CN1281921C - 基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域，特别涉及一种基于动态差动补偿方法实时补偿光束的角漂移量的高精度二维光电自准直装置和测量方法。所述装置包括依次放置的光源、分划板、CCD图像传感器、分光棱镜、准直物镜和测量反射镜，在准直物镜和测量反射镜之间放置一分光镜片。分光镜片为光学基片的两面分别镀有分光膜和增透膜，光学基片的表面粗糙度优于0.08μm，镜片两面的平行度小于10″，所镀分光膜的分光比为：52/48≤T/R≤72/28，增透膜要求透过率系数α≥99%。本发明采用新颖的共光路光学差动结构，将光束的角漂移量转变为共模误差，实时分离和动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，提高二维光电自准直仪的测量稳定性、重复性和测量不确定度。

Description

基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置和测量方法

技术领域

本发明属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域，特别涉及一种基于动态差动补偿方法实时补偿光束的角漂移量的高精度二维光电自准直装置和测量方法。

背景技术

随着测量技术的不断改进和提高，现代化高精度测量技术和方位瞄准跟踪***的发展对小角度的测量精度提出了越来越高的要求。光电自准直仪在小角度精密测量，高精度瞄准与定位方面有着不可替代的作用，可以作为测角仪、光学比较仪等光学计量仪器的组成部分，也可单独用于测量仪器用于光学测量、航空航天仪器装调和军用飞行器姿态测量等方面。

在高精度小角度测量中，对于测量不确定度优于0.5″的光电自准直仪，光源部分光束的角漂移量是光电自准直仪测量误差的主要来源。当光源发出的光束存在光束漂移时，如氦氖激光器谐振腔内反射镜变型引起光束的角漂移量为：10^-6～10^-7rad，即：0.02″～0.2″(1.万德安.激光基准高精度测量技术.国防工业出版社.1999年6月；2.方仲彦，殷纯永，梁晋文.高精度激光准直技术的研究(一).航空计测技术.1997，17(1)：3-6)，如果采用光斑中心定位方法则接收器接收的光斑中心随光束漂移而漂移；如果采用轮廓中心定位方法，则由于光束漂移，接收器接收的光斑的能量中心和轮廓的几何中心不重合引起轮廓中心的偏移，直接产生轮廓中心的定位偏差。如果不对该角漂移量进行修正或补偿，将直接反馈回小角度的测量结果引起的角度测量偏差，导致仪器数据重复性差，稳定性不好。若要进一步提高测量不确定度，仅仅依靠提高光束自身的准直精度，无论是从现有技术还是工艺制造水平上都是难以实现的。采用误差分离和补偿技术，特别是动态补偿技术，为消除或补偿修正该角漂移量引起的角度测量偏差，实现高精度的小角度测量提供了一种有效的技术途径。

目前，工程中广泛使用的光电自准直仪，如国家计量局北京计量仪器厂出产的702型光电自准直仪，采用光学自准直原理，利用电表指零来确定瞄准状态，从测微鼓轮上或直接从电表上读数，测量分辨力0.1″，测量不确定度为：10′范围内为2″，视场中心任意4′～6′范围内为0.5″(武晋燮.几何量精密测量技术.哈尔滨工业大学出版社.1989年9月)。该测量方案测量的是一维角度量，如果测量另一维角度量，必须在这个方向上重新调整仪器，导致测量过程繁琐且数据重复性差，同时会引入人为测量误差以及机械的回程误差；同时光束的角漂移量仍然存在，测量不确定度难以提高。

为了克服自准直仪在测量两个方向的角度量时，二次调整仪器所带来的重复性差的缺点，提高光电自准直仪的测量分辨力，同时能满足数据实时显示和存储的需要，许多厂家和科研院所都制造出采用高精度光电探测器件测量二维角度的光电自准直仪，例如：

1.德国ELCOMAT公司生产的ELCOMAT vario型号的光电自准直仪。采用高精度的CCD图像传感器，通过测量CCD图像传感器上接收到的光斑中心移动的位移量来精确测出测量反射镜的小角度变化量，产品ELCOMAT vario 500T/D65的双轴自准直仪的技术指标为：在X轴为24′，Y轴为18′的测量范围内测量不确定度为±0.4″(德国M6LLER-WEDEL公司ELCOMAT vario双轴自准直仪中文操作手册.2004)；

