专利名称：基于差动比较原理的自准直仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种自准直仪，特别涉及ー种基于差动比较原理的自准直仪。
背景技术：
自准直仪是利用光学自准直原理，用于小角度測量或可转换为小角度测量的一种常用计量测试仪器。它在实现小角度的多维、非接触測量中具有独特的优点，被广泛用于光学元件的角度检测、平台平面度检测、机械轴系的晃动及精密导轨的直线度检测等精密测量中。根据图1，自准直仪工作原理如下光源发出的光束经聚光镜均匀照明位于物镜 的焦平面上的十字分划板上，十字形刻线经分光镜、物镜和反射镜后，光线返回经物镜和分光镜，十字形刻线成像在面阵CCD器件上，面阵CCD器件放置在物镜的焦平面上。根据图2，当反射镜F有微小的角度Θ变化时，入射光线和反射光线夹角改变2Θ，因此像O'相对于反射镜垂直于光轴时的像O有d的位移量，这时位移量与反射镜偏角Θ之间的关系d = f · tan (2 Θ )(I)其中，f为准直物镜的焦距，在该试验中f = 860mm。因被测角很�。�(I)可简化为d = f · 2 Θ ;亦即 Θ = d/2f(2)在ニ维的情况下，需要同时考虑像O'相对于反射镜垂直于光轴时的像O的水平方向位移量X和垂直方向位移量y。通过测量ニ维位移即可得到反射镜的ニ维偏转角θχ，
0y°目前自准直仪技术发展主要集中在如何提高测量范围，如何提高测量精度，如何提高测量距离等方面。目前自准直仪最大測量距离一般在30m以内，測量不确定度在O. 5"至3"左右。随着测量距离的増加，测量环境波动直接影响测量精度，导致测量不确定度增大，本发明主要解决提高測量距离，減少环境波动对测量精度的影响，提高自准直仪的测量精度。
发明内容
本发明目的是为了解决目前的自准直仪测量精度不高的问题，提出了一种基于差动比较原理的自准直仪。本发明的一种基于差动比较原理的自准直仪，它包括激光器、起偏器、聚光镜、针孔、分光镜、偏振分光镜、准直镜、λ /4波片、平面反射镜、角锥棱镜、第一面阵CCD和第二面阵 CCD ；在激光器发射的光的光轴上依次设置起偏器、聚光镜、针孔和分光镜，激光器发射的激光束经起偏器透射之后入射至聚光镜，经聚光镜聚焦至针孔，透过针孔之后的光束入射至分光镜，经分光镜反射之后的光束入射至偏振分光镜，经偏振分光镜透射的光束入射至准直镜，经准直镜透射的光束入射至平面反射镜和λ/4波片，经λ/4波片透射的光束入射至角锥棱镜，经平面反射镜反射的光束沿入射光路返回并入射至偏振分光镜；经偏振分光镜透射至分光镜，经分光镜透射的光束入射至第一面阵CXD的光敏面；入射至角锥棱镜的光束反射后沿入射光路返回，顺次经λ /4波片和经准直镜透射后入射至偏振分光镜，经偏振分光镜反射之后的光束入射至第二面阵CCD的光敏面。本发明的优点在干第二面阵(XD2上图像作为基准图像，此光路与第一面阵CXDl上的光路环境相同，通过对两路光的图像进行差分计算，可以消除由于光路扰动引入的误差。本发明的自准直仪在测量距离在30m以内，測量不确定度在0.1"左右，提高了測量精度。本发明适用于较大測量距离的光路的应用。
图I为现有自准直系统原理结构示意图，图中A为光源，B为聚光镜，C为十字线分划板，D为分光镜，E为物镜，F为反射镜。图2为现有测量系统的光路图，图中，M为反射镜，P为物镜，Q为焦平面。图3为本发明所述的基于差动比较原理的自准直仪的结构示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图3说明本实施方式，本发明的一种基于差动比较原理的自准直仪，它包括激光器I、起偏器2、聚光镜3、针孔4、分光镜5、偏振分光镜6、准直镜7、入/4波片8、平面反射镜9、角锥棱镜10、第一面阵CXD 11和第二面阵CXD 12;在激光器I发射的光的光轴上依次设置起偏器2、聚光镜3、针孔4和分光镜5,激光器I发射的激光束经起偏器2透射之后入射至聚光镜3，经聚光镜3聚焦至针孔4，透过针孔4之后的光束入射至分光镜5,经分光镜5反射之后的光束入射至偏振分光镜6,经偏振分光镜6透射的光束入射至准直镜7，经准直镜7透射的光束入射至平面反射镜9和λ /4波片8，经λ /4波片8透射的光束入射至角锥棱镜10，经平面反射镜9反射的光束沿入射光路返回并入射至偏振分光镜6 ;经偏振分光镜6透射至分光镜5，经分光镜5透射的光束入射至第一面阵CXD 11的光敏面；入射至角锥棱镜10的光束反射后沿入射光路返回，顺次经λ /4波片8和经准直镜7透射后入射至偏振分光镜6，经偏振分光镜6反射之后的光束入射至第二面阵CXD 12的光敏面。本实施例中角锥棱镜10垂直反射的光经λ /4波片8到达偏振分光镜6，两次经过λ/4波片8与偏振分光镜6配合，反射到第二面阵(XD2上。而由平面反射镜9反射的光直接透过偏振分光镜6照在第一面阵(XDl上。第二面阵(XD2上图像作为基准图像，此光路与第一面阵CXDl上的光路环境相同，通过对两路光的图像进行差分计算，可以消除由于光路扰动引入的误差。
具体实施方式
ニ 本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于差动比较原理的自准直仪的进ー步说明，角锥棱镜10设置在准直镜7的光轴上，角锥棱镜10的反射面与平面反射镜9的反射面位于同一平面上，且固定连接，角锥棱镜10能够沿准直镜7的光轴做ー维直线运动。这样角锥棱镜10可以随着平面反射镜9 一起运动。
具体实施方式
三本实施方式是对具体实施方式
