一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉光電探測領(lǐng)域，尤其是涉及自準儀領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自準直儀是利用光學(xué)自準直原理，實現(xiàn)小角度測量的精密測量儀器。由于其使用方便而且具有較高的檢測精度，被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、軍工等精密度極高的行業(yè)，例如機械加工工業(yè)的質(zhì)量保證(平直度、平面度、垂直度、平行度等)、計量檢定行業(yè)中角度測試標準、棱鏡角度定位及監(jiān)控、光學(xué)元件的測試及安裝精度控制等，其應(yīng)用范圍廣闊。自準直儀經(jīng)歷了目視式、光電指零式和數(shù)顯式三個發(fā)展階段。
[0003]提高分辨力和示值穩(wěn)定性是通用數(shù)顯自準直儀的發(fā)展方向。
[0004]高分辨力是高準確度的保障與前提，高穩(wěn)定性又是高分辨力的保障與前提。跳字量是靜態(tài)數(shù)顯自準直儀的特點和難點。動態(tài)測量每次采樣只有一個數(shù)值輸出，反應(yīng)不出示值的跳動，其難點是動態(tài)響應(yīng)速度和動態(tài)準確度，但通用儀器要讀出每個位置的穩(wěn)定讀數(shù)值，跳字大就只能估讀，影響示值的準確度，也影響分辨力。
[0005]數(shù)顯式自準直儀的出現(xiàn)使自準直儀的性能有質(zhì)的飛躍，數(shù)顯式把儀器準確度由I"級提高至0.1"級，最小顯示值由0.1"級提高至0.01"級。數(shù)顯式自準直儀準確度高，使用方便，操作簡單，能實現(xiàn)自動測量。
[0006]目前國內(nèi)外生產(chǎn)的光電自準直儀主要靠人眼讀數(shù)，用于靜態(tài)測試，響應(yīng)頻率不高，無法滿足高速測量的需要。
[0007]此外單軸自準直儀的測量精度較差，不能很好的實現(xiàn)二維角度的測量。
[0008]且當(dāng)目前的自準直儀一般多次經(jīng)過分光棱鏡的半透半反作用，最后能夠投射到檢測裝置的光能量，損失很大，可以高達80%，這樣大的光能量損失，對檢測裝置的感光靈敏度提出更高要求。
[0009]另外目前的光電自準直儀的可調(diào)節(jié)性較差，急需一種更加靈活可靠的光電自準直儀。
【實用新型內(nèi)容】
[0010]鑒于上述情況，本實用新型提供了一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀，帶有偏振片以曾大光能利用率的功能，且相比于現(xiàn)有的光電自準儀具有調(diào)節(jié)更加靈活，性能更加可靠的特點。
[0011]為了實現(xiàn)上述目標，本實用新型采取以下技術(shù)方案:一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一光源匯集透鏡、第二光源匯聚透鏡、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、1/4波片、望遠主鏡、變焦透鏡組、望遠次鏡和PSD探測器；
[0012]其中，所述第一分劃板和第二分劃板均為“一字”型分化板，第一和第二分劃板上的“一字”形刻線相互垂直擺放；
[0013]當(dāng)?shù)谝还庠?、第二光源開啟后，所發(fā)出的光線分別照亮第一分劃板和第二分化板，所述第一分劃板和第二分化板上相互垂直的“一字”形刻線，分別投影到，第一光源匯聚透鏡和第二光源匯聚透鏡，所述第一光源透鏡和第二光源匯聚透鏡的匯聚作用后，分別投射到第一分光棱鏡和第二分光棱鏡中，經(jīng)過第一分光棱鏡和第二分光棱鏡的反射作用，最后入射到望遠主鏡中，經(jīng)過望遠主鏡的準直作用投射到目標反射面中，目標反射面將上述光線反射回來，依次透過所述第一分光棱鏡、1/4波片和第二分光棱鏡；后經(jīng)過所述變焦透鏡組、望遠次鏡，將上述光線匯聚后投射到所述PSD探測器中；
[0014]本實用新型在現(xiàn)有偏振自準直儀的基礎(chǔ)上增加變焦透鏡組和望遠次鏡，可實現(xiàn)連續(xù)變焦的功能，與望遠次鏡的相互配合作用下，更好的實現(xiàn)了探測焦距的靈活調(diào)節(jié)，更好拓展了光電自準直儀的探測距離，并且性能也更加穩(wěn)定。