2.专利98229708.4“动态光电自准直仪”的被测反射镜的二维角位移造成矩形孔象斑的二维线性位移，通过计算四象限光电探测器上四个象限的输出可得到被测反射镜的二维角位移量；

3.专利99242552.2“二维动态数显式自准直仪”把现有的一维自准直仪中的十字型分划板改为三角型分划板。在半透膜立方棱镜和双刻线分划板之间安装一个分光镜，分光镜反射像处有-CCD接收器，电子测量装置对CCD接收器的信息进行控制和数据处理；

4.专利99254139.5“光电自准直仪”的分划板设置有带N字型、∧型、∨型等的指标线图案，分光棱镜的共轭焦平面处设置有一维图象探测器件，通过指标线图案与一维图像探测器件的相互位置关系计算偏角；

5.专利200410032713.2“自准直仪”提供一种能够同时进行测量对象物的法线倾斜的粗调和微调的自准直仪，通过向测量对象物照射光源的激光，使从测量对象物反射来的回返光通过凸透镜会聚，进一步通过凹透镜变为平行光，然后映射到第一屏幕，由此来检测测量对象物的法线倾斜；

由于采用了高精度的光电探测器件，尤其是CCD图像传感器，提高测量分辨力的同时实现了二维角度的自动化测量，数据实时显示和存储，而且也很好的消除了由于二次调整仪器而引入的人为测量误差和机械回程误差的缺点。

但是在实际应用中，尤其是从光路和机械结构以及测量过程上可知上述测量方案均存在如下不足之处：由于没有采用任何误差补偿或修正的手段，光束的角漂移量在测量过程中没有消除，最后混合在测量结果中引起的角度测量偏差。直接导致光电自准直仪的测量稳定性和重复性差，测量不确定度难以进一步提高，大大限制了光电自准直仪的应用范围，这是该测量方案本身的不足之处，也是当前光电自准直仪的实际应用中未能解决的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有的光电自准直仪测量方案中存在的不足，提供一种基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置和测量方法，采用新颖的共光路光学差动结构，将光束的角漂移量转变为共模误差，实时分离和动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，提高二维光电自准直仪的测量稳定性、重复性和测量不确定度。

本发明采用的技术解决方案是：一种基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置，包括依次放置的光源、分划板、CCD图像传感器、分光棱镜、准直物镜和测量反射镜，在准直物镜和测量反射镜之间放置一分光镜片。

分光棱镜可以采用偏振分光棱镜，在偏振分光棱镜和准直物镜之间放置一λ/4波片。

光源为激光器或发光二极管(LED)。

分划板为刻蚀部位透光的分划板或刻蚀部位不透光的分划板。

分光镜片为光学基片的两面分别镀有分光膜和增透膜，光学基片的表面粗糙度优于0.08um，镜片两面的平行度小于10″，所镀分光膜的分光比为：52/48≤T/R≤72/28，增透膜要求透过率系数α≥99％。

本发明还提供了基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置的测量方法，该方法包括以下步骤：

1.调整分光镜片，使得CCD图像传感器上接收到的参考光斑和测量光斑完全分离；调整完毕后固定分光镜片，然后对该装置进行校准，校准后该装置在使用过程中分光镜片不再调整；

2.使光源发出的光束照亮位于准直物镜的焦点上的分划板；

3.该光束经过分光棱镜后，透射光束经过准直物镜变为平行的准直光束入射到分光镜片，光束被分为反射光束和透射光束；

4.反射光束直接由原路返回，经准直物镜会聚，分光棱镜反射后被CCD图像传感器接收，成为参考信号；

5.透射光束经过分光镜片透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜，测量反射镜反射回来的光束经过分光镜片透射后，由准直物镜会聚，经过分光棱镜反射后成像于CCD图像传感器上，成为测量信号；

6.由参考信号监测并分离出光束的角漂移量，进行实时差动处理即可动态补偿该角漂移量引起的角度测量偏差，精确测出二维小角度的变化量：

                       θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号。在CCD图像传感器上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜的等效焦距。

