專利名稱：用單片一維圖象探測(cè)器件測(cè)量二維角度的方法及測(cè)量?jī)x器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密測(cè)試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種二維角度的測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x器。
就目前技術(shù)狀況而言，都是用一維圖象探測(cè)器件測(cè)量一維角度，用二維圖象探測(cè)器件測(cè)量二維角度。比如分劃板使用十字型指標(biāo)線，在共軛物鏡焦平面上放置一片二維圖象探測(cè)器件，就可以接收到對(duì)應(yīng)于反射鏡二維偏角的分劃板十字圖象，處理后可得到反射鏡二維偏角的具體數(shù)值；但在目前的技術(shù)水平下，二維圖象探測(cè)器件分辨率遠(yuǎn)不如一維圖象探測(cè)器件，造價(jià)卻比一維圖象探測(cè)器件高得多，而且使用二維圖象探測(cè)器件的機(jī)械結(jié)構(gòu)和處理電路也比一維圖象探測(cè)器復(fù)雜得多。
如要用二片一維圖象探測(cè)器件采用分光的方法測(cè)量二維偏角，由于光路安排的原因，當(dāng)圖象接近視場(chǎng)中心時(shí)，無(wú)法克服十字線的盲區(qū)問(wèn)題。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用單片一維圖象探測(cè)器件測(cè)量二維角度的方法及測(cè)量?jī)x器，本方法及測(cè)量?jī)x器具有分辨率高、精度高、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案用單片一維圖象探測(cè)器件測(cè)量二維角度的方法，在自準(zhǔn)直光路中，光線由光源經(jīng)聚光鏡聚光，通過(guò)帶有指標(biāo)線的分劃板，經(jīng)物鏡組照射到反射鏡上，光線經(jīng)反射線反射，再通過(guò)物鏡組經(jīng)分光棱鏡分光，達(dá)到共軛焦平面，在共軛焦平面處放置有圖象探測(cè)器件，其特征在于a．所述的分劃板指標(biāo)線圖案為N字型、∧型、∨型或其它帶有相交斜線的圖案；b．所述的在共軛焦平面處放置的圖象探測(cè)器件，是一片一維圖象探測(cè)器；c．偏角可通過(guò)如下公式計(jì)算參考附圖2x、y坐標(biāo)偏移量 換算成反射鏡上x(chóng)、y坐標(biāo)偏角為 其中AA′是指兩個(gè)不同狀態(tài)時(shí)分劃板指標(biāo)線的投影圖在一維圖象探測(cè)器件的偏移量；L1、L2是指兩個(gè)不同狀態(tài)下分劃板指標(biāo)線的投影圖在一維圖象探測(cè)器件的長(zhǎng)度；α是指分劃板指標(biāo)線兩條斜線之間夾角；f是自準(zhǔn)直系統(tǒng)焦距。
用單片一維圖象探測(cè)器件測(cè)量二維角度的方法制作的測(cè)量?jī)x器，它包括光源、分劃板、物鏡組、反射鏡圖象探測(cè)器件、分光棱鏡。所述的分劃板設(shè)置有帶N字型、∧型、∨型或其它帶有相交斜線指標(biāo)線圖案；在所述的分光棱鏡的共軛焦平面處設(shè)置有一片一維圖象探測(cè)器件。
所述的一維圖象探測(cè)器件設(shè)置在與指標(biāo)線影象相垂直的方向上。所述的一維圖象探測(cè)器件是CCD器件。所述的測(cè)量?jī)x，還包括一用于處理光圖象信息的單片計(jì)算機(jī)或微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下有益效果本發(fā)明由于使用一維圖象探測(cè)器件代替二維圖象探測(cè)器件，而一維圖象探測(cè)器件分辨率高于二維圖象探測(cè)器件，因此本發(fā)明具有分辨率高，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。又由于一維圖象探測(cè)器件價(jià)格遠(yuǎn)低于二維圖象探測(cè)器件，且本發(fā)明同時(shí)也可使測(cè)量?jī)x器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和處理電路簡(jiǎn)化，因此能夠大大降低成本。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的光路原理圖；圖2是在共軛焦平面上觀察到的指標(biāo)線影像與一維圖象探測(cè)器件的相互位置關(guān)系圖。
在圖1中，光源經(jīng)聚光鏡聚光后到達(dá)分劃板，分劃板上制有指標(biāo)線的圖案，指標(biāo)線圖案可制成N字型、∧型、∨型或者其它帶有相交斜角的形成如∧、∨等形狀，然后光線穿過(guò)分光棱鏡，物鏡組到達(dá)反射鏡，經(jīng)反射鏡反射后，再經(jīng)物鏡組到達(dá)分光棱鏡，在分光棱鏡的共軛焦平面處設(shè)置一片一維圖象探測(cè)器件，該器件可以是CCD器件，也可是其他類型圖象探測(cè)器件，如光電二極管、光電三極管、光敏電阻等，該一維探測(cè)器件最好是與指標(biāo)形像方向垂直。然后通過(guò)指標(biāo)線圖象與一維圖象探測(cè)器件的相互位置關(guān)系計(jì)算偏角。在測(cè)量?jī)x器上還可設(shè)置用于處理光電圖象信息的單片計(jì)算機(jī)或微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用計(jì)算公式可直接將反射鏡偏角計(jì)算出來(lái)。根據(jù)本發(fā)明可制成動(dòng)態(tài)光電自準(zhǔn)直儀，其既可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量，又可用于靜態(tài)測(cè)量。
