[發明專利]亞微米量級的高精度探測系統及位置角度探測方法

在審

• 申請號: 201810371395.4
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108955626A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 申景詩;呼夏苗;曹長慶;吳曉鵬;馮喆珺;曾曉東;王婷;陳堃
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01C15/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種亞微米量級的探測系統，包括：光路單元(1)、探測單元(2)和信息處理單元(3)，其特征在于：

所述的光路單元(1)，包括透鏡(11)、分光棱鏡(12)和3個直角棱鏡(13，14，15)；

所述的探測單元(2)，包括位置探測芯片PSD_B(21)和角度探測芯片PSD_A(22)；

所述分光棱鏡(12)和位置探測芯片PSD_B(21)位于透鏡(11)的焦平面上，即位于透鏡后175mm處，角度探測芯片PSD_A(22)位于透鏡(11)之后的83.5mm位置處；

激光經過透鏡(11)打在分光棱鏡(12)上分成兩束，一束反射到位置探測芯片PSD_B(21)，另一束透過分光棱鏡(12)到達第一直角棱鏡(13)后，再依次全反射到第二直角棱鏡(14)和第三直角棱鏡(15)，到達角度探測芯片PSD_A(22)。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，信息處理單元(3)包括：

數據采集模塊(31)，用于采集位置探測芯片PSD_B(21)和角度探測芯片PSD_A(22)電極上的電壓值；

數據處理模塊(32)，用于將采集數據模塊里采集到的電壓值計算得到位置和角度值；

數據顯示模塊(33)，用于將處理數據模塊中計算得到的位置和角度值顯示在上位機的程序頁面上。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，分光棱鏡(12)選用反射率為50％的半反半透棱鏡；三個直角棱鏡(13，14，15)選用反射率為99.99％的全反射棱鏡。

4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，角度探測芯片PSD_A(22)和位置探測芯片PSD_B(21)的尺寸包括：2mm×2mm，4mm×4mm，9mm×9mm，12mm×12mm這些規格中的任意一種。

5.一種利用權利要求書所述系統進行位置和角度探測的方法，包括如下步驟：

1)用632.8nm的紅光半導體激光器的光束準直照射到焦距為175mm的透鏡上，通過分光棱鏡之后分成兩束：一束反射到位置探測芯片PSD_B，另一束透過到達第一直角棱鏡，到達第一直角棱鏡的光全反射到第二直角棱鏡，再經過第三直角棱鏡全反射到角度探測芯片PSD_A；

2)收集模擬光源照射到位置探測芯片PSD_B上四個電極的電壓值V_X1、V_X2、V_Y1、V_Y1，由此計算光束的水平方向位置B_x和豎直方向位置B_y；

3)收集光束照射到位置探測芯片PSD_A上四個電極的電壓值V_X′₁、V_X′₂、V_Y′₁、V_Y′₁，并根據系統中透鏡的焦距計算光束的水平方向夾角A_x和豎直方向夾角A_y；

4)在上位機上編程實現位置坐標B_x，B_y和角度值A_x和A_y的實時顯示。