留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于五棱镜的光电自准直仪光束平行度测量

马娟娟 徐爱华 宋潇 武金凤 曾卓

马娟娟,徐爱华,宋潇,等. 基于五棱镜的光电自准直仪光束平行度测量[J]. 计量科学与技术,2024, 68(4): 37-44 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0275
引用本文: 马娟娟,徐爱华,宋潇,等. 基于五棱镜的光电自准直仪光束平行度测量[J]. 计量科学与技术,2024, 68(4): 37-44 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0275
MA Juanjuan, XU Aihua, SONG Xiao, WU Jinfeng, ZENG Zhuo. Measurement of Beam Parallelism of Photoelectric Autocollimators Based on a Pentaprism[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(4): 37-44. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0275
Citation: MA Juanjuan, XU Aihua, SONG Xiao, WU Jinfeng, ZENG Zhuo. Measurement of Beam Parallelism of Photoelectric Autocollimators Based on a Pentaprism[J]. Metrology Science and Technology, 2024, 68(4): 37-44. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0275

基于五棱镜的光电自准直仪光束平行度测量

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0275
基金项目: 地震科技星火计划资助(XH21022)。
详细信息
    作者简介:

    马娟娟(1983-),中国地震局地震研究所工程师,研究方向:大地测量仪器的计量检定、装置研发、标准建设等,邮箱:juan654321@126.com

    通讯作者:

    曾卓(1995-),武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司工程师,研究方向:精密角度计量,邮箱:spectra633@163.com

  • 中图分类号: TB921

Measurement of Beam Parallelism of Photoelectric Autocollimators Based on a Pentaprism

  • 摘要: 为了精密测量光电自准直仪的光束不平行误差,提出了一种基于五棱镜的测量方法。该方法利用五棱镜优化测量光路,从而减小检测过程中所需反射镜面形不平整的影响。同时对光电自准直仪光束不平行误差进行定量分析,并结合实验比较不同光束平行度测量方法的差异。实验结果表明:基于五棱镜的方法测得结果与选取曲率小于5×10−5 m−1的反射镜条件下测得结果之差小于0.1″,远优于仅使用平面度一般的反射镜的传统测量方法,前者的复现性达到0.1″。基于五棱镜的测量方法减小了系统误差,能够提升光电自准直仪光束平行度的测量精度。
  • 图  1  光阑法与五棱镜法光束平行度测量示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of beam parallelism measurement using the aperture method and the pentaprism method

    图  2  五棱镜工作光路图

    Figure  2.  Optical path diagram of a pentaprism

    图  3  光束平行度、五棱镜、平面镜姿态引入的误差影响

    Figure  3.  Error influences introduced by beam parallelism, pentaprism, and mirror orientation

    图  4  五棱镜法光束平行度测量实验装置

    Figure  4.  Experimental setup for the pentaprism method of beam parallelism measurement

    图  5  基于不同曲率反射镜使用光阑法与五棱镜法观测结果

    Figure  5.  Results obtained using the aperture method and the pentaprism method based on mirrors with different curvatures

    图  6  五棱镜法测反射镜面形

    Figure  6.  Measurement of mirror surface shape using the pentaprism method

    图  7  光阑法与五棱镜法结果互差与对应的反射镜面形比较

    Figure  7.  Comparison between the difference of the two methods and the corresponding mirror surface shape

    图  8  互测法示意图

    Figure  8.  Schematic diagram of the mutual aiming method

    图  9  互测法与五棱镜法结果比较

    Figure  9.  Comparison of results from the mutual aiming method and the pentaprism method

