非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置的制作方法

1.本发明属于光学计量与测量技术领域，涉及一种非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置。


背景技术：

2.扫描反射镜作为一种高精度光信号调制、反馈组件，已经广泛应用于光电跟踪系统、空间光通信、航空遥感成像、自适应光学等诸多领域。常用的扫描反射镜根据角度行程范围有单轴和双轴之分。单轴扫描反射镜的角度行程大约为
±7°
左右，双轴扫描反射镜的角度范围大约为
±2°
以内。
3.根据测量原理不同，扫描反射镜测量方法可以分为接触式测量法和非接触式测量法。
4.接触式测量方法一般包括金属接触探头、光源、光电接收模块、光栅及信号处理模块，其测量原理为金属探头将扫描反射镜面的位移通过标尺光栅传递给光电接收模块，光电接收模块通过标尺光栅与指示光栅之间相对运动产生的摩尔条纹进行扫描反射镜偏转角度的解算。这种方法的优点是原理简单，缺点有以下三点：(1)该方法只能测量扫描反射镜的相对偏转角度而不能测量其绝对的偏转角度；(2)随着测量角度的增大，其反射镜面上测量位置所带来的误差会越来越大，所以此类方法适用于小角度的镜面偏转的测量；(3)光栅加工较为困难，耐久度不高。
5.非接触式测量方法多为光学方法，如干涉法、自准直法等。自准直法是目前应用最为广泛的方法。2007年西安理工大学苏力的硕士学位论文及2009年湖北工业大学何海霞的硕士论文均对基于光电自准直法的二维小角度测量技术进行了介绍。该方法通常采用自准直仪发射一个光学十字目标，该目标经过fsm反射后其十字中心会发生变化，通过测量光电接收器上十字中心的线量变化可以计算出fsm的角度变化。该方法的缺点主要为：(1)自准直仪的视场一般都在2
°
以内，难以满足大角度的测量需求；(2)采用自准直仪进行测量时，亮度损失较大，自准直像比较暗，对测量精度有一定影响。


技术实现要素：

6.(一)发明目的
7.本发明的目的是：且随着扫描反射镜性能的不断提升，部分扫描反射镜的扫描角度已经达到
±
15
°
，甚至更高，针对这种不足，提供一种非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置。
8.(二)技术方案
9.为了解决上述技术问题，本发明提供一种非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置，其包括：激光发射模块1、空间滤波器2、接收屏3、分布式探测系统4和主控计算机5；激光发射模块1产生圆形光斑作为测量目标，经过空间滤波器2整形后进入被测扫描反射镜，经被测扫描反射镜反射后在接收屏3接收激光光斑；分布式探测系统4对接收屏3上的激光光
斑进行探测分析，将采集到的数据经缓存后上传至主控计算机5；当被测扫描反射镜运动时，接收屏3上的光斑图像位置发生变化，由此计算被测扫描反射镜的偏转角度。
10.其中，所述激光发射模块1为半导体激光器，采用tem
00
模式，输出圆形光斑的激光光束，作为测量目标。
11.其中，所述空间滤波器2包括由前至后同轴布置显微物镜2-1、小孔光阑2-2、准直物镜2-3和可变光阑2-4，用于对输入的激光光束进行会聚，同时在光斑会聚的位置上通过小孔光阑2-2实现空间滤波整形，滤波后的激光光束通过准直物镜2-3形成准直出射光束，该准直出射光束发射至被测扫描反射镜。
12.其中，所述接收屏3由均匀漫射材料制成，用于接收激光光斑。
13.其中，所述分布式探测系统4包括两组高速ccd探测系统，编号分别为ccd1和ccd2，水平分布于被测扫描反射镜两侧，用于对接收屏3上的激光光斑进行探测。
14.其中，所述主控计算机5对ccd1和ccd2图像进行拼接，当扫描反射镜运动时，接收屏3上的光斑图像位置发生变化，假设从d(x0,y0,t0)变为d(x,y,tn)，通过下式得到被测扫描反射镜的偏转角度α；
[0015][0016]
上式中，l为接收屏3到分布式探测系统4之间的水平距离。
[0017]
其中，所述激光发射模块1选择波长527nm的半导体激光器，输出功率：20mw，发散角：1.2mrad，稳定性＜0.12％。
[0018]
其中，所述接收屏3由聚四氟乙烯材料制成。
[0019]
其中，所述ccd1和ccd2的视场角均≧10
°
。
[0020]
(三)有益效果
[0021]
上述技术方案所提供的非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置，具备如下有益效果：
[0022]
(1)利用分布式探测系统实现了扫描反射镜大动态角度的绝对测量，避免了光栅制作的困难；
[0023]
(2)采用图像拼接的方式，可以达到亚像素级别的位置精度，并且误差不会随着角度的增加而增加；
[0024]
(3)采用tem00模式的激光光斑作为测量目标，可以避免自准直仪测量时十字线目标亮度损失较大的问题。
附图说明
[0025]
图1是本发明的非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置的构成示意图。
[0026]
图2是空间滤波器构成示意图。
具体实施方式
[0027]
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
[0028]
如图1所示，本发明提供一种非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置，所述测量
装置包括：激光发射模块1、空间滤波器2、接收屏3、分布式探测系统4和主控计算机5。
[0029]
所述激光发射模块1一般为半导体激光器，采用tem
00
模式，输出圆形光斑的激光光束，作为测量目标，在本优选实施例中，考虑到工作体积、效率、功率损耗及稳定性等方面，选择波长527nm的半导体激光器，输出功率：20mw，发散角：1.2mrad，稳定性＜0.12％。
[0030]
如图2所示，所述空间滤波器2包括：显微物镜2-1、小孔光阑2-2、准直物镜2-3和可变光阑2-4；其用于对输入的激光光束进行会聚，同时在光斑会聚的位置上通过小孔光阑2-2实现空间滤波整形，滤波后的激光光束通过准直物镜2-3形成准直出射光束，该准直出射光束发射至被测二维快速控制反射镜；
[0031]
所述接收屏3由均匀漫射材料制成，主要用于对激光光斑的接收。在本优选实施例中，接收屏由聚四氟乙烯材料制成。
[0032]
所述分布式探测系统4由两组高速ccd探测系统组成，编号分别为ccd1和ccd2。其水平分布于扫描反射镜两侧，视场角≧10
°
，用于对接收屏3上的激光光斑进行探测。其将采集到的上述数据经缓存后上传至主控计算机5，由主控计算机5通过对ccd1和ccd2图像进行拼接，可以完成扫描反射镜大动态范围的角度解算。
[0033]
所述非接触式扫描反射镜大动态角度测量装置的工作方式为：激光发射模块1产生圆形光斑作为测量目标，经过空间滤波器2整形后进入被测扫描反射镜，经被测扫描反射镜反射后在接收屏3接收器激光光斑。分布式探测系统4对接收屏3上的激光光斑进行探测分析，其将采集到的上述数据经缓存后上传至主控计算机5，由主控计算机5通过对ccd1和ccd2图像进行拼接。当扫描反射镜运动时，接收屏3上的光斑图像位置就发生了变化，假设从d(x0,y0,t0)变为d(x,y,tn)，通过下式可得到被测扫描反射镜的偏转角度α。
[0034][0035]
上式中，l为接收屏3到分布式探测系统4之间的水平距离。
[0036]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。