专利名称：基于望远镜的多功能数字光电测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于光学測量技术领域，具体涉及ー种基于望远镜的数字光电测量系统。
背景技术：
在光学測量中，数字化技术的应用越来越表示出其重要的地位和优越性。传统的自准直仪或平行光管等光学测量仪器的使用是基于人眼对分划或分划像对准和读数，因此效率低准确性不高，并且由于人眼的视觉疲劳常常会造成较大的读数误差，严重影响了测量的准确度，在应用的功能、灵活性、精确度、动态性和效率方面都存在着不足。因此，近10 年来人们发明了电子测量望远镜，用CCD或CMOS阵列替代人眼，用电子测量分划替代基于玻璃基片刻膜的分划板。其国际典型的产品生产公司有德国TRI0PTICS公司和英国的泰勒-霍普生公司，国内有中科院成都光电所，天津大学和中科院西安光机所等。測量望远镜的电子化提高了測量精度、測量速度、測量可靠性和重复性精度。通过测量数据处理和算法，具备传统測量望远镜的各种功能。但在各种研究和应用领域，特别是光电产业领域人们希望这种电子式測量望远镜具备更多的功能和使用灵活性。新型多功能数字望远镜的设计思路就是基于这种需求产生的。它通过采用OLED (有机发光二极管)或CLD微显示器并结合LED照明技术，在光路结构上，经特殊设计形成了具备动态分划或图案投射及CCD或CMOS接受和数字图像处理的测量望远镜的智能体系。可实现光学元件和精密机械的角度检测、直线度检测、平行度检测和精密光学系统调整；并可以通过条纹投影法实现自由面測量，复杂面型之间的角度控制调整等，不但可以绝对測量而且可以灵活的实现多种相对測量。
发明内容
本发明主要针对传统的自准直仪等光学测量仪器中每测量一次都需要手动瞄准和人眼读数，效率很低，会造成较大的读数误差，严重影响测量的准确度的问题，提供ー种基于望远镜的多功能数字光电测量系统。本发明提供的基于望远镜的多功能数字光电测量系统，利用CCD光电探测器接收图像并实现光电转换，以便有效地消除人为误差因素，提高测量效率和精度。本发明中图像源采用OLED微显示器，代替了传统的利用光源照射分划板产生图像，主要是通过计算机提供数字分化图像到OLED微显示器上，构成数字光学分划。本发明中当计算机提供不同的分化图像到OLED微显示器时，此多功能数字測量望远镜能实现不同的功能，既可以測量小角度的变化和倾斜，平面度測量，充当光学准直器或调整望远镜等作用；还可以用来进行自由面測量，复杂面型的调整等。本发明提供的基于望远镜的多功能数字光电测量系统，其由望远镜、OLED微显示器、微显示器照明系统、CCD光电探测器和计算机系统五部分组成。其中，计算机系统分别与OLED微显示器和CXD光电探测器连接，OLED微显示器分别与望远镜和微显示器照明系统连接。其结构如图I所示。
本发明中，OLED微显示器作为图像源，代替传统的利用光源照射分划板产生图像， 通过计算机系统提供数字分化图像到OLED微显示器上，构成数字光学分划。C⑶光电探测器用来实现光电转换。计算机系统包括读出电路、数据处理系统、信号图像处理与分析算法软件。本发明中个部件的位置关系及连接关系计算机系统生成十字分化图像并在 OLED微显示器上显示，此时测量望远镜就成为光学准直器，完成许多科学实验或工业中的安装检测等任务，如测量小角度的变化和倾斜，平面度测量及野外目标的初始定位等。其测量过程是将望远镜对某一光学平面镜调焦到无穷远，OLED微显示器与望远镜的光轴垂直并位于望远镜焦面上。OLED微显示器其典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米(如 20—60纳米)厚度的有机发光材料作发光层,发光层上方有一层低功函数的金属电极。首先在电极上加电压，发光层就产生光福射，OLED微显不器出射的光线经过分光棱镜反射后， 离开望远镜物镜时成为水平光束。