的焦面上。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统，其特征在于：光源(9)为单色光源。

8.一种利用权利要求1-7任一所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统计算被测角度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：调整参考反射面的方向，使参考像位于接收光路系统感光面的中心位置；

步骤二：将光源出射光准直后照射十字分划板；

步骤三：利用偏振分光棱镜将照射十字分划板后的光束分为两束偏振态相互垂直的线偏振光，其中一束线偏振光被偏振分光棱镜反射，另一束线偏振光被偏振分光棱镜透射；

步骤四：调整被偏振分光棱镜反射的线偏振光的偏振态后经窗口玻璃照射被测反射面，由被测反射面反射后原路返回至偏振分光棱镜，被偏振分光棱镜透射后，经准直后在光电传感器成像；

调整被偏振分光棱镜透射的线偏振光的偏振态后使其照射参考反射面，由参考反射面反射后原路返回至偏振分光棱镜，被偏振分光棱镜反射后，经准直后在光电传感器成像；

步骤五：利用图像处理和像元细分算法计算步骤四中得到的两个图像的位置差别，并利用该差别计算被测角度。

9.根据权利要求8所述的一种利用权利要求1-7任一所述的一种基于偏振光束的自参考准直光路系统计算被测角度的方法，其特征在于：测量过程中，如果被测像和参考像的亮度差别较大时，利用高灵敏面阵光电传感器的高增益模式采集被测像，利用其低增益模式采集参考像。

10.一种光电自准直仪，其特征在于：包括权利要求1-7任一所述的基于偏振光束的自参考准直光路系统。