[0015]進一步的，所述變焦透鏡組為可調(diào)透鏡組。
[0016]進一步的，所述可調(diào)透鏡組包含第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡靠近第二分光棱鏡一側(cè)，所述第二透鏡靠近望遠次鏡一端。
[0017]進一步的，所述第二分光棱鏡為偏振分光棱鏡，經(jīng)過偏振分光棱鏡的P分量波被全部透射，而S分量波會被全部以45°角被反射。
[0018]當(dāng)?shù)诙庠撮_啟后，所發(fā)出的光線照亮第二分劃板，經(jīng)過所述第二分劃板的光經(jīng)過第二光源匯集透鏡匯聚后照射到偏振分光棱鏡的反光面上，經(jīng)過第偏振分光棱鏡的反射作用后，第二光源信號中的S波分量被全部反射出去，透過1/4波片后，相位延遲90°，并透過第一分光棱鏡后，進入望遠主鏡，然后投射到目標反射面上；目標反射面將上述光信號反射回來后，經(jīng)過望遠主鏡的再次匯聚后，依次透過第一分光棱鏡和1/4波片，經(jīng)過1/4波片的再次相位延遲90°后，變成P波，上述P波全部透過偏振分光棱鏡、變焦透鏡組和望遠次鏡后，最終入射到所述PSD探測器中。這時由于1/4波片兩次相位延遲，使得原來的S波變成了 P波，完全透過了偏振分光棱鏡，使得光信號在經(jīng)過分光棱鏡后的能量損失減低到0，極大的提高的光源能量的利用率，這種光能量的利用率的提高在光信號需要多次經(jīng)過分光棱鏡面時顯得尤為重要，因為理論上說自然光沒經(jīng)過一次分光棱鏡面得光能量損失接近50%，假如經(jīng)過η次分光棱鏡，則剩余光能量為原來的l/2n。本實用新型中利用偏振分光棱鏡和1/4波片使第二光源發(fā)出的光能量利用率提高一倍；同時由于在第二分光棱鏡和望遠次鏡之間引入變焦透鏡組，在測試范圍內(nèi)可以實現(xiàn)焦距的連續(xù)可調(diào)，這樣擴展了測試的距離，能實現(xiàn)更遠距離的測量，同時也增加了測試的靈活性。
[0019]進一步的，所述第一光源和第二光源采用LED光源，相比于傳統(tǒng)光源，LED具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，綠色環(huán)保，超長壽命等一系列顯著優(yōu)點，本一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀采用LED為光源，降低了生產(chǎn)成本，同時光源發(fā)光強度也得到保證，同時由于LED光源所發(fā)出光具有很高的偏振性，用LED光源的系統(tǒng)光能量損失可以降低到最小。
[0020]具體的，當(dāng)?shù)谝还庠撮_啟后，所發(fā)出的光線照亮第一分劃板，經(jīng)過所述第一分劃板的光經(jīng)過第一光源匯集透鏡匯聚后照射到第一分光棱鏡的反光面上，經(jīng)過第一分光棱鏡的反射作用后，進入望遠主鏡后，投射到目標反射面上；目標反射面將光反射后回來后經(jīng)過望遠主鏡的再次匯聚后，依次透過第一分光棱鏡、1/4波片和第二分光棱鏡、變焦透鏡組和望遠次鏡后，最終入射到所述PSD探測器中；由于所采用的光源具有很高的偏振性，在此第一光源可以選用橢圓偏振波，上述橢圓偏振波經(jīng)過1/4波片的90°相位延遲后可以變成P波，而完全透過為偏正分光棱鏡的第二分光棱鏡。提高了管第一光源的光能量利用率。
[0021]本實用新型采用雙軸系統(tǒng)，其中第一分劃板和第二分劃板均為:“一字”形刻線，兩分劃板刻線相互垂直擺放，分別經(jīng)過第一分光棱鏡和第二分光棱鏡的反射作用后投射到目標反射面中，如果反射面與自準直儀垂直，沒有偏轉(zhuǎn)角度時，理論上，光線經(jīng)過準直儀各個光學(xué)面最終投射到PSD探測器中時應(yīng)該成相互交叉的“十字”形，且與PSD所設(shè)置的中心位置重合，當(dāng)目標反射面與自準直儀軸向程一定角度偏移時，兩分劃板上的“一字”形刻線就不能在PSD探測器的探測面上形成“十字”形投影。根據(jù)PSD探測器的探測面所接收到的分劃板影像就能更好的判斷目標反射面得偏移角度和方向。相比于單軸的自準直儀，一般所用的“十字”或其他形狀的分劃板，本實用新型采用雙軸“一字”分劃板，最后PSD探測器所探測到的“十字”投影光信號，是經(jīng)過雙軸的兩套獨立光源系統(tǒng)的光信號重疊而產(chǎn)生，這相當(dāng)于在一個自準直儀上實現(xiàn)了兩次檢測的功能，提高了系統(tǒng)的分辨能力和反應(yīng)能力。