如果望远镜前方的反射镜和光轴垂直，那么光线将沿原来的路线被反射回来，然后成像于望远镜的焦平面上，该像点标定为理想标准像点。CCD光电探测器位于望远镜物镜的等效焦平面处，实现光电转换。当平面反射镜偏转一个小角度 0时，CXD光电探测器上的像点将移动距离s。C⑶光电探测器输出的图像数据经接收计算机系统处理后，将计算所得的数据信息和采集的图像实时显示在液晶显示屏上。同理，当计算机生成摩尔条纹或全息图并在OLED微显示器上显示时，此时测量望远镜可以用来进行自由面轮廓测量，复杂面型的调整等。经过分光棱镜和望远镜的光束由望远镜前方的自由曲面反射回来，并在CXD光电探测器上成像，通过接收计算机系统处理后，便可得到其图像和数据等信息。本发明的有益效果
本发明利用计算机生成数字分化图像并在OLED微显示器上显示，代替了传统的利用光源照射分划板产生图像，构成了数字光学分划。此方法更加数字化，使分化图像的产生更加快速便捷。利用OLED显示器使多功能数字测量望远镜系统体积小、质量轻、功耗低、制造成本更低。本发明中利用光电探测器CCD接收位移信号并由接收计算机系统处理输出的图像数据，代替了传统测量仪上的微测目镜，此方法极大地提高了测量效率，有效地消除了人为误差因素，其比肉眼定位精密十倍以上，真正实现了高效、准确地自动化测量，提高测量效率和测量精度，具有很好的抗干扰能力。本发明中当计算机提供不同的分化图像到OLED微显示器时，此多功能数字测量望远镜能实现不同的功能。当计算机生成十字分化图像并在OLED微显示器上显示时，此时测量望远镜就成为了光学准直器，能用来测量小角度的变化和倾斜，平面度测量及野外目标的初始定位等；当计算机生成摩尔条纹或全息图并在OLED微显示器上显示时，此时测量望远镜可以用来进行自由面测量，复杂面型的调整等，该方法采用的是非接触测量，能实现对复杂大型零部件表面三维形状的实时测量，而且具有较高的测量精度。
图I是多功能数字光电测量系统结构图。图2是多功能数字光电测量系统光学原理图。
图3是多功能数字光电测量系统工作流程图。图中标号1为望远镜，2为OLED微显示器，3为微显示器照明系统，为C⑶光电探测器，5为计算机系统,6为分光棱镜,7为物镜。
具体实施例方式本发明是基于望远镜的多功能数字光电测量系统，主要系统组成部分如图I所示由望远镜1，OLED微显示器2，微显示器照明系统3，CXD光电探测4和接收计算机系统 5共五部分组成。本发明中的微显示器2是指OLED有机发光二极管，用来提供图像源，代替了传统的利用光源照射分划板产生图像，本发明主要是通过计算机提供数字分化图像到OLED微显示器上，构成了数字光学分划。本发明中光电探测器4采用的是CCD，其主要用来实现光电转换。接收计算机系统5主要包括读出电路，数据处理系统，信号图像处理与分析算法软件。本发明中系统光路示意图和系统工作流程图分别如图2、如图3所示当计算机生成十字分化图像并在OLED微显示器上显示时，此时測量望远镜就成为了光学准直器，它能完成许多科学实验或エ业中的安装检测等任务，如測量小角度的变化和倾斜，平面度測量及野外目标的初始定位等。其测量过程是将望远镜对某一光学平面镜调焦到无穷远，OLED 微显示器2与望远镜I的光轴垂直并位于望远镜I焦面上。OLED微显示器2其典型结构是在ITO玻璃上制作一层几十纳米厚的有机发光材料作发光层,发光层上方有一层低功函数的金属电极。首先在电极上加电压，发光层就产生光福射，微显不器2出射的光线经过分光棱镜6反射后，离开望远镜物镜7时成为水平光束。如果望远镜I前方放ー个反射镜，当此反射镜和光轴垂直，那么光线将沿原来的路线被反射回来，然后成像于望远镜2的焦平面上，该像点标定为理想标准像点。CXD光电探測器4位于望远镜物镜7的等效焦平面处并实现光电转换。若当平面反射镜偏转ー个小角度沒时，CXD光电探测器4上的像点将与理想的标准点不重合，设其移动距离为s。O ニ I,く arctan I タ厂 I
