一种高频高线性摆镜检测系统的制作方法

本实用新型涉及光学检测设备技术领域，特别涉及一种高频高线性摆镜检测系统。

背景技术：

高频高精度摆镜是线列扫描成像系统的关键组成部分，摆镜摆动的线性度影响成像质量，重复性则影响成像稳定性。而摆镜的性能主要通过其摆角特性来衡量，因此，可以通过测量摆镜的实际摆角，并对所测试数据进行后续处理，实现摆镜性能的测试评价。现有的技术中的摆镜系统，不能够适应于外界各种干扰，会影响摆镜检测系统的检测精确度。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的摆镜系统，不能够适应于外界各种干扰，会影响摆镜检测系统的检测精确度的问题，本实用新型提供了一种高频高线性摆镜检测系统。

具体技术方案如下：

一种高频高线性摆镜检测系统，包括光学平台、测试设备和控制系统，所述测试设备包括设置在光学平台上方的扫描器动态轨迹测量光路、扫描器过零检测电路、半导体激光光源、四通道虚拟示波器和操作显示台，所述光学平台上方设置有保护罩，所述扫描器动态轨迹测量光路包括带二维调节机构激光平行光管和轨迹接收系统，所述扫描器动态轨迹测量光路包括自准直行光管和二维微调工作台，所述半导体激光光源经光纤输出作为带二维调节机构激光平行光管和自准直平行光管的激光光源，所述四通道虚拟示波器用于连接两路PSD的Vx、 Vy信号。

优选的，所述带二维调节机构激光平行光管包括光纤、平行光管和二维调节机构，所述二维调节机构包括俯仰微调结构和方位微调结构，所述光纤与平行光管相连，所述二维调节机构设置在平行光管的下部。

优选的，所述带二维调节机构激光平行光管的焦距为200mm，有效孔径为φ40mm，光纤直径为0.01mm，数值孔径为0.33，方位微调的分辨率为0.18″，俯仰微调的分辨率为1.3″。

优选的，所述自准直平行光管中自准物镜的焦距为500mm，有效光学口径为Ф50mm， PSD的有效面积为21*21mm，分辨率为1μm，响应时间为1μs。

优选的，所述半导体激光光源为波长为650nm的半导体激光。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)整体性

从测试台结构布局可以看出，测试台是一个整体仪器，以光学平台为结构主体，所有的光学部件均在铝合金保护罩内，形成一个整体，一方面保护光学元件免受灰尘污染，另一方面，防止部件丢失，误调。

(2)智能化

测试台采用计算机集中控制，具有诸多智能化的功能，如：故障诊断、参数设定、零位自动调整、参数自动计算、数据分析等智能化功能。

(3)先进性

测试台采用半导体激光技术、光纤技术、调制解调技术、自动化技术于一体，实现了光、机、电、计算机的有机结合，使测试台具有一定的技术含量，提高了测试系统抗外界光干扰的能力，体现出先进性。

(4)集成度高

测试设备选用了诸多标准电子仪器、光学仪器集成而成，一方面降低了成本，另一方面提高了可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种高频高线性摆镜检测系统的主视图；

图2为本实用新型一种高频高线性摆镜检测系统的侧视图；

图3为本实用新型一种高频高线性摆镜检测系统的俯视图；

图4为本实用新型一种高频高线性摆镜检测系统的激光平行光管的结构示意图；

图5为本实用新型一种高频高线性摆镜检测系统的自准直平行光管的结构示意图；

图6为本实用新型一种高频高线性摆镜检测系统的控制系统框图。

图中，1.带二维调节机构激光平行光管；2.轨迹接收系统；3.自准直平行光管；4.二维微调工作台；5.夹具；6.激光光源；7.虚拟示波器；8.光学平台；9.操作显示台；10.保护罩； 11.光纤；12.平行光管；13.俯仰微调结构；14.方位微调结构；15.PSD光电探测器；16.被测摆镜。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供了一种高频高线性摆镜检测系统，如图1、2和3所示，包括光学平台8、测试设备和控制系统，测试设备包括设置在光学平台8上方的扫描器动态轨迹测量光路、扫描器过零检测电路、半导体激光光源6、四通道虚拟示波器7和操作显示台，所述光学平台8 上方设置有保护罩10，所述扫描器动态轨迹测量光路包括带二维调节机构激光平行光管1和轨迹接收系统2，所述扫描器动态轨迹测量光路包括自准直行光管和二维微调工作台4，所述半导体激光光源6经光纤11输出作为带二维调节机构激光平行光管1和自准直平行光管3的激光光源6，所述四通道虚拟示波器7用于连接两路PSD的Vx、Vy信号。所有光学部件安装在光学平台8上，保护罩10一方面保护内部元件，另一方面起到防尘、防干扰光的主要；防护门在安装被测扫描器时打开，测试时关闭；所有控制电器，包括控制计算机安装在平台下方的电器柜内，整机结构紧凑，整体性好，外形美观。

