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自准直仪光电探测器失调对测角的影响

罗敬 张晓辉 何煦 叶露 张天一

罗敬, 张晓辉, 何煦, 叶露, 张天一. 自准直仪光电探测器失调对测角的影响[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 558-567. doi: 10.3788/CO.2019-0207
引用本文: 罗敬, 张晓辉, 何煦, 叶露, 张天一. 自准直仪光电探测器失调对测角的影响[J]. 中国光学, 2020, 13(3): 558-567. doi: 10.3788/CO.2019-0207
LUO Jing, ZHANG Xiao-hui, HE Xu, YE Lu, ZHANG Tian-yi. Effects of a misaligned photodetector in autocollimators on angle measurements[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 558-567. doi: 10.3788/CO.2019-0207
Citation: LUO Jing, ZHANG Xiao-hui, HE Xu, YE Lu, ZHANG Tian-yi. Effects of a misaligned photodetector in autocollimators on angle measurements[J]. Chinese Optics, 2020, 13(3): 558-567. doi: 10.3788/CO.2019-0207

自准直仪光电探测器失调对测角的影响

doi: 10.3788/CO.2019-0207
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(No. 61875190,No. 61675198)
详细信息
    作者简介:

    罗敬:罗 敬(1992—),男,江西抚州人,博士,助理研究员,2013年于长春理工大学获得学士学位,2018年于浙江大学获得博士学位,主要从事光学装调及检测、偏振像差等方面的工作。E-mail:luojingopt@ciomp.ac.cn

    通讯作者:

    罗敬,中科院长春光机所空间三部,固话:0431-80978006,手机号码:13282830305

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Effects of a misaligned photodetector in autocollimators on angle measurements

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 61875190, No. 61675198)
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  • 摘要: 本文首次提出并构建了自准直仪光电探测器失调的数学模型。基于该模型,分析了光电探测器相对于理论像面处于空间任意位置和朝向时对自准直仪测角的影响。结果表明,探测器失调造成的测角误差随准直物镜焦距f的增大而减小,随自准直仪到被测镜面的距离L以及待测角度θ的增大而增大。计算发现,当f=300 mm,L=100 mm,θ=20″时,因探测器失调引起的测角误差达到0.004 5″。文章进一步分析了各种探测器失调误差单独作用时对自准直仪测角的影响,验证了模型的正确性,并发现探测器离焦对自准直仪的影响最大。根据本文计算结果,选择长焦距的成像物镜、减小测量距离、提高光电探测器沿轴向的安装精度是减小光电探测器失调对自准直仪影响的关键。基于提出的数学模型,可以系统地计算探测器失调对自准直仪测角的影响,进而为构建更加完善的自准直仪误差模型奠定基础。
  • 图  1  自准直仪原理图

    Figure  1.  Principle diagram of autocollimators

    图  2  CCD阵面失调的自准直仪光路

    Figure  2.  Optical path of autocollimator with a misaligned CCD array

    图  3  自准直仪CCD阵面失调建模流程图

    Figure  3.  Flowchart of CCD misalignment modeling of autocollimator

    图  4  自准直仪CCD阵面失调导致的测角误差

    Figure  4.  Angular measurement errors of autocollimators with a misaligned CCD

    图  5  CCD失调参数一定时,自准直仪测角误差随焦距f和测量距离L的变化关系

    Figure  5.  The relationship between measurement errors of autocollimators and focal length f, and measuring length L when CCD misalignment parameters are constant

    图  6  自准直仪CCD阵面平移误差

    Figure  6.  Translation error in the CCD array of autocollimators

    图  7  自准直仪测角误差随CCD阵面平移误差的变化曲线

    Figure  7.  Angular measurement errors in autocollimator varying with translation error of CCD

    图  8  自准直仪CCD阵面出现离焦误差

    Figure  8.  Defocusing error occuring in CCD of autocollimator

    图  9  自准直仪测角误差随CCD阵面离焦误差的变化曲线

    Figure  9.  Angular measurement errors of autocollimators varying with defocusing errors of CCD

    图  10  自准直仪CCD阵面出现倾斜误差

    Figure  10.  Inclination angle errors occuring in CCD of autocollimator

    图  11  自准直仪测角误差随CCD阵面倾斜误差的变化曲线

    Figure  11.  Angular measurement errors in autocollimator varying with inclination angle error of CCD

    表  1  CCD阵面失调参数

    Table  1.   Misalignment parameters of CCD

    失调参数最小值最大值取样数
    a/mm−0.10.111
    b/mm−0.10.111
    c/mm−0.10.111
    $\alpha $/(″)−36036011
    $\beta $/(″)−36036011
    $\gamma $/(″)−36036011
    下载: 导出CSV

    表  2  CCD阵面失调导致的测角误差

    Table  2.   Angular measurement errors induced by a misaligned CCD

    f, L/mm$\theta $/(″)
    202002 000
    f=300, L=1000.004 50.0460.53
    f=300, L=1 0000.0160.161.8
    f=500, L=1 0000.004 10.0420.51
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-24
  • 修回日期:  2019-11-11
  • 刊出日期:  2020-06-01

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