用校正片确定激光测距机中接收光栏的位置
用校正片确定激光测距机中接收光栏的位置
作者:于志文
在YAO、GaSb或其它不可见波长的激光测距仪机的装校过程中,经常碰到确定接收光栏位置的问题。这是因为,如果位于探测器前面的接收光栏偏离正确位置而超出了所许可的范围,就会给测距机的性能带来不利影响。我们知道,波长为1. 06µm, 0. 9µm的光是不可见的,在接收光路中的干涉滤光片也是不透(或儿乎不透)可见光的,这对确定接收光栏的位置带 来一定困难 尽管如此,人们总还是可以想出种种解决这方面问题的方法。本文叙述一种采用校正片借助可见光来确定接收光栏位置的方法,该方法在实践中证明是行之有效的。
一、 基本原理
先来看一个通常至少是被光学专业人员所熟悉的事实:
当在一个聚焦透镜和它的焦点之间垂直插入一块玻璃平板时,焦点的位置发生变化,向远距离透镜的方向位移。
为分析问题方便,我们在此假定接收光路是独立的,并且还假定是对激光波长A=1. 06µm 而盲的。所谓独立,就是说接收光路没有与瞄准光路或发射光路等进行合一。实际的接收光 路不一定就是这样。但我们在作了这些假定情况下所获得的原理和方法,同样适用于合一光 路的复杂情况及入=0.9µm等情况。
参考点位置选在接收物镜的后顶点(即光轴与接收物镜最后一个折射面的交 点)处,1.06µm焦点位置用l'I•0 9表示,接收(视场)光栏的中心与1.06µm焦点位置F'I.Di 重合。这里提及一点的是,参考点应根据光路的具体情况,从解决问题方便的角度来选择, 不一定就选择在物镜的后顶点上,这在后面关于校正片计算的实例中,便会看出。
干涉滤光片取走后对可见光(D光)的情况,D光焦点F'o的位置用 l'D表示,由于波长不同及干涉滤光片的影响,l.06µm焦点与D光焦点在轴上有一距离A。
根据上面的讨论,在图2b中的接收物镜和D光焦点F'o之间垂直插入 一块由玻璃平板制作的校正片, 该校正片使D光焦点F'o位移到I"D处恰好与图2a中的I. 06µm焦点F' 1 , o e重合,即满足l"o -1' 1 , oe, 则此时,利用校正片确定出的D光焦点位置就是图2a所示 的I. 06µm焦点的位置或接收光栏的轴向位置。
二、校正片的计算
校正片的设计,通常是在光学系统设计完毕之后进行,它不是光路中的实际工作元件,只在测距机装校期间使用。对校正片提出的要求很多,如对材料的要求,加工精度的要求等,每一项要求中又常常包括好多项,对此,我们不予讨论。我们仅考虑校正中的两个最主要的参数如何确定的问题。毫无疑问,其计算结果是设计校正片的必要依据。
YAG激光测距机中的瞄准-接收合一光学系统,他同时具有接收和观察瞄准性能。为了解决为题方便,我们把参考点不是选择在瞄准-结合搜共用物镜的后顶点处,而是选在分光棱镜对1.06μm激光的出射面与光轴的交点O上。
三、用校正片确定接收光栏位置的主要步骤
所需装校设备主要是光学实验室中所通用的光具座,如配0.5m准直管的GXY-08A型光具座。假定瞄准系统巳调好;现在我们以图3所示光学系统的装校为例, 将用校正片确
定接收光栏位澄的主要步骤叙述如下:
1把接收光跻中的干涉滤光片取走,换成校正片。
2.从探测器方向照明接收光栏,必要时,从目镜方向把瞄准镜分划板照明。然后,用装配了阿贝自准目镜(或高斯自准目镜)的0.5m准直管,在瞄准-接收合一物镜的左方,观察瞄准镜分划板在准直管分划板上的象,该象是瞄准镜分划板一次经分光棱镜、转象棱镜组、瞄准接收共用物镜、保护玻璃,最后经准直管物镜后行程的。把瞄准镜分划板象的十字中心调到准直管的视场中心。
3.移动接收光栏,使接收光栏也在准直管的分划板上成象,直到光栏象不但清晰,而且其中心与瞄准镜分划板象的十字中心重合为止。此时,所确定出的光栏位置,便是接收光路中1.06μm的接收光栏位置。
4.校正片仅在装校过程中使用,待接收光栏位置确定后,即可取下,再换上干涉滤光片,并予以固定。
如果把干涉滤光片比作“梁”,校正片比作“柱”,则上述过程可形象地比方为:先来个“偷梁换柱”,成功后,再来个“偷柱换梁”。
四、特点
在不可见波长的激光测距机中,利用校正片和可见光来确定接收光栏的位置,具有如下主要特点:
1.在通用的光具座上即可实现;
2.简单可行;
该方法在实践中已经收到了考验、在我所研制成功的采用瞄准-接收合一光学系统的便携式测距机的装校过程中,利用校正片成功的解决了接收光栏位置的确定问题。
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