式中为物镜7的焦距，当i 值小于Iir时，
测出S后，根据上式可以计算出反射镜的偏转角大小，并且可以由反射回来像的位置推导出反射镜的偏转方向。CCD输出的图像数据经接收计算机系统处理后，将计算所得的数据信息和采集的图像实时显不在液晶上。同理，当计算机生成摩尔条纹或全息图并在OLED微显示器I上显示时，此时測量望远镜可以用来进行自由面表面轮廓测量，复杂面型的调整等。OLED微显示器2出射的光线经过分光棱镜6和望远镜I后，将电脑形成的莫尔条纹投影到自由曲面的表面，并在 CCD光电探测器4上成像，CCD光电探测器4获取自由曲面的表面变形的莫尔条纹图像，根据CCD光电探测器4接收的莫尔条纹宽度或倾角发生的变化；通过接收计算机系统5处理后，得到其图像和数据等信息同吋，经过计算可以得到自由曲面的表面轮廓的參数信息。
权利要求
1.基于望远镜的多功能数字光电测量系统，其特征在于由望远镜、OLED微显示器、微显示器照明系统、CCD光电探测器和计算机系统组成；计算机系统分别与OLED微显示器和 C⑶光电探测器连接，OLED微显示器分别与望远镜和微显示器照明系统连接；其中，OLED微显示器作为图像源，代替传统的利用光源照射分划板产生图像，通过计算机系统提供数字分化图像到OLED微显示器上，构成数字光学分划；CCD光电探测器用来实现光电转换；计算机系统包括读出电路、数据处理系统、信号图像处理与分析算法软件。
2.所述OLED微显示器的结构为是在ITO玻璃上制作有一层几十纳米厚度的有机发光材料作发光层，发光层上方有一层低功函数的金属电极。
3.根据权利要求2所述的基于望远镜的多功能数字光电测量系统，其特征在于计算机系统生成十字分化图像并在OLED微显示器上显示，此时测量望远镜就成为光学准直器，完成许多科学实验或工业中的安装检测等任务；其测量过程是将望远镜对某一光学平面镜调焦到无穷远，OLED微显示器与望远镜的光轴垂直并位于望远镜焦面上；首先在电极上加电压，发光层产生光福射，OLED微显不器出射的光线经过分光棱镜反射后，离开望远镜物镜时成为水平光束；如果望远镜前方的反射镜和光轴垂直，那么光线将沿原来的路线被反射回来，然后成像于望远镜的焦平面上，该像点标定为理想标准像点；CCD光电探测器位于望远镜物镜的等效焦平面处，实现光电转换；当平面反射镜偏转一个小角度沒时，C⑶光电探测器上的像点将移动距离s ;C⑶光电探测器输出的图像数据经计算机系统处理后，将计算所得的数据信息和采集的图像实时显示在液晶显示屏上；同理，当计算机生成摩尔条纹或全息图并在OLED微显示器上显示时，此时测量望远镜用来进行自由面轮廓测量，复杂面型的调整；经过分光棱镜和望远镜的光束由望远镜前方的自由曲面反射回来，并在CCD光电探测器上成像，通过接收计算机系统处理后，便可得到其图像和数据信息。
全文摘要
本发明属于光学测量技术领域，具体为一种基于望远镜的多功能数字光电测量系统。该系统由望远镜、OLED微显示器、微显示器照明系统、CCD光电探测器和计算机系统组成；计算机系统分别与OLED微显示器和CCD光电探测器连接，OLED微显示器分别与望远镜和微显示器照明系统连接；其中，OLED微显示器作为图像源，代替传统的利用光源照射分划板产生图像，通过计算机系统提供数字分化图像到OLED微显示器上，构成数字光学分划；CCD光电探测器用来实现光电转换；计算机系统包括读出电路、数据处理系统、信号图像处理与分析算法软件。本发明利用OLED显示器使多功能数字测量望远镜系统体积小、质量轻、功耗低、制造成本更低。
文档编号G01B9/00GK102607407SQ20121007191
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者徐敏, 王军华 申请人:复旦大学