如图4所示，带二维调节机构激光平行光管1包括光纤11、平行光管12和二维调节机构，二维调节机构包括俯仰微调结构13和方位微调结构14，光纤11与平行光管12相连，二维调节机构设置在平行光管12的下部。带二维调节机构激光平行光管1在标准平行光管 12上进行改制，将普通照明光源改为光纤11激光光源6。激光平行光管1固定在电控二维微调机构上，可以进行方位、俯仰两个方向的微调。带二维调节机构激光平行光管1的焦距为 200mm，有效孔径为φ40mm，光纤11直径为0.01mm，数值孔径为0.33，方位微调的分辨率为0.18″，俯仰微调的分辨率为1.3″。

轨迹接收系统2选用标准照相镜头，一方面成本低，最关键的是光学系统设计中消除了“畸变”，减小了因镜头“畸变”像差带来的光点位移测量误差。所选镜头有效光学口径、离开扫描器旋转中心距离、PSD受光面积等参数设计必须保证摆镜±7°的摆角范围内反射光可以完全进入接收系统，位置传感器能够采集到完整的光点轨迹。其中，接收镜头的有效光学口径为Φ82，焦距为105mm，视场为32°，镜头结构为14组19片，PSD的有效面积为60*60mm 分辨率为5μm，响应时间为6μs。

如图5所示，自准直平行光管3选用标准前置镜进行改制，将普通照明光源、分划板用光纤11光源代替，观察目镜用PSD位移传感器代替，构成自准直激光平行光管1，光纤11 发出的激光经准直物镜准直后成平行出射的激光，扫描器反射镜反射后，沿原光路返回，PSD 位置传感器上。改制时，光纤11发光点与PSD光敏面成共轭关系，并校正到准直物镜焦面上。自准直平行光管3中自准物镜的焦距为500mm，有效光学口径为Ф50mm，PSD的有效面积为21*21mm，分辨率为1μm，响应时间为1μs。所选择平行光管12、PSD参数，对应的测角分辨率为α＝0.4″，扫描器的测角分辨率为0.2″，自准直平行光管3的测角范围为± 1.0°，扫描器的过零测量范围为±0.5°。当扫描器扫描范围为±7°时，不同扫描频率，在零位检测光路中对应±0.5°，可采集到2次过零信号，每次过零信号可采集的宽度因扫描频率不同Ts不同，如下表1：

表1

激光光源6采用波长为650nm的半导体激光作为光源，根据半导体激光器的工作原理，其输出光在水平与垂直方向的发光角不同，输出光为椭圆分布。为了使输出激光均匀，本技术方案采用激光耦合到光纤11内，经光纤11内部的漫反射获得均匀的点光源，使输出激光得到整形与均匀化，本技术方案中采用了光纤11数值孔径为0.22，光纤11发散角β＝25.4°，光纤11直径为Φ0.01，准直物镜焦距F＝500mm，有效光学孔径Φ＝40mm，其会聚角α约为 4.6°，利用了输出中心20％角度范围内最均匀部分的光强约85％能量，该方法一方面利用了光纤11的匀光作用，另一方面牺牲了部分半导体激光器的功率，利用了其中最均匀的部分，同时，由于光纤11直径小，准直光发散小，特别适合PSD光电接收器需要的光点光学性能。半导体激光器通过驱动电路、控制电路可以方便地得到不同脉宽、频率、功率的输出激光，并可以由外部通过计算机进行控制，激光光源6控制器与计算机通过RS232口连接，激光功率、脉宽、频率通过上位机发送控制命令到激光光源6控制器，控制器按照设定的参数驱动激光器发光，通过耦合光纤11输出点光源。本技术方案中“零位”检测光路和动态轨迹测试光路两个光源用同一个半导体激光光源6，由一分二光纤11分光器分出两路，具有相同的性能，与PSD光电探测器15匹配，并用同一个示波器采集信号，有利于信号处理。特别是光源采用了调制技术，PSD前置放大采用解调技术，提高了测试系统抗外界光干扰的能力。

本技术方案中的操作显示平台9，用于人机信息交换界面，通过操作台控制系统的操作、参数的设置，系统通过显示屏显示测试结果数据、图形等结果。如图6所示，其中的控制系统，控制系统给扫描器控制板提供工作电源，并通过接口板与扫描器接口对接，以控制扫描器的启动与停止，采集控制板信号。操作显示台为人机信息交换界面，通过操作台控制系统的操作、参数的设置，系统通过显示屏显示测试结果数据、图形等结果。在计算机软件的控制下，测试设备具有一定的智能化水平，主要表现为：零位自动调整：依据接收的PSD位置信号，在计算机的控制下，系统实现“0位”自动调整，控制工作台，使扫描器与自准直平行光管3进行零位调整，控制平行光管12，使轨迹接收系统2进行零位调整。此功能不仅方便了测试，更重要的是排除了认为因数带来的测试误差。测试过程自动完成：从被测扫描器安装到夹具5上，到最终结果输出，其过程由计算机控制自动完成，包括：扫描器自动启停、零位自动调整、结果自动输出等。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。