本发明专利技术属于光学精密测量技术领域，涉及一种相机摆镜摆角扫描特性测量装置。该装置主要包括高稳定工作台，固定在高稳定工作台一端的摆镜摆角扫描系统、固定在高稳定工作台的另一端的高精度回转系统；固定在高精度回转系统上的高精度圆光栅测角系统和固定在圆光栅测角系统上的小角度高精度测角系统。本发明专利技术中的小角度高精度测角系统与高精度圆光栅测角系统结合可以对样品进行大角度高精度精确的测量，同时可实现测量过程的非接触化和对样品的动态跟踪，可以为卫星和航拍等用途相机的摆镜扫描特性提供有力的检测校正手段。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学精密测量
，涉及一种相机摆镜摆角扫描 特性测试装置，可用于摆镜的扫描角分辨力、扫描角速度、扫描均匀 性、扫描角度重复性、扫描线性段时间、有效扫描视场、扫描频率等 参数的大转角高精度的动态非接触的测量。技术背景扫描摆镜是卫星和预警机等高空侦査设备中相机的关键部件，其 性能直接影响卫星对地观测分辨能力和视场大小等，其在发射之前必 须对相机扫描镜系统的扫描角分辨力、扫描角速度、扫描均匀性(线 性度)、扫描角度重复性、扫描线性段时间、有效扫描视场、扫描频率 等进行高精度校准，以利相机图像的拼接、解算与融合等。卫星相机 设计中，相机扫描性能是其必须保证的核心性能指标。目前小角度高精度测量方法主要有内反射高精度差动小摆角测 角法、自准直测角法和激光干涉测角法等。内反射高精度差动小摆角 测角技术测量原理是利用两个高精度的反射镜分别摆放在分光镜的透 射和反射方向，构成差动的临界反射结构，利用两个反射镜的反射率 随入射角度的变化而变化来测量入射角度的大小，构成的典型的内反 射测角系统。系统的基本结构如图2所示，激光器8发出的光被前置分光系统9反射后到达被测摆镜7后反射回光路中，透过前置分光系 统9到达分光系统10后被分成两束，两束光分别经过反射镜11和反 射镜13反射后被光电探测器12和光电探测器14接收，当入射光束的 角度变化时，两个反射镜的反射率会发生改变，光电探测器12和光电 探测器14接收到的光强也会随之发生改变，因此反射镜11和反射镜 13的反射率的变化量可以分别通过光电探测器12和光电探测器14测 得的光强值与入射光强的比值计算得到。定义两个反射镜的反射率之 差与两个反射镜的反射率之和的比值为两个反射镜的线性化反射率， 在实际测量中可以使用两个光电探测器探测到的光强之差与两个光电 探测器探测到的光强之和的比值得到。当测量角度在两个反射镜的临界角时，两个反射镜的线性化反射率与被测角度成线性关系，可以通 过测量两个探测器的光强后经过计算得到被测摆镜的摆动的角度。内反射高精度差动小摆角测角法由于其结构简单，测角精度高而 广泛的应用于光学调试、航天器材、精密装配等领域，并且其体积小， 性能可靠，因而可以做成便携式仪器，极大的扩展了这项技术的应用 范围。但是由于其线性化反射率仅在两个反射镜的临界角附近与被测 角度成线性关系，限制了测量的量程，使这项技术的应用领域受到了 极大的限制；在使用中需要使用其他测角设备进行粗测，降低了测量 效率，浪费了使用者大量的时间和精力。自准直测角技术近年来也得到了很大的发展，很多研究机构对其 进行了改进和发展如德国Moller-WeddELCOMATHR研制的双轴光 电自准直仪，其采用光电元件感受反射像的位置变化，测量精度达到 0.02"，但其测角范围很小、频响低，很难直接应用于卫星相机扫描镜 转角的动态测量与校准。激光干涉测角方法，其将角度变化转换为长 度变化来进行测量，该方法大角度测量时存在很大的非性性误差，因 而仅适合小角度测量；因此这些方法都没有解决精密测角技术中的量 程问题。圆光栅测角系统具有重复精度好，测量角度大，非线性误差 小等优点而广泛应用于测角领域，并且随着近年来的光电子技术 的发展，与光电探测技术结合可以实现测量的数字化，其测量精 度和效率表现出很大的发展潜力，但是由于其测量过程中需要由 被测物带动，不能够实现非接触测量，所以其使用范围受到了极 大的限制。近年来，圆光栅与光电探测技术结合，使角度自动测 量技术得到了快速发展，英国RENISHAW公司已经研制出高精度 双读数头圆光栅测角系统，达到了很高的精度，但是也没有解决 非接触测量的问题。而利用圆光栅测角系统与高精度小摆角测角 技术结合，继而扩大测角量程、实现非接触的动态测量报道迄今 为止尚未见到。