[发明专利]可移动反光镜光学位置的确定方法及其装置

说明书

本发明涉及一种具有专利权利要求1上位概念中所描述特征的可移动反光镜光学位置的确定方法。此外本发明涉及实施这种方法的装置。

从Hanser出版社1983年第4版的瑙曼和施罗德的《光学元件-设计者的袖珍手册》一书中(Bauelement der Optik，Taschengbuchfuer Konstrukteure，H.Neumann und G.Schrder，4.Ausgabe，Hanser-Verlag，1983)这种方法已经成为众所周知，将该方法作为自动准直方法进行了描述，并且该方法能够测量旋转反光镜的角度位置。在这种情况下，一束借助准直透镜被准直的光线作为测量光线反射到有待测量的反光镜上，并且反射光线与入射光线所构成的夹角在向后穿过准直透镜时被转换成一个位置信息。但是，该信息转换在测量过程中以透镜缺陷的形式引入了额外的误差源。在确定旋转反光镜当前角度位置对应的信息时，这种误差的计算修正延长了计算时间。

此外从美国专利4 318 582中，已知一种二维扫描装置，这种装置包括二个在二个方向上基本互相垂直的旋转反光镜，它们用于一种光源，尤其是激光源的光线折射。这些旋转反光镜借助电驱动而旋转，此时为了确定转角位置，旋转反光镜设有信号发生器，该信号发生器与电动马达的传动轴连接在一起。这些借助信号发生器获取的信息被提供给各旋转反光镜相应的位置调节电路。这种获取光波角度位置的信号发生器通常情况下是感应式或电磁式位置探测器，它需要进行高精度的制造，因此目前很难满足在实际中的精度要求或花费昂贵的制造费用才能满足。

由此出发本发明提出任务，即设计这样一种方法，它利用简单光学装置可实现反光镜位置的快速测量，尤其是旋转反光镜的光学测量。可以用较少的花费来实现分辨率的提高。另外预先设计的用于执行该方法的装置应该要求较低的装置制造费用并且避免额外的误差源。另外，借助简单的光学装置实现了反光镜位置的快速光学测量，尤其在扫描装置中，并且产生一种信号，它能作为调节值被输入到反光镜所属的调整电路中或者直接作为调整信号用于被测量的反光镜。

按照专利权利要求中所述特征来实现关于该方法任务的解决方案。按照专利权利要求8所述特征来实现关于这种装置任务的解决方案。

所建议的方法以及实施该方法的装置能够借助较低的花费完成测量目标位置的快速光学测量，该测量目标尤其是作为反光镜或反光器并且其机械运动通过光学方式被获取。利用对应于测量目标的机械运动，特别是与位置灵敏光探测器上光斑的位移成比例的运动，该光探测器在下文中也被表示为光学位置传感器。特别采用半导体激光器或二极管激光器作为光源，并且借助一个光学系统，在光探测器或位置传感器上产生一个真实的光源图像。该光学系统被设计为聚焦单元并且在最为简单的情况下被设计为一个正焦距透镜，聚光透镜或者也可以是一个多透镜系统，譬如消色差透镜或物镜。借助光源和一个预定孔径A的光阑产生一束测量光线，这束光线借助光学系统和/或聚焦单元对准一个反光镜并且被该反光镜折射到一个对位置灵敏的光探测器或光学位置传感器上。以有利的方式由测量目标或反光镜直接将这束光线或测量光线折射到光探测器上，这样避免了额外的误差，尤其是透镜误差。所建议的方法以及实施该方法的装置能够借助使用聚焦的激光束作为测量光束以及借助计算和/或内插迅速生成一个用于确定旋转反光镜位置的调整值，这种内插能够用较高分辨率的光探测器来确定测量光束的位置并且允许使用较低分辨率的可快速读取的探测器。

据认为，与本文开始叙述的自动准直方法相反，按照本发明，没有平行光反射到被视为测量目标的反光镜或反光器上，而且该光学成像系统没有被使用二次。以有利的方式在光源和光学成像系统之间设计设置一个带预定口径的光阑。将该光学成像系统设计为聚焦单元，而且位置传感器及光探测器位于测量目标或反光镜或反光器已聚焦的测量光线的焦点上。实际上，通过位置灵敏光探测器获取的光斑或光斑尺寸并不重要，因为只使用它的中心点位置。光斑点或光斑的中心通过最大强度来定义或在等强度的情况下通过光斑的几何中心来定义。该光探测器包括单个范围或单元，这些单元在下文中被称为像素，这里电信号优选地正比于对应像素上的光线强度。照相二极管、照相晶体管、CCD元件，光敏电阻或者模拟摄像管能够作为光探测器或其范围或像素使用。借助位置灵敏光探测器和所附的电子学线路可以对聚焦光线或光斑进行数字化，这里借助包含光斑的像素，生成对应各相关光线强度的电测量值。该测量值包括光斑的强度及强度分布的信息。