    表  1  光阑法与五棱镜法测试结果

    Table  1.   Results of the aperture method and the pentaprism method

    序号123456
    平面镜曲率半径/km3.441.8882.55.1641.33.44
    光阑法结果/″1.102.100.701.330.861.66
    五棱镜法结果/″0.790.750.690.650.770.77
    下载: 导出CSV
  • [1] 陈颖, 张学典, 逯兴莲, 等. 自准直仪的现状与发展趋势[J]. 光机电信息, 2011, 28(1): 6-9.
    [2] 王韵竹. 光电自准直仪光学系统设计与技术研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2020.
    [3] Pelle N, Ehinger L, Zaug C R, et al. An autocollimator with sub-microradian sensitivity[J]. American Journal of Physics, 2020, 88(7): 586-591. doi: 10.1119/10.0001269
    [4] 杜明鑫, 闫钰锋, 张燃, 等. 基于透镜阵列的三维姿态角度测量[J]. 中国光学, 2022, 15(1): 45-55.
    [5] 张欣婷. 高精度光电自准直仪的研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2010.
    [6] 刘智颖, 郑秋水, 李文博, 等. 倾斜分束片型复色自准直仪光学系统[J]. 光学精密工程, 2021, 29(4): 682-690. doi: 10.37188/OPE.2020.0540
    [7] 杨占立, 范百兴, 西勤, 等. 一种光电自准直仪空间坐标系建立方法研究[J]. 计量学报, 2018, 39(1): 12-14. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2018.01.03
    [8] 邹九贵. 高精度CCD二维自准直仪研制[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2005.
    [9] 王志臣, 陈涛, 曹玉岩, 等. 大口径望远镜中间体拓扑优化及形位公差检测[J]. 光学精密工程, 2022, 30(23): 3039-3044.
    [10] 王晔, 于建楠, 周志炜. 二维光电自准直仪中分划板研究[J]. 传感器与微系统, 2016, 35(12): 24-29.
    [11] 罗敬, 张晓辉, 何煦, 等. 自准直仪光电探测器失调对测角的影响[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 558-567.
    [12] 李小明, 朱国帅, 郭名航, 等. 基于光学自准直的旋转轴平行度测量与不确定度分析[J]. 红外与激光工程, 2023, 52(5): 304-315.
    [13] 高松涛, 武东城, 苗二龙. 大偏离度非球面检测畸变校正方法[J]. 中国光学, 2017, 10(3): 383-390.
    [14] 温彬, 李永亮, 曾佑洪, 等. 便携式红外瞄准镜瞄准基线检测系统研究[J]. 激光与红外, 2010, 40(12): 1330-1332. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2010.12.012
    [15] 王洪君. 基于数字图像处理的透镜中心偏测量研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2014.
    [16] 朱凡, 李颖先, 谭久彬. 高精度激光光束准直系统设计[J]. 光学精密工程, 2020, 28(4): 817-826.
    [17] 安正杰. 高精度二维自准直仪研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2020.
    [18] 杜娟, 郑喆, 王世锋, 等. 激光自准直仪小型化光机结构设计[J]. 长春理工大学学报:自然科学版, 2015, 38(6): 1-4.
    [19] 闫亚东, 何俊华, 仓玉萍, 等. 用ZEMAX模拟五棱镜误差对平行度检测的影响[J]. 应用光学, 2007, 28(5): 649-653. doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2007.05.027
    [20] 张冬. 基于PSD的光电自准直仪的研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2014.
    [21] Wang F, Zhang Z Y, Wang R Q, et al. Distortion measurement of optical system using phase diffractive beam splitter[J]. Optics express, 2019, 27(21): 29803-29816. doi: 10.1364/OE.27.029803
    [22] 雷震. 红外系统光束平行性检测方法的研究[D]. 西安: 西安工业大学, 2016.
    [23] Lu Z G , Lin S , Zheng T , et al. Measuring Parallelism for Two Thin Parallel Beams Based on Autocollimation Principle[J]. Key Engineering Materials, 2014, 613: 157-166.
    [24] 国家质量监督检验检疫总局. 自准直仪: JJG 202—2007[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.
    [25] 赵玉平, 彭川黔, 王劼. 大口径细光束自准直测量系统的误差源分析[J]. 半导体光电, 2018, 39(3): 414-419.
    [26] 闫亚东, 董晓娜, 何俊华, 等. 单星模拟器的调校准确度分析[J]. 光子学报, 2007, 36(9): 1742-1746.
    [27] 孙一书. 光学系统畸变精密测量技术研究[D]. 长春: 吉林大学, 2019.
    [28] 温中凯, 雷文平, 黄颖. 五棱镜垂直度误差对转向角的影响分析[J]. 航天返回与遥感, 2019, 40(1): 59-65.
    [29] Geckeler R D. Optimal use of pentaprisms in highly accurate deflectometric scanning[J]. Measurement Science & Technology, 2007, 18(1): 115-125.
    [30] 袁理, 张晓辉, 韩冰, 等. 五棱镜转动时出射光角度的变化[J]. 中国光学, 2015, 8(6): 1036-1043.
    [31] 张帅, 侯溪. K-B镜面形高精度检测技术研究进展[J]. 中国光学, 2020, 13(4): 660-675.
    [32] 戚二辉, 罗霄, 李明, 等. 五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(2): 639-646. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.02.044
    [33] 袁理, 张晓辉. 采用五棱镜扫描法检测大口径平面镜的面形[J]. 中国光学, 2019, 12(4): 921-932.
  • 加载中
图(9) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  128
  • HTML全文浏览量:  42
  • PDF下载量:  17
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-14
  • 录用日期:  2024-03-26
  • 修回日期:  2024-03-11
  • 网络出版日期:  2024-04-17

目录

    /

    返回文章
    返回