上饒激光位移傳感器以客為尊

激光位移傳感器的測量精度容易受到被測物體表面特征的影響，為了減小測量誤差，在整形鏡設計中應盡量使出射光斑在有效的測量范圍內實現(xiàn)光斑小且均勻。針對傳感頭小型化設計的要求，半導體激光器體積小、重量輕的優(yōu)點正好符合這一要求，但其光束質量并不理想，需要對其進行光束整形。半導體激光器快慢軸的光束分布極不對稱:快軸發(fā)散角較大，半角的典型值為30～40°，光束呈高斯分布，發(fā)光范圍的半寬度為0.6～0.8μm，慢軸發(fā)散角的半角典型值為3～6°，光束分布不規(guī)則，發(fā)光范圍半寬度為50～100μm。因此，在不允許能量損失的情況下，要求整形系統(tǒng)的物方數(shù)值孔徑(NA)>0.573；但由于光束的快軸能量呈高斯分布，通常取半寬度(FWHM)為20°，此時NA=0.342。系統(tǒng)物距應盡量小一些，但考慮到工藝問題，不宜過小，選定為2.5mm。為了便于設計，將系統(tǒng)倒置，整個系統(tǒng)的主要要求為:工作波長為785±10nm，像方NA=0.342，像距l(xiāng)′=2.5mm，物距l(xiāng)=40～60mm，焦距f=3～4mm。它可以用于測量物體的形狀和輪廓，以提供準確的幾何信息。上饒激光位移傳感器以客為尊

帶通濾光片，設置于成像物鏡的入射光路上。聚焦透鏡，設置于激光器的出射光路上。可選地，上述感光元件為線陣感光元件，線陣感光元件的多個感光單元沿直線排列，該直線的延伸方向為多個感光單元的主要排列方向。上述也可以是感光元件為面陣感光元件，面陣感光元件包括以矩形排列的多個感光單元，面陣感光元件的長邊延伸方向為多個感光單元的主要排列方向。此外，上述成像物鏡可以為單一鏡片，且成像物鏡的物側面和像側面皆為非球面；或者，成像物鏡為多個透鏡組成的透鏡組。激光位移傳感器常用解決方案高精度激光位移傳感器可以用于測量液體的位移，如液位的變化等。

激光位移傳感器根據(jù)入射光角度的不同可分為直入射式和斜入射式兩種[1]，本設計采用的是直入射式，其光路結構如圖1所示。整套光路可以分為兩部分，即整形系統(tǒng)和接收系統(tǒng)[2]。左邊部分是光束整形系統(tǒng)，其作用是將激光器發(fā)出的光束匯聚在工作范圍內，使匯聚的光斑盡量小而均勻。光源為半導體激光器(LD)，它經(jīng)整形系統(tǒng)在測量范圍50±10mm內形成均勻的光斑。后面則是光束接收系統(tǒng)，它將物體表面的漫反射光匯聚到光敏探測器上，使其精確成像。圖中α為被測面與成像透鏡光軸夾角，β為光敏探測器與光軸的夾角，do和di分別表示物距和像距。

本發(fā)明提出的激光位移傳感器的成像物鏡和感光元件的調制傳遞函數(shù)(MTF)解析結果滿足MTFS＞MTFT或MTFT＞MTFS，能夠利用像散，讓呈現(xiàn)在感光元件上的光斑在水平方向(即，弧矢方向，S方向)變窄，而在豎直方向(即，子午方向，T方向)變長(或者讓光斑在水平方向(即，弧矢方向，S方向)變寬，而在豎直方向(即，子午方向，T方向)變窄)，有助于更加容易地確定光斑在水平方向上的中心位置，從而提高測量的準確度；由于激光位移傳感器中感光元件的多個感光單元的陣列排布形狀為矩形或線形，將矩形長邊或直線的延伸方向上的MTF降低，也不會影響測量精度；不僅如此，由于在MTF值被拉高的方向上光斑變窄，而在MTF值被降低的方向上光斑變寬，所以光斑與像元之間的接觸面積增大，使得光斑更加容易地被感光元件所接收，能夠更好地應對使用中因為振動或機械變形等隨帶來的不良影響；此外，由于本發(fā)明提出的激光位移傳感器所采用的成像物鏡無需兼顧水平方向和CN1 06855391B4豎直方向的MTF值，所以能夠降低物鏡的設計難度，節(jié)省制造和維護成本；它可以用于測量液壓系統(tǒng)的位移，以提高系統(tǒng)的控制精度。

在圖1所示的實施例中，成像物鏡6包含以下兩種結構形式：(形式一)成像物鏡6為物側面和像側面都為非球面的單一非球面鏡片，(形式二)成像物鏡6是由多個鏡片組合而成的透鏡組。綜上所述，本發(fā)明在激光位移傳感器的光學系統(tǒng)設計時，利用增加像散，在感光元件的感光單元沿著S方向排列的情況下，拉高成像物鏡S方向的MTF值同時降低T方向上的MTF值，使得線陣感光元件上的光斑呈現(xiàn)長條狀態(tài)，進而實現(xiàn)以下技術效果：降低激光位移傳感器中成像物鏡的設計難度，同時降低了設備的成本；激光位移傳感器可以測量位移、厚度、振動、距離、直徑等精密的幾何測量。嘉定區(qū)激光位移傳感器設備生產

它還可以用于測量材料的膨脹和收縮，以研究其熱學性質。上饒激光位移傳感器以客為尊

從圖3所示的成像光學系統(tǒng)結構圖可看出，在整個物面并不垂直于光軸時，經(jīng)過系統(tǒng)成像以后得到的像面也不垂直于光軸，與光軸存在一定的夾角β，設計的lastβ優(yōu)化值取為60.4628°，此時像面上可得到比較理想的光斑分布。在工作范圍內不同視場的散射光均能很好地成像于探測器。在圖4中可看到不同視場的成像光斑形狀，此點列圖表明成像光斑分布均勻，但還存在一定的剩余像差，主要為球差，光斑大小可見表2，光斑直徑在20μm左右。同時根據(jù)設計結果可得像距為33.092mm，經(jīng)計算tanα/tanβ=0.6137，di/do=0.6145，此物鏡設計基本滿足于Scheimpflug理想成像條件。上饒激光位移傳感器以客為尊