专利名称：用单片一维图象探测器件测量二维角度的方法及测量仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密测试计量技术领域，具体地说是一种二维角度的测量方法及测量仪器。
就目前技术状况而言，都是用一维图象探测器件测量一维角度，用二维图象探测器件测量二维角度。比如分划板使用十字型指标线，在共轭物镜焦平面上放置一片二维图象探测器件，就可以接收到对应于反射镜二维偏角的分划板十字图象，处理后可得到反射镜二维偏角的具体数值；但在目前的技术水平下，二维图象探测器件分辨率远不如一维图象探测器件，造价却比一维图象探测器件高得多，而且使用二维图象探测器件的机械结构和处理电路也比一维图象探测器复杂得多。
如要用二片一维图象探测器件采用分光的方法测量二维偏角，由于光路安排的原因，当图象接近视场中心时，无法克服十字线的盲区问题。
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种用单片一维图象探测器件测量二维角度的方法及测量仪器，本方法及测量仪器具有分辨率高、精度高、仪器结构简单、成本低的特点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案用单片一维图象探测器件测量二维角度的方法，在自准直光路中，光线由光源经聚光镜聚光，通过带有指标线的分划板，经物镜组照射到反射镜上，光线经反射线反射，再通过物镜组经分光棱镜分光，达到共轭焦平面，在共轭焦平面处放置有图象探测器件，其特征在于a．所述的分划板指标线图案为N字型、∧型、∨型或其它带有相交斜线的图案；b．所述的在共轭焦平面处放置的图象探测器件，是一片一维图象探测器；c．偏角可通过如下公式计算参考附图2x、y坐标偏移量 换算成反射镜上x、y坐标偏角为 其中AA′是指两个不同状态时分划板指标线的投影图在一维图象探测器件的偏移量；L1、L2是指两个不同状态下分划板指标线的投影图在一维图象探测器件的长度；α是指分划板指标线两条斜线之间夹角；f是自准直系统焦距。
用单片一维图象探测器件测量二维角度的方法制作的测量仪器，它包括光源、分划板、物镜组、反射镜图象探测器件、分光棱镜。所述的分划板设置有带N字型、∧型、∨型或其它带有相交斜线指标线图案；在所述的分光棱镜的共轭焦平面处设置有一片一维图象探测器件。
所述的一维图象探测器件设置在与指标线影象相垂直的方向上。所述的一维图象探测器件是CCD器件。所述的测量仪，还包括一用于处理光图象信息的单片计算机或微计算机系统。
本发明与现有技术相比有如下有益效果本发明由于使用一维图象探测器件代替二维图象探测器件，而一维图象探测器件分辨率高于二维图象探测器件，因此本发明具有分辨率高，精度高，结构简单的优点。又由于一维图象探测器件价格远低于二维图象探测器件，且本发明同时也可使测量仪器的机械结构和处理电路简化，因此能够大大降低成本。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明
图1是本发明的光路原理图；图2是在共轭焦平面上观察到的指标线影像与一维图象探测器件的相互位置关系图。
在图1中，光源经聚光镜聚光后到达分划板，分划板上制有指标线的图案，指标线图案可制成N字型、∧型、∨型或者其它带有相交斜角的形成如∧、∨等形状，然后光线穿过分光棱镜，物镜组到达反射镜，经反射镜反射后，再经物镜组到达分光棱镜，在分光棱镜的共轭焦平面处设置一片一维图象探测器件，该器件可以是CCD器件，也可是其他类型图象探测器件，如光电二极管、光电三极管、光敏电阻等，该一维探测器件最好是与指标形像方向垂直。然后通过指标线图象与一维图象探测器件的相互位置关系计算偏角。在测量仪器上还可设置用于处理光电图象信息的单片计算机或微计算机系统，应用计算公式可直接将反射镜偏角计算出来。根据本发明可制成动态光电自准直仪，其既可用于动态测量，又可用于静态测量。
在图2中，影像位置与影像位置是反射镜在两个不同状态时分划板指标线的影像图。设一维图象探测器件的方向为x方向，指标线的方向为y方向，指标线分划板的两指标线夹角为α,Δx和Δy分别表示反射镜两个不同位置时指标线影像在x坐标和y坐标的偏移量，那么， 换算成反射镜上x、y坐标偏角为 在这种测角法中，可以使用一单片计算机处理光电图象信息，其求解反射镜偏角θx、θy的过程如下1．设定绝对坐标原点(参考其测量范围适当确度，比如x、y坐标都取测量范围的中心值为坐标原点)，确定测量坐标系；2．按图象处理的方法求得V型或N型指标线影象与CCD各交点相对CCD起点的位移；3．求出V型或N型指标线影像与CCD各交点在测量坐标系中的坐标值；4．按公式(2)的关系求出相对于测量坐标原点的θx、θy值；
5．把θx、θy值以适当的方式显示、输出；6．上述2～5的步骤自动循环往复，可以得到反映反射镜角度的动态变化值。
实施例利用这种方法测量角度，其精度和测量范围取决于CCD器的参数和自准直光路的焦距长度等参数，以及CCD器件的图象处理技术。采用不同焦距的光学系统和不同常数的CCD器件，可以制成不同精度等级的光电自准直仪。
比如，在焦距为859.4mm的自准直光路中，应用一维CCD的型号为TCD132(象元数1024，象元尺寸14×14μm2)，采用本发明制成的自跟踪双坐标光电自准直仪的测量范围为±4角分(±240角秒)，精度1角秒/角分，仪器分辨率0.1角秒。
权利要求
1．一种用单片一维图象探测器件测量二维角度的方法，在自准直光路中，光线由光源经聚光镜聚光，通过带有指标线的分划板，经物镜组照射到反射镜上，光线经反射镜反射，再通过物镜组经分光棱镜分光，达到共轭焦平面，在共轭焦平面处放置有图象探测器件，其特征在于a．所述的分划板指标线图案为N字型、∧型、∨型或其它带有相交斜线的图案；b．所述的在共轭焦平面处放置的图象探测器件，是一片一维图象探测器；c．偏角可通过如下公式计算参考附图2x、y坐标偏移量 换算成反射镜上x、y坐标偏角为 其中AA′是指两个不同状态时分划板指标线的投影图在一维图象探测器件的偏移量；L1、L2是指两不同状态下分划板指标线的投影图在一维图象探测器件的长度；α是指分划板指标线两条斜线之间的夹角；f是指自准直系统焦距。
2．根据权利要求1所述方法制作的测量仪器，它包括光源、分划板、物镜组、反射镜图象探测器、分光棱镜，其特征在于所述的分划板设置有带N字型、∧型、∨型或其它带有相交斜线指标线图案；在所述的分光棱镜的共轭焦平面处设置一片一维图象探测器件。
3．根据权利要求2所述的测量仪器，其特征在于所述的一维图象探测器件设置在与指标线影象相垂直的方向上。
4．根据权利要求3所述的测量仪器，其特征在于所述的一维图象探测器件是CCD器件。
5．根据权利要求2所述的测量仪器，其特征在于所述的测量仪器，设置有一用于处理光电图象信息的单片计算机或微计算机系统。
全文摘要
本发明公开了一种用单片一维图象控测器件测量二维角度的方法及测量仪器,它包括光源、分划板、物镜组、反射镜图象探测器件、分光棱镜。所述的分划板设置有带N字型、∧型、∨型;所述分光棱镜的共轭焦平面处设置有一维图象探测器件。通过该仪器可方便地测量角度。本发明的方法及其测量仪器具有分辨率高、精度高、仪器结构简单、成本低的特点。
文档编号G01B11/26GK1297138SQ9912372
公开日2001年5月30日 申请日期1999年11月17日 优先权日1999年11月17日
发明者林玉池, 于建, 赵美蓉 申请人:天津大学