本发明具有以下特点和良好效果：

1.充分利用了共光路差动特性改进光学***，通过采用分光镜片构成的共光路光学差动结构将光束的角漂移量转变为共模误差，这是区别于现有光电自准直测量技术的创新点之一；

2.在设计中，光束的角漂移量引起参考信号和测量信号同时变化，CCD图像传感器同时获取参考信号和测量信号的二维角度信息，可以实时分离和动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，这是区别于现有光电自准直测量技术的创新点之二；

3.本设计方案采用了十分简单的结构，仅在光路中加入一片分光镜片，即可动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，提高了二维光电自准直仪的测量稳定性和重复性，满足了高精度二维小角度测量的需要，而且测量过程和数据处理都明显简化，实用性强。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置采用偏振光以减少光能损失的结构示意图；

图3a是本发明中由于光束完全重叠无法分离的示意图；

图3b是本发明中CCD图像传感器3接收的光束完全重叠无法分离的光斑的示意图；

图4a是本发明中调整分光镜片6的示意图；

图4b是本发明中CCD图像传感器3接收的调整分光镜片6后的光斑的示意图；

图5a是本发明中调整好分光镜片6后进行测量的示意图；

图5b是本发明中调整好分光镜片6后，进行测量时CCD图像传感器3接收的光斑的示意图；

图6是本发明中采用的分光镜片6的示意图；

图7a是本发明中的光源1采用激光器17的示意图；

图7b是本发明中的光源1采用发光二极管(LED)18的示意图；

图8a是分划板2采用刻蚀部位19透光的分划板20的示意图；

图8b是分划板2采用刻蚀部位21不透光的分划板22的示意图。

具体实施方式

下面结合图和实施例对本发明的基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置和测量方法进行详细描述：

如图1所示，本发明的装置由光源1、分划板2、CCD图像传感器3、分光棱镜4、准直物镜5、分光镜片6、测量反射镜7等构成。其光的路径如下：

光源1发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的分划板2，经过分光棱镜4后，透射光束经过准直物镜5变为平行的准直光束入射到分光镜片6，光束被分为反射光束和透射光束：反射光束直接经原路返回，经过准直物镜5会聚，由分光棱镜4反射后被CCD图像传感器3接收，形成的光斑中心位置成为参考信号；透射光束经过分光镜片6透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜7，测量反射镜7反射回来的光束经过分光镜片6透射后，光强与形成参考光束的分光镜片6的反射光束的光强相等，由准直物镜5会聚，分光棱镜4反射后成像于CCD图像传感器3上，形成的光斑中心位置成为测量信号，光束的角漂移量引起参考信号和测量信号同时变化，结合几何光学和光学的自准直原理，对参考信号和测量信号进行二维实时差动处理，通过求取测量信号和参考信号的光斑中心的变化量的差值即可动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，精确测出测量反射镜7的二维小角度的变化量：

                       θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜7的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号在CCD图像传感器3上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜5的等效焦距。

本发明通过在二维光电自准直仪的准直物镜5和测量反射镜7之间放置分光镜片6，充分利用共光路的差动特性改进二维光电自准直仪的光学结构，由准直物镜5出射到测量反射镜7的准直光束分为两束，形成测量光束和参考光束，将光束的角漂移量转变为共模误差，采用误差分离和动态补偿技术对该角漂移量引起的角度测量偏差进行消除和抑制。其中，参见图6，分光镜片6由光学基片16的两表面分别镀有分光膜14和增透膜15构成，分光镜片为光学基片的两面分别镀有分光膜和增透膜，光学基片的表面粗糙度优于0.08um，镜片两面的平行度小于10″，所镀分光膜的分光比为：52/48≤T/R≤72/28，增透膜要求透过率系数α≥99％。，在减小光能损失的同时，保证CCD图像传感器3接收到的测量光束和参考光束的光强相等。

如图2所示，为了减少光能损失，分光棱镜4采用偏振分光棱镜6，在这种情况下，光的路径为：

光源1发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的分划板2，经过偏振分光棱镜8后透射光束变为偏振光，透射光束经过放置在偏振分光棱镜8和准直物镜5之间的λ/4波片9后偏振光的偏振方向转动45°，经准直物镜5变为平行的准直光束入射到分光镜片

