自动准直仪 Autocollimators

2023-02-21 09:47:01 浏览:478

定义

用于精确测量角度对准的光学仪器。

通过称为自准直仪的设备实现的自准直原理已经使用了几个世纪,用于精确测量并因此校正角度对齐。 它属于光学计量领域。

自准直仪的基本原理非常简单:将准直光束(根据定义具有小光束发散度)引导到平面反射物体(镜子)并检测反射光的角度位置,这通常需要接近直接背反射。 通常,精确的目标对准意味着发出的光束被精确地反射回自身。 其角位置通常通过聚焦透镜发送光束转换为空间位置;所得聚焦光斑的位置(例如,在具有精细刻度或位置敏感探测器或焦平面阵列的屏幕上)直接反射透镜前的光束角。 (位置变化大约是镜头焦距乘以弧度角度变化的两倍。 如果光源产生强烈的发散光,则可以使用相同的透镜(或物镜)准直出射光束。 简单的传统自动准直仪的设置如图1所示。

自动准直仪 Autocollimators

图1:设置简单的传统自动准直仪。分束器用于注入产生的光。被测物体的任何倾斜都会导致屏幕上的光斑位置被修改,这是可以检测到的。可能还有其他光学元件(此处未显示)用于促进精确观察光斑位置。

现代自动准直仪通常包含一个激光源,通常是低功率可见二极管激光器,而不是传统的光源,因为这样更容易在长距离上获得足够明亮的精确准直光束。 一些仪器针对非常高的角度分辨率进行了优化,例如 1 角秒甚至更好。 安全等级为I级的激光器通常就足够了,但有时使用II级激光器。

请注意,如果观察距离增加,物体的给定角度变化会导致物镜入口处的光束位移更大,但屏幕上的光斑位置不受观察距离的影响。 只是对于较大的观察距离,可检测的角度位置的范围减小,其中返回光可能不再以太大的角度进入物镜。 也可以容忍一定量的光束发散,尽管最好不要在光学入口中导致任何削波效应。

自准直器不应与自相关器混淆,后者是完全不同的东西。

电子自动准直仪

电子输出对于各种应用来说非常方便。

传统仪器使用屏幕进行目视检查,而现代自动准直仪通常使用某种电子探测器,例如焦平面阵列或光电二极管阵列来测量光斑位置。 (请注意,光斑位置的分辨率可能远远优于探测器的像素间距;由此产生的角度分辨率可能大大高于具有目视检查功能的自动准直仪。 然后,所获得的角位置可以以数字或模拟格式显示,并且所得的数字或模拟输出信号也可以用于其他目的。 例如,它可以用于反馈回路,还包含一个电动可调倾斜装置,用于自动稳定被测物体的角度位置。 具有电子输出的仪器称为电子自动准直器。

除了实现的角度分辨率外,电子自动准直仪的重要性能参数是角度范围(对于给定的观察距离)和采集速率。 通过方便的数字接口(例如USB或以太网)和具有高质量用户界面的软件(例如用于在计算机上显示,长期监控,存储和以其他方式使用测量结果),可以大大提高实际实用性。

通常,实际的自动准直仪安装在高质量的光机械装置上,以精确调整其位置。 根据应用的不同,可以提供不同类型的安装,例如在平面或光学导轨上。

自动准直仪的应用

自准直仪应用于光学和激光技术领域的内部和外部;一些例子:

  • 它们通常用于精确检查光学表面的角度排列,例如光学窗口、激光晶体或非线性晶体的面平行度。
  • 自动准直器也可用于激光谐振器的初始对准。 对于线性谐振器,可以首先确保输出光束正确通过所有光学元件,最后允许端镜精确地发回光束。 此后可以插入另一端镜。
  • 各种机器部件,例如在制造过程中,都可以与自动准直仪精确对准。

基础光学

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