[發明專利]一種在線監測光柵三維角度擾動的方法和系統

有效

• 申請號: 201210435355.4
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102937513A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 李朝陽;戴亞平;王韜;馬偉新;朱儉;徐光
• 申請（專利權）人: 上海激光等離子體研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 周濤

1.一種在線監測光柵三維角度擾動的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

第一步，建立針對待監測光柵的監測光路，該監測光路包括有監測光源、擴束器、第一分光鏡、第二分光鏡和角錐，監測光源經擴束器入射至第一分光鏡分為第一反射光和第一透射光，第一反射光垂直入射至待監測光柵面，第一透射光入射到第二分光鏡分為第二反射光和第二透射光，第二反射光利特羅角入射到待監測光柵面，第二透射光入射至角錐；

第二步，建立遠場探測單元，該遠場探測單元包括有聚焦透鏡、顯微物鏡和電荷耦合元件（CCD），該顯微物鏡的物面處于聚焦透鏡的焦點位置，焦點成像在所述的電荷耦合元件（CCD）上；

第三步，采集光柵三維角度擾動信息，入射角錐的第二透射光經角錐反射，反射光依原路返回，經第二分光鏡透射和第一分光鏡反射進入至所述的遠場探測單元；垂直入射的第一反射光經待監測光柵反射，反射光依原路返回，經第一分光鏡透射進入至所述的遠場探測單元；利特羅角入射的第二反射光經待監測光柵衍射，衍射光依原路返回，經第二分光鏡反射和第一分光鏡反射進入至所述的遠場探測單元；?

第四步，光柵三維角度擾動監測，在遠場探測單元的電荷耦合元件上，入射角錐光形成為第一遠場焦斑，垂直入射光形成為第二遠場焦斑，利特羅角入射光形成為第三遠場焦斑，監測光路搭建完成，第一遠場焦斑、第二遠場焦斑和第三遠場焦斑的初始位置重疊，以第一遠場焦斑的位置為基準零位，若第二遠場焦斑和第三遠場焦斑偏離基準零位，則第二遠場焦斑和第三遠場焦斑的橫向偏離量（S1）反映待監測光柵方位角擾動，第二遠場焦斑的縱向偏移量（S2）反映待監測光柵俯仰角擾動，第三遠場焦斑的縱向偏移量（S3）反映待監測光柵俯仰角和面內角擾動；?

第五步，光柵三維角度擾動計算，基于第四步中的三個偏移量（S1、S2、S3）通過如下公式來獲得待監測光柵三維角度的擾動情況，即方位角θ_tilt，俯仰角θ_tip和面內角θ_rot：

其中，M為顯微物鏡的倍率，f為聚焦透鏡的焦距，k_tip?為俯仰角在利特羅角入射下對縱向偏移的影響系數，k_rot為面內角在利特羅角入射下對縱向偏移的影響系數，若待監測光柵的光柵常數為1740g/mm，監測光源波長為632.8nm，則影響系數k_tip和k_rot分別為1.6696和1.1011。

2.一種用于在線監測光柵三維角度擾動的監測系統，其特征在于，該系統包括有監測光源、擴束器、第一分光鏡、第二分光鏡、角錐、聚焦透鏡、顯微物鏡，電荷耦合元件（CCD）和計算模塊；所述的監測光源、擴束器、第一分光鏡、第二分光鏡和角錐組成對于待監測光柵的監測光路，該監測光路中的監測光源經擴束器入射至第一分光鏡分為第一反射光和第一透射光，第一反射光垂直入射至待監測光柵面，第一透射光入射到第二分光鏡分為第二反射光和第二透射光，第二反射光利特羅角入射到待監測光柵面，第二透射光入射至角錐；所述的聚焦透鏡、顯微物鏡和電荷耦合元件（CCD）組成遠場探測單元，所述顯微物鏡的物面處于聚焦透鏡的焦點位置，焦點成像在所述的電荷耦合元件（CCD）上；在所述的電荷耦合元件（CCD）上，入射角錐光形成第一遠場焦斑，垂直入射光形成第二遠場焦斑，利特羅角入射光形成第三遠場焦斑，所述計算模塊對采集的三個遠場焦斑的相對偏移量計算以得出待監測光柵的三維角度擾動。

3.根據權利要求2所述的一種用于在線監測光柵三維角度擾動的監測系統，其特征在于，所述第一遠場焦斑，第二遠場焦斑和第三遠場焦斑的初始位置重疊，以第一遠場焦斑的位置為基準零位，若第二遠場焦斑和第三遠場焦斑偏離基準零位，則第二遠場焦斑和第三遠場焦斑的橫向偏離量（S1）反映待監測光柵方位角擾動，第二遠場焦斑的縱向偏移量（S2）反映待監測光柵俯仰角擾動，第三遠場焦斑的縱向偏移量（S3）反映待監測光柵俯仰角和面內角擾動。