6，光束被分为反射光束和透射光束：反射光束直接经原路返回，经过准直物镜5会聚后，λ/4波片9使得偏振光的偏振方向再转动45°，变为与光源1发出的经过偏振分光棱镜8而未经λ/4波片9转动偏振方向的透射光束正交的偏振光，由偏振特性知偏振光束再经过偏振分光棱镜8后完全反射，被CCD图像传感器3接收，形成的光斑中心位置成为参考信号；透射光束经过分光镜片6透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜7，测量反射镜7反射回来的光束经过分光镜片6透射后，光强与形成参考光束的分光镜片6的反射光束的光强相等，由准直物镜5会聚，同理，经过λ/4波片9和偏振分光棱镜8后也完全反射，反射后也成像于CCD图像传感器3上，形成的光斑中心位置成为测量信号，光束的角漂移量引起参考信号和测量信号同时变化，结合几何光学和光学的自准直原理，对参考信号和测量信号进行二维实时差动处理，通过求取测量信号和参考信号的光斑中心的变化量的差值即可动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，精确测出测量反射镜7的二维小角度的变化量：

                          θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜7的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号在CCD图像传感器3上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜5的等效焦距。

参见图7a和图7b，本发明装置中的光源1可以采用激光器17或发光二极管(LED)18。

参见图8a和图8b，本发明装置中的分划板2可以采用刻蚀部位19透光的分划板20或刻蚀部位21不透光的分划板22。

下面详细说明本发明所述的方法：

1.为了避免测量光束11和参考光束10由于光束重叠现象导致CCD图像传感器3上接收到的光斑无法准确定位的问题，需要对分光镜片6进行调整，调整过程如下：

如图4a所示，由于分光镜片6制作时保证了镜片两表面平行，因此分光镜片6转动一个角度后，由简单的几何光学原理可知出射的测量光束11的方向不会发生改变，但是反射的参考光束10的方向将变化，如图4b所示，为了实现测量光斑12和参考光斑13的准确定位，调整分光镜片6使得CCD图像传感器3上接收到的参考光斑13和测量光斑12完全分离，调整后由简单的几何光学原理可知由测量反射镜7反射回来的光束经过分光镜片6后理论上将多次反射产生多个像，但是实际中由于经过分光镜片6再次反射后，光的能量急剧衰减，使得在CCD图像传感器3上仅接收到一个亮度微弱的像，其余的多次反射的亮度更加微弱的像不能被CCD图像传感器3接收，同时由于在进行后续图像处理的时候并不对该亮度微弱的像进行处理，因而光束多次反射产生的影响可以忽略不计，调整完毕后分光镜片6应当固定，然后对该装置进行校准，校准后该装置在使用过程中分光镜片6不再调整；

2.进行测量时，如图1所示，光源1发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的分划板2；

3.该光束经过分光棱镜4后，透射光束经过准直物镜5变为平行的准直光束入射到分光镜片6，光束被分为反射光束和透射光束；

4.反射光束直接经原路返回，经过准直物镜5会聚，由分光棱镜4反射后被CCD图像传感器3接收，成为参考信号；

5.透射光束经过分光镜片6透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜7，测量反射镜7反射回来的光束经过分光镜片6透射后，光强与形成参考光束的分光镜片6的反射光束的光强相等，由准直物镜5会聚，经过分光棱镜4反射后成像于CCD图像传感器3上，成为测量信号；

6.测量反射镜7发生小角度变化θ时，测量信号变化量为d₁′，同时光束的角漂移量Δd₀将会引起测量结果的漂移，因而CCD图像传感器3上接收到的测量光斑中心位置的变化量为d₁＝d₁′+Δd₀，但是该角漂移量由于本测量方案的光路结构的对称性和共光路差动特性直接反映为共模误差，测量信号和参考信号将同时漂移，参考光斑中心位置的变化量为d₀＝Δd₀，因而该角漂移量都可以由参考信号监测并分离出来，经过实时差动处理即可动态补偿该角漂移量引起的角度测量偏差，实际光斑中心的位移的变化量d为：

                  d＝d₁-d₀＝(d₁′+Δd₀)-Δd₀＝d₁′

相应的可以求得测量反射镜7的二维小角度变化量θ为：

                      θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜7的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号在CCD图像传感器3上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜5的等效焦距。

