基于锥形透镜的光线入射角度测量系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统与方法，利用光阑、锥形透镜和图像接收装置，获取待测光线通过光阑射入锥形透镜后在图像接收装置上得到的光斑图像，通过图像处理装置可得到光斑图像特征信息，进而结合标定数据求解光线入射角度。采用锥形透镜的光线入射角度测量方案，结构简单、体积小且不需要进行繁琐的安装调试。与现有的单光点测量等方法相比，本方案中锥形透镜具有角度放大作用，可提高测量精度。本方案中图像接收装置自身的像素分辨率对测量结果影响较小，系统光通量大，容易获得较高的信噪比。

Measuring system and method of light incidence angle based on conical lens

【技术实现步骤摘要】
基于锥形透镜的光线入射角度测量系统与方法
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统与方法。
技术介绍
光线入射角度的测量在机械制造、测试计量和精密仪器等领域具有广泛的应用。例如主要由光电探测器、步进电机跟踪模块、电路模块等组成的可用来提高太阳能利用率的太阳光角度追踪器；主要由光学镜头、图像传感器以及图像处理系统组成的对卫星进行姿态测量的恒星敏感器以及应用于目标探测领域的目标跟踪系统等。目前，在光学测量领域，尤其是光线入射角度的测量，大多采用光电探测法来实现。光电探测法通常在特殊结构上布置一定数量的光敏元件，光线入射角不同时会导通不同的光敏元件组合，进而确定光线角度。但这种方法需要较多的光敏元件，调试工作量大。还有通过测量不同位置光电池的输出短路电流来计算入射光角度。这种方法虽然可减少光敏元件的数量，但光电池特性不一致或特性变化时则会导致较大的误差。此外还存在采用微透镜阵列来进行光线入射角度测量的方案，比如通过至少一组具有预先规划安装参数的微透镜阵列实现光线角度的测量，但此类方案也存在微透镜阵列较多，一致性难以保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统，其特征在于，包括：光阑、锥形透镜、图像接收装置、图像显示装置、以及图像处理装置；/n待测光线经过光阑至锥形透镜大端端面射入锥形透镜，以不同角度入射的待测光线，会在锥形透镜中发生不同次数的全反射，当入射锥形透镜侧壁的光线不满足全反射条件时，光线从锥形透镜侧壁射出，射出的光线被图像接收装置接收并形成光斑图像；光斑图像由图像显示装置显示，并由图像处理装置提取出光斑图像的特征信息，从而结合标定数据求解出待测光线的入射角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统，其特征在于，包括：光阑、锥形透镜、图像接收装置、图像显示装置、以及图像处理装置；
待测光线经过光阑至锥形透镜大端端面射入锥形透镜，以不同角度入射的待测光线，会在锥形透镜中发生不同次数的全反射，当入射锥形透镜侧壁的光线不满足全反射条件时，光线从锥形透镜侧壁射出，射出的光线被图像接收装置接收并形成光斑图像；光斑图像由图像显示装置显示，并由图像处理装置提取出光斑图像的特征信息，从而结合标定数据求解出待测光线的入射角度。


2.根据权利要求1所述的一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统，其特征在于，
所述光阑放置于锥形透镜大端表面或上方，并且与锥形透镜同轴放置；
锥形透镜放置的方向垂直于图像接收装置接收面且尖端接触或靠近图像接收装置接收面。


3.根据权利要求1所述的一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统，其特征在于，
锥形透镜的参数、光阑位置和尺寸以及待测光线入射角度决定了图像接收装置接收面上光斑图像的尺寸；当待测光线平行于光轴入射时，光斑图像尺寸最小，当待测光线与光轴夹角增大时，由于子午光线在面内全反射状态和非子午面的斜全反射状态不同，使总体出射形成的光斑尺寸增大并具有不均匀性的对称结构，从而能够提取出多种图像特征。


4.根据权利要求1所述的一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统，其特征在于，光斑图像的特征信息包括：光斑图像分裂块数、边界夹角和图像的矩特征。


5.根据权利要求1或4所述的一种基于锥形透镜的光线入射角度测量系统，其特征在于，所述图像处理装置提取出光斑图像的特征信息后，结合锥形透镜光学参数和几何参数、光阑尺寸与位置、以及标定数据，计算待测光线入射角度；
标定数据为预先确定的数据，通过改变光线的入射角度，获取对应光斑图像，并求解每一光斑图像的特征信息，得到光斑图像的特征信息与入射光线角度之间的对应关系，从...

【专利技术属性】
技术研发人员：王克逸，王彦，赵帅，蔡柏林，沈远，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34