[0022]作為一種優(yōu)選，所述第一分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線；所述第二分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
[0023]作為一種優(yōu)選，所述第二分劃板上的“一字”刻線位于自準直儀的中軸線的正上方，平行于自準直儀的軸線；所述第一分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準直儀的中軸線的正上方，垂直于自準直儀的軸線。
[0024]本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀采用PSD探測器，所探測的光信號的位置量信息為模擬量輸出，系統(tǒng)響應(yīng)快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應(yīng)用的價值。同時可對目標信號進行調(diào)制，因而可以顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可以用來實現(xiàn)高速、高精度、抗干擾能力強的位置檢測系統(tǒng)，相比于CCD探測器，本實用新型采用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現(xiàn)高更精度的測量。同時價格也更加便宜。
[0025]進一步的，所述望遠主鏡為膠合透鏡組，相比于普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0026]本實用新型具有以下有益效果:本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀采用偏振分光棱鏡和偏振片，提高了光能量利用率；采用PSD探測器的探測靈敏度更高，高實現(xiàn)高更精度的測量，同時價格也更加便宜；并在在第二分光棱鏡和望遠次鏡之間引入變焦透鏡組，在測試范圍內(nèi)可以實現(xiàn)焦距的連續(xù)可調(diào)，這樣擴展了測試的距離，能實現(xiàn)更遠距離的測量，同時也增加了測試的靈活性。
[0027]此外本實用新型采用雙軸“一字”分劃板，最后PSD探測器所探測到的“十字”投影光信號，是經(jīng)過雙軸的兩套獨立光源系統(tǒng)的光信號重疊而產(chǎn)生，這相當(dāng)于在一個自準直儀上實現(xiàn)了兩次檢測的功能，提高了系統(tǒng)的分辨能力和反應(yīng)能力，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，測量精度更高，可廣泛應(yīng)用于日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、船舶和軍工領(lǐng)域的準直測量中。
【附圖說明】
[0028]圖1為本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀的原理結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2為本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀優(yōu)選方式I的光路原理示意圖。
[0030]圖3為本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀優(yōu)選方式2的光路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實施例詳細說明本實用新型。
[0032]本實用新型提供了一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀，可對目標進行自動識別，相比于傳統(tǒng)的光電自準儀具有更高的分辨率，而通過雙軸測量，能夠更靈敏的檢測出被測目標二維角度的偏移。
[0033]一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準直儀，如圖1所示，包括第一光源1、第二光源2、第一分劃板3、第二分劃板4、第一光源匯集透鏡5、第二光源匯聚透鏡6、第一分光棱鏡7、第二分光棱鏡8、望遠主鏡9、目標反射面10、變焦透鏡組11、望遠次鏡12、PSD探測器13和1/4波片14 ;其中，所