一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)。該自準(zhǔn)直光路系統(tǒng)包括在一個偏振分束元件，在該偏振分束元件的s光光路上依次設(shè)置單色光源、小孔光闌、第一準(zhǔn)直透鏡、第一十字分劃板和第一偏振片，在該偏振分束元件的p光光路上依次設(shè)置1/4波片和被測物體，在該偏振分束元件的入射光光路上依次設(shè)置第二偏振片、第二十字分劃板、第二準(zhǔn)直透鏡和光接收系統(tǒng)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高精度角度測量、角位移測量等，具有測量精度高、量程大、可靜態(tài)或動態(tài)測量的特點(diǎn)。
【專利說明】
一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電精密測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光電自準(zhǔn)直儀又稱為光電自準(zhǔn)直測微平行光管，是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理用于小角度測量或可轉(zhuǎn)換為小角度測量的一種常用計(jì)量測試儀器。光電自準(zhǔn)直儀主要包括自準(zhǔn)直光路、光接收系統(tǒng)和信號處理模塊三個部分;其中，自準(zhǔn)直光路用于發(fā)出和接收準(zhǔn)直光，光接收系統(tǒng)用于將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，信號處理模塊用于完成電信號的處理、目標(biāo)定位和偏轉(zhuǎn)角的計(jì)算。
[0003]光電自準(zhǔn)直儀的一般工作原理為:單色點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過準(zhǔn)直后平行于主光軸射出，出射光經(jīng)被測物體反射后返回，并在光電接收系統(tǒng)的光敏面上成像。若被測物體的反射面垂直于準(zhǔn)直光路的主光軸，則光按原路返回，此時返回光在光接收系統(tǒng)的光敏面上所成的像點(diǎn)中心標(biāo)定為系統(tǒng)零位；當(dāng)被測物體的反射面法線方向與準(zhǔn)直光路的主光軸有一夾角時，則反射光像點(diǎn)中心與系統(tǒng)零位存在一定偏移量，根據(jù)幾何光學(xué)的基本原理即可通過這一偏移量計(jì)算出被測物體的反射面法線方向與準(zhǔn)直光路主光軸之間的夾角。
[0004]在自準(zhǔn)直測角過程中，出射的準(zhǔn)直光經(jīng)被測物體反射后一般按原路返回并在光接收系統(tǒng)的光敏面上成像，出射光路(即光源光路)與返回光路(即探測光路)基本重疊，這樣就會使得光源光路和探測光路上產(chǎn)生的雜散光都會直接進(jìn)入光接收系統(tǒng)，形成背底噪聲，從而降低信噪比，嚴(yán)重時甚至?xí)⑻綔y信號淹沒在噪聲信號中，無法進(jìn)行測量。因此，實(shí)現(xiàn)探測光路與光源光路的隔離，減弱甚至消除雜散光在光接收系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲信號，提高信噪比，對提高光電自準(zhǔn)直儀的測量精度是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特殊之處在于:所述一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)中的光源產(chǎn)生的光依次經(jīng)過小孔光闌、第一準(zhǔn)直透鏡、第 h字分劃板和第一偏振片，進(jìn)入偏振分光棱鏡產(chǎn)生反射后出射，經(jīng)過1/4波片到被測物體后反射，再經(jīng)過所述1/4波片進(jìn)入所述偏振分光棱鏡后透射，依次經(jīng)過第二偏振片、第二十字分劃板和第二準(zhǔn)直透鏡后進(jìn)入光接收系統(tǒng)。
[0006]所述光接收系統(tǒng)為電荷耦合裝置CCD或位置敏感探測器PSD。
[0007]所述光接收系統(tǒng)位于第二準(zhǔn)直透鏡的焦面上。
[0008]所述光源位于第一準(zhǔn)直透鏡的焦面上。
[0009]所述光源為單色光源。
[0010]所述單色光源為半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光。
[0011 ]本發(fā)明的有益效果是:第一，光源的出射方向與探測光路垂直，能夠?qū)崿F(xiàn)對光源光路中雜散光的完全隔離;第二，偏振分光元件具有很高的消光比，良好隔離偏振方向正交的兩束光，能夠?qū)崿F(xiàn)對探測光路中雜散光的隔離；以上兩點(diǎn)可以減弱甚至消除雜散光在光接收系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲信號，從而提高信噪比。此外，探測光路為共軸光學(xué)系統(tǒng)，這樣的光學(xué)系統(tǒng)即可以最大程度地減小像的失真，也能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍角度測量，這對提高測量精度和增大測量范圍都是十分有利的。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的光路不意圖；
