激光指示器多参数检测仪

摘要

本发明涉及一种激光指示器多参数检测仪。该检测仪由测量系统(A)、运算系统(B)、紧固系统(C)和机械系统(D)组成；平行光管与望远系统的光学系统同轴，为望远系统提供有限远或无限远目标；当激光光源与望远系统同轴时，令激光指示器的激光束与平行光管的光轴重合，在物镜焦平面处放置的CCD相机记录光斑的移动量，软件算出激光指示器作用距离、激光发散角、激光光斑大小、激光光轴调节范围及激光光轴偏离量等参数。

说明书

技术领域

本发明涉及对激光指示器的各种参数的测量，尤其针对具有激光指示功能的望远系统的激光指示器的参数进行测量，属于光学测量仪器领域。

背景技术

激光指示器作为一种实用的目标指示器，具有外形简单、轻便灵巧、易携带等特性，现已广泛应用于鉴伪安防、美容仪、医疗保健仪、测距(测温)仪、扫平仪、标线仪、投影教学翻页笔等各种民用工业产品中。

在某些应用中，激光指示器除了具有指示目标的作用外，还兼有测距功能，如：激光测距望远镜等。对于这些望远系统，其上激光指示器的参数，例如：作用距离、激光发散角、激光光斑大小、激光光轴调节范围、激光光轴偏离量等，都有严格要求，而目前，针对望远系统激光指示器的多个参数进行测量的检测仪器尚未见报道。

发明内容

本发明提供一种激光指示器多参数检测仪，针对望远系统中的激光指示器的作用距离、激光发散角、激光光斑大小、激光光轴调节范围及激光光轴偏离量等参数进行测量。

一种激光指示器多参数测量仪，其特征在于该测量仪由平行光管(1、2)、CCD相机(3)、分划板(4)和激光光源(5)组成的测量系统(A)，由计算机及分析软件组成的运算系统(B)，由样品架组成的紧固系统(C)以及由防护罩组成的其支撑防护作用的机械系统(D)所组成，该测量仪对望远系统中激光指示器的作用距离、激光发散角、激光光斑大小、激光光轴调节范围及激光光轴偏离量的参数进行测量。

激光束经平行光管(1)物镜成像于CCD(3)上，通过测量CCD(3)上光斑的像高y′，解算激光发散角f′为平行光管焦距。

测得被测距离l和标定距离l’处，CCD(3)上对应的照度分别为E和E′，光斑直径分别为D＝D₀+2ltanθ和D′＝D₀+2l′tanθ，θ为发散角，D₀为在起始位置激光指示器(6)输出光束的直径，光斑面积分别为

$A={\pi \left(\frac{D}{2}\right)}^2=\pi {(\frac{D_0}{2}+l\tan \theta )}^2=\pi (\frac{{D^2}_0}{4}+D_{0}l\tan \theta +l^2{\tan }^2\theta )$

$A^{\prime }={\pi \left(\frac{D}{2}\right)}^2=\pi {(\frac{D_0}{2}+l^{\prime }\tan \theta )}^2=\pi (\frac{{D^2}_0}{4}+D_0{l}^{\prime }\tan \theta +{l^{\prime }}^2{\tan }^2\theta )$

通过以上两式，可得$\frac{E}{E^{\prime }}=\frac{A^{\prime }}{A}=\frac{\frac{{D^2}_0}{4}+D_0{l}^{\prime }\tan \theta +l^{\prime 2}{\tan }^2\theta }{\frac{{D^2}_0}{4}+D_{0}l\tan \theta +l^2{\tan }^2\theta }$

经解算即得到求解被测距离l。

将激光平行CCD光轴入射，根据CCD物镜焦距及光斑在CCD上所占象元数目，利用计算软件计算出激光的束散角及光斑大小，当指示器沿某一方向移动时，根据CCD上光斑的抖动量计算出光斑的调整范围。

