一種多波長多光軸平行度檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及光學檢測技術領域,特別是設及光電測量系統的多波長多光軸平行度 檢測裝置及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著光電技術的發展,集目標探測、跟蹤掃描和激光測距為一體的光電檢測系統 在大尺寸工業測量領域中得到了廣泛的應用,如激光測距機,光電經締儀、激光跟蹤儀等 等。
[0003] 飛秒激光跟蹤儀的工作原理:首先在目標點上安置一個反射器,其目的是將入射 的激光光束按原路返回;然后將跟蹤儀發出的激光光束瞄準目標反射器中屯、,當目標帶著 反射器一起移動時,跟蹤儀發出的激光光束始終對準目標反射器中屯、,保持實時跟蹤;此 時,返回的光束被檢測系統所接收,用來實時測算目標的空間坐標,從而確定目標的空間位 置。
[0004] 飛秒激光跟蹤儀的出射光束由(633nm)跟蹤光束和(1560nm)飛秒測距光束兩部分 組成。為了保證儀器的測量和指向精度,首先要保證的是運兩光束之間的平行度。由于受到 加工條件的限制,儀器組裝后,其多個波長多光軸間平行性很難達到較高的精度,因此,需 要在系統設計、裝調過程中進行精確的檢測和調試,使各光軸間的平行性誤差控制在測量 精度允許的范圍內,從而對目標進行局靈敏度換測。
[000引然而,由于飛秒光束的引入使得儀器中增加了( 1560nm)短波紅外光束,而 (1560nm)短波紅外光束則是不可見光,運對儀器的裝調和檢測來了很大的難度,尤其是多 光軸之間的平行度問題更是受到了巨大的挑戰。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此,本發明的目的在于提出一種多波長多光軸平行度檢測裝置及檢測方 法,用于飛秒激光跟蹤儀的多波長多光軸平行度檢測,W便提高儀器的測量精度。
[0007] 本發明提供的多波長多光軸平行度檢測裝置包括第一離軸拋物面反射鏡、第一平 面反射鏡、第一分色鏡、第一衰減片、第二平面反射鏡、第Ξ平面反射鏡、第一倍頻晶體、第 二分色鏡和可見光電探測器,
[0008] 所述第一離軸拋物面反射鏡用于將光束反射至所述第一平面反射鏡,所述第一平 面反射鏡用于將光束反射至第一分色鏡,所述第一分色鏡用于將短波長光束反射至第一衰 減片,所述第二平面反射鏡用于將衰減后的短波長光束反射至第二分色鏡,所述第二分色 鏡用于將短波長光束反射至可見光電探測器;
[0009] 同時,所述第一分色鏡還用于將長波長光束透射至第Ξ平面反射鏡,所述第Ξ平 面反射鏡用于將長波長光束反射至第一倍頻晶體,所述第一倍頻晶體用于將長波長光束變 成短波長光束,第二分色鏡用于將短波長光束透射至可見光電探測器。
[0010] 在本發明的一些實施例中,所述可見光電探測器位于第一離軸拋物面反射鏡的焦 平面處,用于探測光束的會聚光斑。
[0011] 在本發明的一些實施例中,還包括角反射器、分光鏡、十字分劃板、第二離軸拋物 面反射鏡W及短波長光束與長波長光束的混合光源,
[0012] 所述十字分劃板位于第一離軸拋物面反射鏡和第二離軸拋物面反射鏡的共同焦 平面處,所述第二離軸拋物面反射鏡用于將光束會聚到十字分劃板上,所述十字分劃板用 于將光束透射至分光鏡,所述分光鏡用于將光束依次反射至第一平面反射鏡、第一離軸拋 物面反射鏡、角反射器,所述角反射器用于將入射光束反射至第一離軸拋物面反射鏡。