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术用于大量程高精度非接触动态角度测量时存在的上述不足，融合圆光栅测角技术和高精度小摆角度跟 踪测量测角技术，提出一种大摆角高精度非接触相机摆镜摆角动态扫 面特性测试装置。该装置在扩展系统量程的同时，还能实现非接触动 态跟随测量，极大的扩展了该系统的使用范围。 本专利技术的目的是通过下述装置实现的。一种相机摆镜摆角扫描特性的测试装置包括高稳定工作台，固定 在高稳定工作台一端的摆镜摆角扫描系统、固定在高稳定工作台的另 一端的高精度回转系统；固定在高精度回转系统上的高精度圆光栅测 角系统和固定在圆光栅测角系统上的小角度高精度测角系统。装置中的小角度高精度测角系统采用差动内反射测角系统，系统 包括高稳定度激光器，放置在高稳定度激光器出射方向的前置分光 系统，放置在前置分光系统反射方向反方向的差动测角系统。差动测 角系统包括分光系统，放置在分光系统的反射方向的反射镜，放置 在反射镜出射方向的光电探测器；放置在分光系统的投射方向的反射 镜和放置在反射镜出射方向的光电探测器。装置还可以包括位于高稳定度激光器出射方向用于对高稳定度激光器的出射光进行准直的准直透镜；位于准直透镜与前置分光系统之间的消杂光光阑。装置还可以将分光系统替换为偏振分光系统，并且增加位于偏振 分光系统与被测摆镜之间的四分之一波片。装置中还可以在小角度高精度测角系统的分光系统的透射方向增 加一个差动测角系统，用于测量高稳定度激光器的角漂移量，这样小 角度激光测角系统就形成了双差动结构，将位于分光系统透射方向的差动测角系统定义为差动测角系统A，位于分光系统l反射方向反方向 的差动测角系统定义为差动测角系统B。装置还可以包括与小角度高精度测角系统和高精度圆光栅测角系 统相连接的数据融合处理系统，用于对小角度高精度测角系统和高精 度圆光栅测角系统测量得到的数据进行融合处理。装置中的小角度高精度测角系统还可以采用自准直仪或者激光干 涉仪。本专利技术对比已有的技术装置具有以下显著优点-1. 首次提出将圆光栅测角技术与小角度高精度测角技术结合，利 用被测透镜反射回的激光信息进行非接触的动态跟踪测量。2. 融合圆光栅测角技术与小角度高精度测角技术，实现了大摆角 的高精度测量，既保证了系统的测角精度又扩展了系统的测量量程。3. 采用了双差动的测角结构，单独测量激光器的角漂移，修正角 度测量值，消除激光器角度漂移的影响。4. 使用了数字融合处理系统对木角度测量和小角度测量系统的测量数据进行实时融合，简化了测量的步骤，提高了测量的效率。 附图说明图1为本专利技术摆镜摆角扫描特性测试系统原理图； 图2为本专利技术差动内反射测角系统原理图； 图3为本专利技术双差动内反射测角系统原理图； 图4为本专利技术差动内反射传感器角度测量特性曲线。 其中1-高稳定工作台、2-摆镜摆角扫描系统、3-激光束、4-高精 度回转系统、5-高精度圆光栅测角系统、6-小角度高精度测角系统、7-被测摆镜、8-高稳定度激光器、9-前置分光系统、10-分光系统、11-反 射镜、12-光电探测器、13-反射镜、'14-光电探测器、15-差动内反射测 角系统、16-分光系统、17-反射镜、18-光电探测器、19-反射镜、20-光电探测器、21-差动内反射测角系统、22-准直透镜、23-消杂光光阑、 24-四分之一波片、25-数据融合处理系统。具体实施方式 下面结合附图和实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种相机摆镜摆角扫描特性的测试装置，其特征在于：包括高稳定工作台（１），固定在高稳定工作台（１）一端的摆镜摆角扫描系统（２）、固定在高稳定工作台（１）的另一端的高精度回转系统（４）；固定在高精度回转系统（４）上的高精度圆光栅测角系统（５）和固定在圆光栅测角系统（５）上的小角度高精度测角系统（６）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，邱丽荣，王允，田丽，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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