采用双平行光管结构，另一平行光管(2)为望远系统提供有效远或无限远目标，平行光管(1)的焦平面处放置CCD相机，用于记录光斑的特征。

此仪器总体结构如图1所示，由以下几个部分所组成：

A)由计算机及分析软件组成的运算系统；

B)由样品架组成的紧固系统；

C)由平行光管(1)、平行光管(2)、CCD相机(3)、分划板(4)和激光光源(5)组成的测试系统；

D)由防护罩组成的起支撑防护作用的机械系统

本检测仪工作原理为：平行光管与望远系统同轴，为望远系统提供有限远或无限远目标，当激光指示器的光源与望远系统同轴时，令激光束与平行光管的光轴重合，在物镜焦平面处放置CCD相机(3)，通过记录CCD相机(3)上光斑的移动量，利用计算机程序计算出相应的参数。

本发明针对望远系统激光指示器的参数测量，其优点是测量精度高、测量过程简单易行。

附图说明

图1  系统总体结构示意图

(A)  运算系统

(B)  紧固系统

(C)  测试系统

(D)  机械系统

图2  测试系统结构示意图

(1)  平行光管

(2)  平行光管

(3)  CCD相机

(4)  分划板

(5)  激光光源

图3  测试系统光学结构示意图

(6)  被测激光指示器

(7)  望远系统

(8)  衰减片

(9)  CCD相机

(10) 分划板

(11) 毛片玻璃

(12) 激光光源

具体实施方式

如图3所示，将具有指示功能的望远系统固定在样品架上，则望远系统(7)与激光指示器(6)的理论轴线平行且距离为h，使平行光管(2)与望远系统同轴，通过激光光源(12)、分划板(10)、毛片玻璃(11)、物平行光管镜L₂为望远系统提供有限远或无限远目标。当激光光源与望远系统同轴时，令激光束与平行光管(1)的光轴重合，在物镜焦平面处放置CCD相机(9)，通过记录CCD相机(9)上光斑的移动量，利用计算机程序实现以下参数的测量：

1)激光发散角测量：激光束经平行光管物镜L₁、衰减片(8)成像于CCD上，平行光管焦距为f′，通过测量CCD上光斑的像高y′，即可解算激光发散角$\theta =\arctan \frac{y^{\prime }}{f^{\prime }}.$

2)作用距离测量：测得被测距离l和标定距离l′处，CCD上的照度分别为E和E′，光斑直径分别为D＝D₀+2ltanθ和D′＝D₀+2l′tanθ，θ为发散角，D₀为在起始位置激光指示器(6)输出光束的直径，光斑面积分别为

$A={\pi \left(\frac{D}{2}\right)}^2=\pi {(\frac{D_0}{2}+l\tan \theta )}^2=\pi (\frac{{D^2}_0}{4}+D_{0}l\tan \theta +l^2{\tan }^2\theta )$

$A^{\prime }={\pi \left(\frac{D}{2}\right)}^2=\pi {(\frac{D_0}{2}+l^{\prime }\tan \theta )}^2=\pi (\frac{{D^2}_0}{4}+D_0{l}^{\prime }\tan \theta +{l^{\prime }}^2{\tan }^2\theta )$

由以上两式可得

$\frac{E}{E^{\prime }}=\frac{A^{\prime }}{A}=\frac{\frac{{D^2}_0}{4}+D_0{l}^{\prime }\tan \theta +l^{\prime 2}{\tan }^2\theta }{\frac{{D^2}_0}{4}+D_{0}l\tan \theta +l^2{\tan }^2\theta }$

经解算上式，即可求解被测距离l。

3)激光光轴偏离量测量：首先根据预定的工作距离、光轴偏移量及平行光管的焦距计算出正常情况下指示光斑在焦平面上偏离中心(CCD光轴)的距离。比较实际偏移量与理想偏移量的差值，得到激光光轴偏离量。

4)激光束散角、激光光斑大小测量：将激光平行CCD光轴入射，根据CCD物镜焦距及光斑在CCD上所占象元数目，利用计算软件可算出激光的束散角及光斑大小。

5)激光光轴调节范围测量：将激光指示器的激光平行于CCD光轴入射，当激光指示器沿某一方向移动时，根据CCD上光斑的抖动量可以计算出光斑的调整范围。