[0013]圖中:1-單色光源，2-小孔光闌，3-第一準(zhǔn)直透鏡，4-第h字分劃板，5_第一偏振片，6-偏振分光棱鏡，7-1/4波片，8-被測物體，9-第二偏振片，10-第二十字分劃板，11-第二準(zhǔn)直透鏡，12-光接收系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實(shí)施例和【附圖說明】對本發(fā)明加以詳細(xì)說明。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明提供了可用于光電自準(zhǔn)直儀的一種高精度、高信噪比的自準(zhǔn)直光路系統(tǒng)。該自準(zhǔn)直光路系統(tǒng)包括一個偏振分光棱鏡6，在該偏振分光棱鏡6的s光光路上依次設(shè)置單色光源1、小孔光闌2、第一準(zhǔn)直透鏡3、第 h字分劃板4和第一偏振片5，在該偏振分光棱鏡6的P光光路上依次設(shè)置1/4波片7和被測物體8，在該偏振分光棱鏡6的入射光光路上依次設(shè)置第二偏振片9、第二十字分劃板10、第二準(zhǔn)直透鏡11和光接收系統(tǒng)12。
[0016]上述單色光源I經(jīng)小孔光闌2出射的點(diǎn)光源位于光源光路中，并設(shè)于第一準(zhǔn)直透鏡3的焦面上。
[0017]上述單色光源I為半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光。
[0018]上述光接收系統(tǒng)12位于接收光路中，并設(shè)于第二準(zhǔn)直透鏡11的焦面上。
[0019]上述光接收系統(tǒng)12為電荷耦合裝置C⑶或位置敏感探測器PSD。
[0020]本發(fā)明的技術(shù)解決原理是:
[0021]測量時，單色光源I發(fā)出光經(jīng)小孔光闌2后形成點(diǎn)光源，由第一準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直為平行光束后照射第 h字分劃板4，然后經(jīng)第一偏振片5起偏后變?yōu)槠穹较驗(yàn)榇怪钡木€偏振光(對應(yīng)于偏振分光元件出射的s光)；垂直線偏振光(即s光)入射到偏振分光棱鏡6上后發(fā)生反射，反射后出射的垂直線偏振光(即s光)經(jīng)過1/4波片7后變成橢圓偏振光或圓偏振光照射到被測物體8上;照射到被測物體8上的橢圓偏振光或圓偏振光經(jīng)被測物體反射后再次經(jīng)過1/4波片7，變成偏振方向?yàn)樗降木€偏振光(對應(yīng)于偏振分光元件出射的P光)，水平線偏振光(即P光)入射到偏振分光棱鏡6上后直接透射，入射到第二偏振片9上進(jìn)行檢偏，然后照射到第二十字分劃板10后由第二準(zhǔn)直透鏡11匯聚于光接收系統(tǒng)12的光敏面上;通過測量光接收系統(tǒng)12接收到的兩個十字分劃板的像之間的偏移量，即可計(jì)算出被測物體的偏轉(zhuǎn)角度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特征在于:所述一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)中的光源產(chǎn)生的光依次經(jīng)過小孔光闌、第一準(zhǔn)直透鏡、第一十字分劃板和第一偏振片，進(jìn)入偏振分光棱鏡產(chǎn)生反射后出射，經(jīng)過1/4波片到被測物體后反射，再經(jīng)過所述1/4波片進(jìn)入所述偏振分光棱鏡后透射，依次經(jīng)過第二偏振片、第二十字分劃板和第二準(zhǔn)直透鏡后進(jìn)入光接收系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特征在于:所述光接收系統(tǒng)為電荷耦合裝置CCD或位置敏感探測器PSD。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特征在于:所述光接收系統(tǒng)位于第二準(zhǔn)直透鏡的焦面上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特征在于:所述光源位于第一準(zhǔn)直透鏡的焦面上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特征在于:所述光源為單色光源。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有偏振分束元件的自準(zhǔn)光路系統(tǒng)，其特征在于:所述單色光源為半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光。
【文檔編號】G02B27/28GK106094234SQ201610595560
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月26日 公開號201610595560.5, CN 106094234 A, CN 106094234A, CN 201610595560, CN-A-106094234, CN106094234 A, CN106094234A, CN201610595560, CN201610595560.5
【發(fā)明人】王先華, 賈森, 吳易明, 蔡勇, 肖茂森
【申請人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所