自准直仪作为一种光学仪器的概念是在大约一个世纪前构思出来的，用于精确、非接触式的角度测量。自从它被发明以来，已经被广泛用于光学元件和激光角度的对齐和测量。最近随着AR/VR技术的发展，DUMA公司开发了一款用于该领域的多功能自准直仪。
传统自准直仪技术
为了更好的理解这项新技术，我们首先了解下经典的自准直仪系统，如图1所示。该系统有一个光源，然后是一个投影标线。光源是一个 LED（通常是 670 nm，最近推出了 IR 版本），在穿过分束器后，它进入物镜，在离开仪器之前进行准直。准直意味着投射的标线距离物镜主表面正好是一个焦距。投射的准直光被镜子或其他高质量的反射面反射回来，并被物镜捕获。返回的图像清晰地显示在高质量的 CCD 检测器上。由于检测器的高灵敏度高，即使是非常微弱的背反射也会被捕获和显示。镜子偏离 a 量会导致与原始视线偏离 2a 量。假设反射面和焦距的偏差量用f表示，则反射镜的偏差a量由关系式：a = x / 2 f决定。
图1 经典自准直仪系统光学原理图
从这个方程可以看出，测量镜角度偏差与仪器和反射面之间的距离无关。方位角和仰角的偏差可以由计算机以电子式计算来确定。此外，测试结果会清晰地显示在屏幕上。分辨率可达0.01弧秒。一般来说:f值越高，分辨率就越高，因此视场更小，反射信号更难获取。与体积较大且精度较低的光学自准直仪不同，电子方法在数据记录和计算机接口方面具有完全客观的优势，不像光学自准直仪体积大，精度低。在望远镜的应用中，当望远镜被校准到无穷大时，移动的角度a = x / f。
新型多功能自准直仪技术
新型的多功能自准直仪的概念是在传统的自准直仪技术上进行多光源、自动聚焦、快速CMOS传感器以及软件的升级，以满足现代高科技激光光学和机械应用。将多传感器集成到一个先进的自准直仪中，来执行复杂的校准或测量，解决了日常应用中的许多问题。例如电动聚焦、内置激光束轮廓分析、多个激光束并行表征、用于十字准线的多个照明波长以及高达 1,000 fps 的快速处理等功能最终形成了一款全新的仪器。该仪器将服务于激光生产、对准、汽车激光雷达、MEMS 反射镜、光纤、VCSEL 阵列的测量和表征等新应用（用于 3D 人脸识别）等等。
图2 多功能自准直仪技术示意图
如图2所示DUMA新型的多功能自准直仪中包括了RGB+IR光源，光束轮廓分析仪，电动聚焦和可调激光等功能。
实际应用
目前最先进的手机技术之一用于人脸识别3D传感模块，而该技术是基于VCSEL，其中多束激光指向用户的面部，并由第二个摄像头拍摄以创建3D识别模式。另外这种结构光和光飞时间也可以精确的应用于自动驾驶中来确定成像深度与3D成像。从测量的角度来说，我们需要检查机械安装表面或激光芯片表面在每个激光方向上的对齐情况。而这种混合自准直技术可以很好的实现这一目的。如图3所示,通过DUMA的多功能自准直仪搭建测量VCSEL芯片技术方案，通过在机械轴上放置一个镜子来调整自准直器和机械轴在同一水平线上。其次，利用光束剖面模式下的多功能自准直仪，可以确定VCSEL阵列相对于机械轴的位置，以及阵列中各激光器的投影角度。其测量效果如图4所示，可以清晰的测量出VESEL中每个激光光源间的间距，以及通过软件计算出每个激光光源的光束大小、位置和相对功率等参数。为了提高VCSEL芯片的可靠性和一致性，这种能提供一次性解决方案的多功能自准直仪是最佳的选择之一。
图3 测量VCSEL芯片方案示意图
(a) 多功能自准直仪软件中的VCSEL阵列
(b) 多功能自准直仪软件中VCSEL陈列的3D成像，显示相对功率