[发明专利]基于多线阵CCD平行拼接的二维位置光学测量系统

说明书

本发明提供了一种基于多线阵CCD平行拼接的二维位置光学测量系统，包括光源合作目标、共用物镜、分光镜组和线阵CCD组；分光镜组包括依次设置在共用物镜输出光路上的多个分光镜；线阵CCD组包括与分光镜一一对应的多个线阵CCD，且每个线阵CCD通过各自光路分别与光源合作目标共轭；每个线阵CCD的光敏面位于直角坐标系的YOZ平面，光敏长度方向与OZ轴平行。测量时，将待测物体与在光源合作目标固连；光源合作目标经共用物镜、分光镜组后成像于线阵CCD组上，由第一线阵CCD、第二线阵CCD，第三线阵CCD，……，第N线阵CCD共同完成光源合作目标的二维位置测量。本发明具有成本低、精度高的优点。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，设计一种基于多线阵CCD平行拼接的二维位置光学测量系统。

背景技术

由于面阵CCD单维像元数较多，因此在高精度大范围内的二维位置测量中，常采用面阵CCD来进行测量，但这种光学系统价格较为昂贵。与面阵CCD相比，线阵CCD价位较为低廉，且其一维像元数可以做得很多，而总像元数较面阵CCD少，像元尺寸比较灵活，每秒的帧幅率高，因此线阵CCD常用于一维动态目标的位置测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、精度高的基于多线阵CCD平行拼接的二维位置光学测量系统。

为实现二维位置测量，线阵CCD需要与特定的一维转二维的特殊光源合作目标相结合使用才能完成，并且线阵CCD的一维像元应足够完成对应维的测量。通过多个线阵CCD平行拼接，每个线阵CCD对相应的较小测量区域进行测量，从而由多个线阵CCD共同完成高精度大范围内的二维位置测量。

基于上述原理，本发明的技术方案是：

基于多线阵CCD平行拼接的二维位置光学测量系统包括光源合作目标、共用物镜、分光镜组和线阵CCD组；光源合作目标由光源经匀光系统照亮刻划板形成；线阵CCD组中每个线阵CCD的像素长度均能覆盖一维测量；其特殊之处在于：

上述共用物镜设置在能够接收光源合作目标所发出的光线的位置处；

上述分光镜组包括依次设置在共用物镜输出光路上的多个分光镜，依次记为第一分光镜，第二分光镜，第三分光镜，……，第N分光镜；

上述线阵CCD组包括与每个分光镜一一对应的多个线阵CCD，依次记为第一线阵CCD，第二线阵CCD，第三线阵CCD，……，第N线阵CCD，且每个线阵CCD通过各自光路分别与光源合作目标共轭；每个线阵CCD的光敏面位于空间直角坐标系的YOZ平面，光敏长度方向与空间直角坐标系的OZ轴平行。当线阵CCD的数量N为奇数时，第(N+1)/2线阵CCD的光敏长度方向相对于系统的各路输出光轴无Y向平移距离，且相邻两个线阵CCD之间的Y向间距为像方高度的1/N；当线阵CCD的数量N为偶数时，第N/2线阵CCD与第N/2+1线阵CCD的光敏长度方向相对于系统的各路输出光轴沿Y向的平移距离为像方高度的1/2N，且相邻两个线阵CCD之间的Y向间距均为像方高度的1/N。

上述光源合作目标的Y向尺寸大于系统在Y向测量范围的1/N；刻划板上的刻线不能交叉，刻线在像方的最小间距大于1个像元。

测量时，将待测物体固连在光源合作目标上；光源合作目标经共用物镜、分光镜组后分别成像于第一线阵CCD、第二线阵CCD，第三线阵CCD，……，第N线阵CCD上，由第一线阵CCD、第二线阵CCD，第三线阵CCD，……，第N线阵CCD共同完成光源合作目标的二维位置测量。

基于以上基本技术方案，本发明还作出了如下优化：

在分光镜组和线阵CCD组之间的光路上设置场镜组，以补偿各光路的光程，提高测量精度。

上述刻划板上的刻划目标为M形、V形或N形，刻线宽度在像方占3～5个像元大小。