在圖2中，影像位置與影像位置是反射鏡在兩個(gè)不同狀態(tài)時(shí)分劃板指標(biāo)線的影像圖。設(shè)一維圖象探測(cè)器件的方向?yàn)閤方向，指標(biāo)線的方向?yàn)閥方向，指標(biāo)線分劃板的兩指標(biāo)線夾角為α,Δx和Δy分別表示反射鏡兩個(gè)不同位置時(shí)指標(biāo)線影像在x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的偏移量，那么， 換算成反射鏡上x(chóng)、y坐標(biāo)偏角為 在這種測(cè)角法中，可以使用一單片計(jì)算機(jī)處理光電圖象信息，其求解反射鏡偏角θx、θy的過(guò)程如下1．設(shè)定絕對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)(參考其測(cè)量范圍適當(dāng)確度，比如x、y坐標(biāo)都取測(cè)量范圍的中心值為坐標(biāo)原點(diǎn))，確定測(cè)量坐標(biāo)系；2．按圖象處理的方法求得V型或N型指標(biāo)線影象與CCD各交點(diǎn)相對(duì)CCD起點(diǎn)的位移；3．求出V型或N型指標(biāo)線影像與CCD各交點(diǎn)在測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；4．按公式(2)的關(guān)系求出相對(duì)于測(cè)量坐標(biāo)原點(diǎn)的θx、θy值；
5．把θx、θy值以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示、輸出；6．上述2～5的步驟自動(dòng)循環(huán)往復(fù)，可以得到反映反射鏡角度的動(dòng)態(tài)變化值。
實(shí)施例利用這種方法測(cè)量角度，其精度和測(cè)量范圍取決于CCD器的參數(shù)和自準(zhǔn)直光路的焦距長(zhǎng)度等參數(shù)，以及CCD器件的圖象處理技術(shù)。采用不同焦距的光學(xué)系統(tǒng)和不同常數(shù)的CCD器件，可以制成不同精度等級(jí)的光電自準(zhǔn)直儀。
比如，在焦距為859.4mm的自準(zhǔn)直光路中，應(yīng)用一維CCD的型號(hào)為TCD132(象元數(shù)1024，象元尺寸14×14μm2)，采用本發(fā)明制成的自跟蹤雙坐標(biāo)光電自準(zhǔn)直儀的測(cè)量范圍為±4角分(±240角秒)，精度1角秒/角分，儀器分辨率0.1角秒。
權(quán)利要求
1．一種用單片一維圖象探測(cè)器件測(cè)量二維角度的方法，在自準(zhǔn)直光路中，光線由光源經(jīng)聚光鏡聚光，通過(guò)帶有指標(biāo)線的分劃板，經(jīng)物鏡組照射到反射鏡上，光線經(jīng)反射鏡反射，再通過(guò)物鏡組經(jīng)分光棱鏡分光，達(dá)到共軛焦平面，在共軛焦平面處放置有圖象探測(cè)器件，其特征在于a．所述的分劃板指標(biāo)線圖案為N字型、∧型、∨型或其它帶有相交斜線的圖案；b．所述的在共軛焦平面處放置的圖象探測(cè)器件，是一片一維圖象探測(cè)器；c．偏角可通過(guò)如下公式計(jì)算參考附圖2x、y坐標(biāo)偏移量 換算成反射鏡上x(chóng)、y坐標(biāo)偏角為 其中AA′是指兩個(gè)不同狀態(tài)時(shí)分劃板指標(biāo)線的投影圖在一維圖象探測(cè)器件的偏移量；L1、L2是指兩不同狀態(tài)下分劃板指標(biāo)線的投影圖在一維圖象探測(cè)器件的長(zhǎng)度；α是指分劃板指標(biāo)線兩條斜線之間的夾角；f是指自準(zhǔn)直系統(tǒng)焦距。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制作的測(cè)量?jī)x器，它包括光源、分劃板、物鏡組、反射鏡圖象探測(cè)器、分光棱鏡，其特征在于所述的分劃板設(shè)置有帶N字型、∧型、∨型或其它帶有相交斜線指標(biāo)線圖案；在所述的分光棱鏡的共軛焦平面處設(shè)置一片一維圖象探測(cè)器件。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量?jī)x器，其特征在于所述的一維圖象探測(cè)器件設(shè)置在與指標(biāo)線影象相垂直的方向上。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量?jī)x器，其特征在于所述的一維圖象探測(cè)器件是CCD器件。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量?jī)x器，其特征在于所述的測(cè)量?jī)x器，設(shè)置有一用于處理光電圖象信息的單片計(jì)算機(jī)或微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用單片一維圖象控測(cè)器件測(cè)量二維角度的方法及測(cè)量?jī)x器,它包括光源、分劃板、物鏡組、反射鏡圖象探測(cè)器件、分光棱鏡。所述的分劃板設(shè)置有帶N字型、∧型、∨型;所述分光棱鏡的共軛焦平面處設(shè)置有一維圖象探測(cè)器件。通過(guò)該儀器可方便地測(cè)量角度。本發(fā)明的方法及其測(cè)量?jī)x器具有分辨率高、精度高、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1297138SQ9912372
公開(kāi)日2001年5月30日 申請(qǐng)日期1999年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月17日
發(fā)明者林玉池, 于建, 趙美蓉 申請(qǐng)人:天津大學(xué)