[0013] 在本發明的一些實施例中,所述多波長多光軸平行度檢測裝置還包括自準直儀, 所述自準直儀用于探測十字分劃板的十字絲,通過十字分劃板上的十字絲與自準直儀的十 字絲重合來標定混合光源的位置。
[0014] 在本發明的一些實施例中,所述混合光源由長波長激光器和短波長激光器組成, 所述混合光源中的短波長光束與長波長光束的出射光束平行。
[0015] 在本發明的一些實施例中,所述檢測裝置還包括用于標定混合光源中的短波長光 束與長波長光束的出射光束平行度的光源標定裝置,該光源標定裝置包括第二倍頻晶體、 第二衰減片和第Ξ離軸拋物面反射鏡,所述可見光電探測器位于第Ξ離軸拋物面反射鏡的 焦平面處,所述第二倍頻晶體用于將長波長光束變成短波長光束,并出射至第Ξ離軸拋物 面反射鏡,所述第二衰減片用于減小短波長光束的光功率,并將光束出射至第Ξ離軸拋物 面反射鏡,所述第Ξ離軸拋物面反射鏡用于將光束反射至可見光電探測器。
[0016] 本發明還提供一種采用上述多波長多光軸平行度檢測裝置進行的檢測方法,包括 W下步驟:
[0017] 飛秒激光跟蹤儀發出的兩束激光光束首先經第一離軸拋物面反射鏡和第一平面 反射鏡后入射到達第一分色鏡上;所述第一分色鏡將兩束激光光束分為兩個方向,其中短 波長光束經第一分色鏡反射后,分別通過第一衰減片、第二平面反射鏡和第二分色鏡后到 達可見光電探測器上;而長波長光束經第一分色鏡透射后,通過第Ξ平面反射鏡、第一倍頻 晶體和第二分色鏡后到達可見光電探測器上;
[0018] 根據直角坐標系中兩點的位置關系,計算長波光束相對短波光束的夾角Θ為:
[0019]
[0020] 其中,f為第一離軸拋物面反射鏡的焦距;
[0021] x〇,y〇為長波長光束平行于短波長光束時,會聚光斑在可見光電探測器上的坐標位 置;
[0022] xi,yi為長波長光束不平行于短波長光束時,會聚光斑在可見光電探測器上的坐標 位置;
[0023] d為所述兩個坐標位置的相對距離。
[0024] 在本發明的一些實施例中,所述檢測方法還包括:
[0025] W自準直儀為基準標定混合光源的位置,將自準直儀放置在該檢測裝置的前端, 并對準第一離軸拋物面反射鏡,打開混合光源中的短波長激光光源,則短波長光束經第二 離軸拋物面反射鏡后聚焦到十字分劃板上;由十字分劃板透射的短波長光束經分光鏡、第 一平面反射鏡和第一離軸拋物面反射鏡反射后入射到自準直儀上;調節混合光源的位置姿 態,使十字分劃板上的十字絲與自準直儀的十字絲重合;
[0026] 標定可見光電探測器的位置,去掉自準直儀,在自準直儀的位置放置角反射器,由 角反射器返回的短波長光束經過第一離軸拋物面反射鏡,第一平面反射鏡后入射到分光鏡 上;由分光鏡透射的部分短波長光束經過第一分色鏡反射后、入射到第一衰減片上,通過第 一衰減片后的短波長光束經第二平面反射鏡、第二分色鏡后入射到可見光電探測器上,調 節可見光電探測器的位置,直至觀察到清晰的十字絲;
[0027] 標定長波長光束的像面位置,打開混合光源中長波長激光器光源,調節第二平面 反射鏡和第二分色鏡的位置,直至觀察到清晰的十字絲。
[0028] 在本發明的一些實施例中,所述檢測方法還包括混合光源中的短波與長波的出射 光束平行度標定:
[0029] 打開混合光源,其中短波長光束經第二衰減片衰減、第Ξ離軸拋物面反射鏡后聚 焦到可見光電探測器上,而波長光束先經第二倍頻晶體轉換成短波長的光束后