[发明专利]一种自准直系统

说明书

本发明涉及光学精密测量技术领域，针对现有自准直仪分辨率与测量精度低的不足，提供一种自准直系统。自准直系统包括面阵CCD探测器，以及沿水平光轴从左至右依次设置的激光光源、二维指示光栅、分束镜、物镜和反射镜；激光光源发射的光束照亮指示光栅，光束经分束镜分束，再经物镜准直后照射到反射镜上；经反射镜折返回并透过物镜的光束再经分束镜反射至面阵CCD探测器，在面阵CCD探测器上产生纵向莫尔条纹并成像。

技术领域

本发明涉及光学精密测量技术领域，具体涉及一种自准直系统。

背景技术

角度测量是计量科学的重要组成部分，微小角度的测量在精密加工、航空航天、通讯以及科学研究等许多领域都具有极其重要的意义和作用。自准直仪是小角度测量中非常重要的测量仪器，由于它具有非接触、精度高、测量范围广以及使用方便等优点，因而得到广泛的应用。

自准直系统的分辨率取决于成像探测器的分辨率和光学系统的分辨率。成像探测器的分辨率由探测器自身像元大小与像元数量决定；光学系统的分辨率由光学元件(主要是各种关系镜片)的设计、表面质量等因素决定。

传统自准直仪采用直接检测法，其通过将位于准直透镜后部焦平面上照亮的目标投射到无穷远，并由反射镜所反射，反射回来的光波最终由光感接收器接收。由于传统自准直仪的光轴与反射镜角度之间的微小变化会引起一个偏差，此偏差会被仪器测定，最终通过计算公式换算即可求得反射镜转过的小角度。

但传统自准直仪的光感接收器和光学系统很大程度上限制了其分辨率与测量精度，无法满足航天、精密工业对微小角度的测量需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有自准直仪分辨率与测量精度低的不足，而提供一种自准直系统，利用二维光栅叠加生成纵向莫尔条纹的放大原理，可有效提高自准直仪光学系统的分辨率，提升测量精度。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种自准直系统，其特殊之处在于，包括面阵CCD探测器，以及沿水平光轴依次设置的激光光源、二维指示光栅、分束镜、物镜和反射镜；反射镜设置在待测物的表面，随待测物一起转动从而发生角度变化；激光光源发射的光束照亮二维指示光栅，光束经分束镜分束，再经物镜准直后照射到反射镜上；经反射镜折返回并透过物镜的光束再经分束镜反射至面阵CCD探测器，在面阵CCD探测器上产生纵向莫尔条纹并成像。当反射镜转动一个角度时，面阵CCD探测器与二维指示光栅产生的纵向莫尔条纹移动；纵向莫尔条纹的移动信息与反射镜角度的变化量对应，基于此实现微小角度的测量。

进一步地，上述激光光源为半导体激光器。

进一步地，上述分束镜与水平光轴成45°夹角。

进一步地，上述物镜为长焦距透镜，长焦距是指焦距大于85mm。

本发明的工作原理：

本发明引入纵向莫尔条纹，指示光栅的移动方向、整个莫尔条纹区域的移动方向，以及莫尔条纹的移动方向均一致。

用二维指示光栅代替传统单狭缝，将二维指示光栅成像在面阵CCD探测器上，面阵CCD探测器同时作为二维标尺光栅，通过两个二维光栅叠加形成的莫尔条纹的变化可以将成像位移分辨率提高到亚像元，进而将角度分辨率提高到毫秒级。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明提供的自准直系统，将纵向莫尔条纹引入到光路中，用二维指示光栅代替传统单狭缝，成像在面阵CCD探测器上。面阵CCD探测器同时作为二维标尺光栅，通过与二维指示光栅叠加形成二维莫尔条纹，光路中莫尔条纹对移动量进行放大，放大的移动量变化可将成像位移分辨率提高到亚像元，进而将角度分辨率提高到毫秒级，有效提高了光学系统的分辨率和测量精度。