可见，在测量结果中，对参考信号和测量信号进行实时差动处理，即可分离并动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，提高了二维光电自准直仪的测量稳定性、重复性和测量不确定度，从而该测量方案实现了高精度的二维小角度测量。

实施例1：

如图1所示，首先调整好分光镜片6，使得CCD图像传感器3上接收到的参考光斑13和测量光斑12完全分离，避免测量光束11和参考光束10由于光束重叠导致CCD图像传感器3上接收到的光斑中心无法准确定位的问题，调整完毕后分光镜片6应当固定，然后对该装置进行校准，校准后该装置在使用过程中分光镜片6不再调整。进行测量时，光源1采用激光器17，发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位19透光的分划板20，经过分光棱镜4后，透射光束经过准直物镜5变为平行的准直光束入射到分光镜片6，光束被分为反射光束和透射光束：反射光束直接经原路返回，由准直物镜5会聚，分光棱镜4反射后被CCD图像传感器3接收，形成的光斑中心位置成为参考信号；透射光束经过分光镜片6透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜7，测量反射镜7反射回来的光束经过分光镜片6透射后，光强与形成参考光束的分光镜片6的反射光束的光强相等，由准直物镜5会聚，分光棱镜4反射后成像于CCD图像传感器3上，形成的光斑中心位置成为测量信号，光束的角漂移量引起参考信号和测量信号同时变化，结合几何光学和光学的自准直原理，对参考信号和测量信号进行二维实时差动处理，通过求取测量信号和参考信号的光斑中心的变化量的差值即可动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，精确测出测量反射镜7的二维小角度的变化量：

                    θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜7的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号在CCD图像传感器3上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜5的等效焦距。

本实施例中，分光镜片6由光学基片16的两表面分别镀有分光膜14和增透膜15构成，光学基片采用0级光学玻璃，表面粗糙度小于0.03um，镜片两表面的平行度小于3″，所镀的分光膜的分光比为：T/R＝62/38，增透膜透过率系数α＝99.5％。实验结果表明，该二维光电自准直装置在测量分辨力达到0.01″的情况下，测量稳定性优于0.05″/h，测量不确定度优于0.05″，实现了高精度二维小角度测量。

实施例2：

如图2所示，采用偏振光以达到减少光能损失目的，首先调整好分光镜片6，使得CCD图像传感器3上接收到的参考光斑13和测量光斑12完全分离，避免了测量光束11和参考光束10由于光束重叠导致CCD图像传感器3上接收到的光斑无法准确定位的问题，调整完毕后分光镜片6应当固定，然后对该装置进行校准，校准后该装置在使用过程中分光镜片6不再调整。进行测量时，光源1采用激光器17，发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位19透光的分划板20，经过偏振分光棱镜8后光束变为偏振光，透射光束经过放置在偏振分光棱镜8和准直物镜5之间的λ/4波片9后偏振光的偏振方向转动45°，经准直物镜5变为平行的准直光束入射到分光镜片6，光束被分为反射光束和透射光束：反射光束直接经原路返回，由准直物镜5会聚后，λ/4波片9使得偏振光的偏振方向再转动45°，变为与光源1发出的经过偏振分光棱镜8而未经λ/4波片9转动偏振方向的透射光束正交的偏振光，由偏振特性知偏振光束再经过偏振分光棱镜8后完全反射，被CCD图像传感器3接收，形成的光斑中心位置成为参考信号；透射光束经过分光镜片6透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜7，测量反射镜7反射回来的光束经过分光镜片6透射后，光强与形成参考光束的分光镜片6的反射光束的光强相等，由准直物镜5会聚，同理，经过λ/4波片9和偏振分光棱镜8后也完全反射，反射后也成像于CCD图像传感器3上，形成的光斑中心位置成为测量信号，光束的角漂移量引起参考信号和测量信号同时变化，结合几何光学和光学的自准直原理，对参考信号和测量信号进行二维实时差动处理，求取测量信号和参考信号的光斑中心的位移量的差值即可动态补偿光束的角漂移量引起的角度测量偏差，精确测出测量反射镜7的二维小角度的变化量：

