基于CCD的校验仪透光镜厚度精确测量研究

　　1 引言

　　透光镜是校验仪中的重要光学元件，光线经过它们会发生折射，由于厚度的不同，透过光学元件的光线产生偏离的程度也不同，因此透光镜厚度对于准确 校验航空相机的光学精度有着重要影响。本文利用校验仪透光镜对光线折射的规律，以线阵CCD图像传感器接收装置，把光束光点转换为电信号的脉宽，并通过系 统软硬件的设计，自动完成对校验仪透光镜厚度的高精度测量。系统克服了全反射法、V形棱镜法及最小偏角法等传统方法的繁琐复杂，系统操作简便，测量速度快 且精度高。

　　2 测量原理及系统组成

　　2.1 光学测量原理

　　如图1所示，当光线通过厚度为d，折射率为n的校验仪透光镜时，会产生两次折射，折射的结果，光线行进的方向没有改变，但侧移了一段距离。计算 和实验均可证明，光束侧移距离X的大小与校验仪透光镜的厚度和折射率及光束入射角有关，而当光束入射角与玻璃折射率一定时，光束偏移量只与校验仪透光镜厚 度有关，因此利用这个平移量便可计算出校验仪透光镜的厚度。

　　如果令光束入射角为0，校验仪透光镜折射率为n,光束偏移量为x，则据图中各二角形及入射角及折射角关系，计算得到，校验仪透光镜厚度d的公式为:

　　参考激光束入射角0及被测玻璃折射率二是经过预先精确标定的。这样，只要测出光束偏移量二，即可得到玻璃厚度d。

　　为了精确测量光束偏移量，系统用线阵CCD接收参考光束及偏移光束位置。由于线阵CCD具有自扫描能力，能将一维空间的光强分布信号转换为时间 序列的电信号，电信号经后续电路处理后获得与光束偏移量相对应的脉宽，测量出脉宽，即可得到光束偏移量，通过式(1)，便可得到被测校验仪透光镜折射率。

　　2.2系统测量原理

　　整个测量系统是在光具座上进行的，系统基木构成如图2所示。山He-Ne激光器发出激光束，山分光镜分出两束光，上而一束为参考光束，下面一束经被测样品产生偏移。

　　系统首先标定参考光束与测量光束距离Y。系统利用高灵敏度的线阵固态CCD传感器接收激光束来标定距离，CCD的光谱响应范围在 (0.4-1.2) u m之间(属可见光及近红外范围)具有2048个象元，光敏元在空间上和电气上彼此独立，其输出的电荷包空间分布成比例关系。激光束经线阵CCD转换为视频 信号后，通过滤波放大电路、门限比较器、计数器送入计算机自动处理Jl二得到标定距离值。CCD是在时钟脉冲控制h利用移位寄存器的功能实现电荷包的读取 与输出，形成一系列幅值不等的时钟脉冲序列。若CCD-}动时钟频率为。，输出钟频为2v } CCD中一元尺寸为、，从CCD出来的信号为图3a(图上为两激光点像)，Y则为两像点距离，图3a经滤波放大后为图3b，再经CCD比较器进行一值化处 理，得到知形信号图3c}其电平同TTL电平兼容。如果计数器的计数时钟频率为u，以图3c中的低电平部分控制计数器计数，计数值为k'，就会得到如下关 系: