一種復(fù)合游標(biāo)式光柵及其測(cè)距系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合游標(biāo)式光柵及其測(cè)距系統(tǒng)，一種復(fù)合游標(biāo)式光柵，其特征在于，包括自上而下的游標(biāo)主尺光柵、主副光柵分界結(jié)構(gòu)和游標(biāo)副尺光柵，所述游標(biāo)主尺光柵和游標(biāo)副尺光柵均是等長(zhǎng)度的長(zhǎng)光柵且其中一個(gè)的線紋密度是N條/mm，另一個(gè)的線紋密度是（N-1）條/mm。由于采用光柵線紋相差1條的復(fù)合游標(biāo)式光柵，使得光柵的兩個(gè)頻譜產(chǎn)生一個(gè)微小的差分，從而在不提高光柵線紋的情況下提高了光柵的細(xì)分，使得測(cè)量精度提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單更實(shí)用。
【專利說明】一種復(fù)合游標(biāo)式光柵及其測(cè)距系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合游標(biāo)式光柵及其測(cè)距系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光柵技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于精密測(cè)長(zhǎng)、測(cè)角等光電儀器中。一般激光測(cè)量方式主 要是利用激光測(cè)距儀測(cè)量，主要有兩種，脈沖法和相位法。脈沖法通過測(cè)量激光器發(fā)出光脈 沖的時(shí)刻和光脈沖到達(dá)目標(biāo)并由目標(biāo)返回接收機(jī)的時(shí)間差計(jì)算出目標(biāo)距離。相位法是利用 發(fā)射連續(xù)激光信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位差所含有的距離信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)距離的測(cè)量。
[0003] 傳統(tǒng)的光柵主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成，是利用光的透射、衍射現(xiàn) 象制成的光電檢測(cè)元件，此種結(jié)構(gòu)測(cè)距精度不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合游標(biāo)式光柵及其測(cè)距系統(tǒng)，具有非接觸、精度 高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種復(fù)合游標(biāo)式光柵，其特征在于，包括自上而下的游標(biāo)主尺光柵、主副光柵分界 結(jié)構(gòu)和游標(biāo)副尺光柵，所述游標(biāo)主尺光柵和游標(biāo)副尺光柵均是等長(zhǎng)度的長(zhǎng)光柵且其中一個(gè) 的線紋密度是N條/mm，另一個(gè)的線紋密度是（N-I)條/mm。
[0007] -種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)，包括激光光源和設(shè)置在待測(cè)物體一側(cè)的 CCD，在激光光源和待測(cè)物體之間順次設(shè)置有透射光柵、濾波器，其特征在于，在待測(cè)物體和 濾波器之間還設(shè)置有復(fù)合游標(biāo)式光柵，所述復(fù)合游標(biāo)式光柵包括自上而下的游標(biāo)主尺光 柵、主副光柵分界結(jié)構(gòu)和游標(biāo)副尺光柵，所述游標(biāo)主尺光柵和游標(biāo)副尺光柵均是等長(zhǎng)度的 長(zhǎng)光柵且其中一個(gè)的線紋密度是N條/_，另一個(gè)的線紋密度是（N-I)條/_，激光依次經(jīng) 透射光柵、濾波器、復(fù)合游標(biāo)式光柵衍射到待測(cè)物體并通過CCD獲得最終衍射頻譜圖像。