                       θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜7的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号在CCD图像传感器3上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜5的等效焦距。

本实施例中，分光镜片6由光学基片16的两表面分别镀有分光膜14和增透膜15构成，光学基片采用0级光学玻璃，表面粗糙度小于0.03um，镜片两表面的平行度小于3″，所镀的分光膜的分光比为：T/R＝62/38，增透膜透过率系数α＝99.5％。实验结果表明，该二维光电自准直装置在测量分辨力达到0.01″的情况下，测量稳定性优于0.05″/h，测量不确定度优于0.05″，实现高精度二维小角度测量的同时还有效避免了由于光束回馈激光器引起的光束不稳定的缺点。

实施例3：

如图1所示，光源1采用发光二极管(LED)18，发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位19透光的分划板20，本实施例的其他部件及工作原理均与实施例1相同。

实施例4：

如图2所示，光源1采用发光二极管(LED)18，发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位19透光的分划板20，本实施例的其他部件及工作原理均与实施例2相同。

实施例5：

如图1所示，光源1采用激光器17，发出的激光光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位21不透光的分划板22，本实施例的其他部件及工作原理均与实施例1相同。

实施例6：

如图2所示，光源1采用激光器17，发出的激光光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位21不透光的分划板22，本实施例的其他部件及工作原理均与实施例2相同。

实施例7：

如图1所示，光源1采用发光二极管(LED)18，发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位21不透光的分划板22，本实施例的其他部件及工作原理均与实施例1相同。

实施例8：

如图2所示，光源1采用发光二极管(LED)18，发出的光束照亮位于准直物镜5的焦点上的刻蚀部位21不透光的分划板22，本实施例的其他部件及工作原理均与实施例2相同。

Claims (6)

1.一种基于动态差动补偿方法的二维光电自准直装置，包括依次放置的光源、分划板、CCD图像传感器、分光棱镜、准直物镜和测量反射镜，其特征在于在准直物镜和测量反射镜之间放置一分光镜片。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于分光棱镜采用偏振分光棱镜，在偏振分光棱镜和准直物镜之间放置一λ/4波片。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的光源为激光器或发光二极管LED。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的分划板为刻蚀部位透光的分划板或刻蚀部位不透光的分划板。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所说的分光镜片为光学基片的两面分别镀有分光膜和增透膜，光学基片的表面粗糙度优于0.08um，镜片两面的平行度小于10″，所镀分光膜的分光比为：52/48≤T/R≤72/28，增透膜要求透过率系数α≥99％。

6.一种基于动态差动补偿方法的二维光电自准直测量方法，其特征在于所说的测量方法包括以下步骤：

(1).调整分光镜片，使得CCD图像传感器上接收到的参考光斑和测量光斑完全分离；调整完毕后固定分光镜片，然后对该装置进行校准，校准后该装置在使用过程中分光镜片不再调整；

(2).使光源发出的光束照亮位于准直物镜的焦点上的分划板；

(3).该光束经过分光棱镜后，透射光束经过准直物镜变为平行的准直光束入射到分光镜片，光束被分为反射光束和透射光束；

(4).反射光束直接由原路返回，经准直物镜会聚，分光棱镜反射后被CCD图像传感器接收，成为参考信号；

(5).透射光束经过分光镜片透射后，成为测量光束入射到放置在被测物上的测量反射镜，测量反射镜反射回来的光束经过分光镜片透射后，由准直物镜会聚，经过分光棱镜反射后成像于CCD图像传感器上，成为测量信号；

(6).由参考信号监测并分离出光束的角漂移量，进行实时差动处理即可动态补偿该角漂移量引起的角度测量偏差，精确测出测量反射镜的二维小角度的变化量：

                        θ＝(d₁-d₀)/2f

这里：θ为测量反射镜的二维小角度的变化量，d₁和d₀分别为测量信号和参考信号在CCD图像传感器上形成的光斑中心位置的变化量，f为准直物镜的等效焦距。

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