ニ所述的基于差动比较原理的自准直仪的进ー步说明，角锥棱镜10的移动范围为O至80米。角锥棱镜10和平面反射镜9是固定连接的，所以角锥棱镜10带着平面反射镜9和被测目标一起运动。
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具体实施方式
四本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于差动比较原理的自准直仪的进ー步说明，角锥棱镜10和平面反射镜9的分光比为I : I或I : 2。
具体实施方式
五本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于差动比较原理的自准直仪的进ー步说明，分光镜5的分光比为I : I。
具体实施方式
六本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于差动比较原理的自准直仪的进ー步说明，起偏器2的偏正角与偏振分光镜6相匹配。
具体实施方式
七本实施方式是对具体实施方式
一所述的基于差动比较原理的自准直仪的进ー步说明，激光器I发射的光的波长、起偏器2透射的光的波长、分光镜5反射的光的波长、偏振分光镜6反射的光的波长和角锥棱镜10反射的光的波长均为525纳米。本发明所述的基于差动比较原理的自准直仪的结构不局限于上述各个实施例所述的具体结构，还可以是上述各实施方式所述的技术特征的合理組合。
权利要求
1.一种基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，它包括激光器(I)、起偏器(2)、聚光镜(3)、针孔(4)、分光镜(5)、偏振分光镜(6)、准直镜(7)、入/4波片(8)、平面反射镜(9)、角锥棱镜(10)、第一面阵CCD(Il)和第二面阵CCD(12)； 在激光器⑴发射的光的光轴上依次设置起偏器(2)、聚光镜(3)、针孔⑷和分光镜(5)，激光器(I)发射的激光束经起偏器(2)透射之后入射至聚光镜(3)，经聚光镜(3)聚焦至针孔(4)，透过针孔(4)之后的光束入射至分光镜(5)，经分光镜(5)反射之后的光束入射至偏振分光镜出)，经偏振分光镜(6)透射的光束入射至准直镜(7)，经准直镜(7)透射的光束入射至平面反射镜(9)和X/4波片(8)，经X/4波片(8)透射的光束入射至角锥棱镜(10)， 经平面反射镜(9)反射的光束沿入射光路返回并入射至偏振分光镜￠);经偏振分光镜(6)透射至分光镜(5)，经分光镜(5)透射的光束入射至第一面阵CCD(Il)的光敏面； 入射至角锥棱镜(10)的光束反射后沿入射光路返回，顺次经人/4波片(8)和经准直镜(7)透射后入射至偏振分光镜￠)，经偏振分光镜(6)反射之后的光束入射至第二面阵CXD (12)的光敏面。
2.根据权利要求I所述的基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，角锥棱镜(10)设置在准直镜(7)的光轴上，角锥棱镜(10)的反射面与平面反射镜(9)的反射面位于同一平面上，且固定连接，角锥棱镜(10)能够沿准直镜(7)的光轴做一维直线运动。
3.根据权利要求2所述的基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，角锥棱镜(10)的移动范围为0至80米。
4.根据权利要求I所述的基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，角锥棱镜(10)和平面反射镜(9)的分光比为I : I或I : 2。
5.根据权利要求I所述的基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，分光镜(5)的分光比为1:1。
6.根据权利要求I所述的基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，起偏器(2)的偏正角与偏振分光镜(6)相匹配。
7.根据权利要求I所述的基于差动比较原理的自准直仪，其特征在于，激光器(I)发射的光的波长、起偏器(2)透射的光的波长、分光镜(5)反射的光的波长、偏振分光镜(6)反射的光的波长和角锥棱镜(10)反射的光的波长均为525纳米。
全文摘要
基于差动比较原理的自准直仪，涉及一种自准直仪。为了解决目前自准直仪测量精度不高的问题。在激光器发射的光的光轴上依次设置起偏器、聚光镜、针孔和分光镜，激光器发射的激光束经起偏器透射之后入射至聚光镜，经聚光镜聚焦至针孔，透过针孔之后的光入射至分光镜，经分光镜反射之后的光入射至偏振分光镜，经偏振分光镜透射的光束入射至准直镜，经准直镜透射的光束入射至平面反射镜和λ/4波片，经λ/4波片透射的光束入射至角锥棱镜，经平面反射镜反射的光束沿入射光路返回并入射至第一面阵CCD光敏面；入射至角锥棱镜的光束反射后沿入射光路返回，入射至偏振分光镜，经偏振分光镜反射之后的光束入射至第二面阵CCD的光敏面。本发明作为自准直仪。
文档编号G01B11/26GK102679912SQ20121016369
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者刘国栋, 刘炳国, 庄志涛, 杨智勇, 陈凤东 申请人:哈尔滨工业大学
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