[0008] 復(fù)合游標(biāo)式光柵基于游標(biāo)原理，由兩種線紋密度相差1條/mm的光柵復(fù)合組成，在 不提高光柵線紋的情況下，提高測(cè)距精度。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：一種復(fù)合游標(biāo)式光柵及其測(cè)距系統(tǒng)，由于采用光柵線紋相 差1條的復(fù)合游標(biāo)式光柵，使得光柵的兩個(gè)頻譜產(chǎn)生一個(gè)微小的差分，從而在不提高光柵 線紋的情況下提高了光柵的細(xì)分，使得測(cè)量精度提高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單更實(shí)用。具有非接觸、精度 高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明一種復(fù)合游標(biāo)式光柵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 附圖的標(biāo)記含義如下：
[0013] 1 :主副光柵分界線；2 :游標(biāo)主尺光柵；3 :游標(biāo)副尺光柵；4 :激光光源；5 :透射光 柵；6 :濾波器；7 :復(fù)合游標(biāo)式光柵；8 :待測(cè)物體的一個(gè)平面；9 :CCD。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限 定。
[0015] 如圖1所示，是一種復(fù)合游標(biāo)式光柵7的結(jié)構(gòu)示意圖，包括自上而下的游標(biāo)主尺光 柵2、主副光柵分界結(jié)構(gòu)和游標(biāo)副尺光柵3,這里為了便于區(qū)分將上下復(fù)合的兩個(gè)光柵分別 稱之為游標(biāo)主尺光柵2和游標(biāo)副尺光柵3,圖1中的橫向即是主副光柵分界結(jié)構(gòu)，比如可以 是呈線狀的主副光柵分界線1，也可以是其他不透明部件，起到分隔作用。
[0016] 所述游標(biāo)主尺光柵2和游標(biāo)副尺光柵3均是等長(zhǎng)度的長(zhǎng)光柵，其中長(zhǎng)光柵即表示 光柵的線紋相互平行，各線紋之間距離（即柵距）相等。游標(biāo)主尺光柵2和游標(biāo)副尺光柵3 中的一個(gè)的線紋密度是N條/mm，另一個(gè)的線紋密度是（N-I)條/mm，其中N是正整數(shù)。由 圖1可以看出：游標(biāo)主尺光柵2和游標(biāo)副尺光柵3沿水平方向的長(zhǎng)度相同，且游標(biāo)主尺光柵 2的線紋密度是（N-I)條/mm，游標(biāo)副尺光柵3的線紋密度是N條/mm。
[0017] -種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵7的測(cè)距系統(tǒng)，如圖2所示，包括激光光源4和設(shè)置在待 測(cè)物體一側(cè)的CCD9,其中激光光源4可以是半導(dǎo)體激光器。在激光光源4和待測(cè)物體之間 順次設(shè)置有透射光柵5、濾波器6,在待測(cè)物體和濾波器6之間還設(shè)置有復(fù)合游標(biāo)式光柵7， 其中復(fù)合游標(biāo)式光柵7的具體結(jié)構(gòu)參見上述文字描述和圖1，在此不再贅述。
[0018] 需說明的是，優(yōu)選待測(cè)物體包含有至少一個(gè)平面，因?yàn)槠矫娼Y(jié)構(gòu)可以保證測(cè)距結(jié) 構(gòu)的精確度，如果待測(cè)物體表面沒有平面結(jié)構(gòu)，則誤差較大，因此基于復(fù)合游標(biāo)式光柵7的 測(cè)距系統(tǒng)適用于至少有一個(gè)平面結(jié)構(gòu)的物體的距離測(cè)量。
[0019] 激光依次經(jīng)透射光柵5、濾波器6、復(fù)合游標(biāo)式光柵7衍射到待測(cè)物體并通過(XD9 獲得最終衍射頻譜圖像，CCD9記錄復(fù)合游標(biāo)式光柵7的頻譜。其中，優(yōu)選濾波器6用于獲得 經(jīng)透射光柵5后的衍射光譜的± 1級(jí)光譜，可以通過在濾波器6上開孔，也可以是任何局部 透光元件。激光通過透射光柵5的第一次衍射后，被濾波器6過濾后，對(duì)± 1級(jí)光譜分別通 過復(fù)合游標(biāo)式光柵7的游標(biāo)主尺光柵2和游標(biāo)副尺光柵3進(jìn)行二次衍射，兩束對(duì)稱的光通 過復(fù)合游標(biāo)式光柵7后，由衍射原理可知，復(fù)合游標(biāo)式光柵7會(huì)產(chǎn)生兩種頻譜圖，且兩個(gè)光 柵的光譜級(jí)次會(huì)產(chǎn)生一定的錯(cuò)位，通過測(cè)量復(fù)合游標(biāo)式光柵7所形成的兩個(gè)光譜某一級(jí)次 的錯(cuò)位差值，通過公式計(jì)算便可得出復(fù)合游標(biāo)式光柵7與待測(cè)物體的一個(gè)平面8之間的距 離，可以是手工計(jì)算，也可以利用計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)使用計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算式，CCD9獲 得最終衍射頻譜圖像并傳送給計(jì)算單元進(jìn)行圖像處理和計(jì)算。
[0020] 為便于理解本發(fā)明，首先對(duì)復(fù)合游標(biāo)式光柵7的原理進(jìn)行補(bǔ)充說明。
[0021] 對(duì)于復(fù)合游標(biāo)式光柵7的頻譜，光柵方程可由下式來表達(dá)：
[0022] (IiXi/! = m λ，
[0023] 式中，Cli代表光柵的周期，m為頻譜級(jí)次，λ代表激光的波長(zhǎng)，X 表頻譜級(jí)次的 位置，i = 1，2分別代表復(fù)合游標(biāo)式光柵7的游標(biāo)主尺光柵2和游標(biāo)副尺光柵3部分，1代 表復(fù)合游標(biāo)式光柵7與待測(cè)物體的一個(gè)平面8之間的距離。
[0024] 以激光通過復(fù)合游標(biāo)式光柵7進(jìn)行衍射后的1級(jí)譜為例：
[0025] 游標(biāo)主尺光柵2部分：
[0026] X1= λ Vd1 〇
[0027] 游標(biāo)副尺光柵3部分：
[0028] X2= λ Ι/d 2〇
[0029] 上兩式相減：

【權(quán)利要求】
1. 一種復(fù)合游標(biāo)式光柵，其特征在于，包括自上而下的游標(biāo)主尺光柵（2)、主副光柵分 界結(jié)構(gòu)和游標(biāo)副尺光柵（3)，所述游標(biāo)主尺光柵（2)和游標(biāo)副尺光柵（3)均是等長(zhǎng)度的長(zhǎng)光 柵且其中一個(gè)的線紋密度是N條/mm，另一個(gè)的線紋密度是（N-1)條/mm。
2. -種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)，包括激光光源（4)和設(shè)置在待測(cè)物體一側(cè)的 CCD (9)，在激光光源（4)和待測(cè)物體之間順次設(shè)置有透射光柵（5)、濾波器（6)，其特征在 于，在待測(cè)物體和濾波器（6)之間還設(shè)置有復(fù)合游標(biāo)式光柵（7)，所述復(fù)合游標(biāo)式光柵（7) 包括自上而下的游標(biāo)主尺光柵（2)、主副光柵分界結(jié)構(gòu)和游標(biāo)副尺光柵（3)，所述游標(biāo)主尺 光柵⑵和游標(biāo)副尺光柵⑶均是等長(zhǎng)度的長(zhǎng)光柵且其中一個(gè)的線紋密度是N條/mm，另一 個(gè)的線紋密度是（N-1)條/_，激光依次經(jīng)透射光柵（5)、濾波器￠)、復(fù)合游標(biāo)式光柵（7) 衍射到待測(cè)物體并通過CCD (9)獲得最終衍射頻譜圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述激 光光源（4)是半導(dǎo)體激光器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述濾 波器（6)用于獲得經(jīng)透射光柵（5)后的衍射光譜的±1級(jí)光譜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，所述 (XD(9)與計(jì)算單元相連。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5任意一項(xiàng)所述的一種基于復(fù)合游標(biāo)式光柵的測(cè)距系統(tǒng)，其特征在 于，所述待測(cè)物體包含有至少一個(gè)平面。
【文檔編號(hào)】G01S11/12GK104459677SQ201410811519
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】林斌, 熊義可, 楊松濤, 曹向群 申請(qǐng)人:蘇州江奧光電科技有限公司