[發明專利]一種位移測量光學系統

有效

• 申請號: 201811329268.4
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109520428B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 巴音賀希格;劉兆武;李文昊;李曉天;宋瑩;姜珊;王瑋;李爍;呂強
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 44316 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 曹衛良

本發明公開了一種位移測量光學系統，該光學系統包括：光源，偏振分光棱鏡，直角反射棱鏡，第一菲涅爾棱體，第二菲涅爾棱體，參考反射鏡，測量反射鏡組和光電探測器；所述直角反射棱鏡設置在偏振分光棱鏡的反射光路上；所述第一菲涅爾棱體設置在直角反射棱鏡的反射光路上；所述參考反射鏡設置在第一菲涅爾棱體的透射光路上；所述第二菲涅爾棱體設置在偏振分光棱鏡的透射光路上；所述測量反射鏡組設置在第二菲涅爾棱體的透射光路上；所述光電探測器將經過所述偏振分光棱鏡耦合后出射的光束進行探測，并計算得到所述線偏振光的光程位移量。該位移測量光學系統可減少環境因素對測量結果的影響。

技術領域

本發明涉及精密測量技術領域，特別涉及一種長量程精密位移測量光學系統。

背景技術

從目前國內外的研究現狀和最新成果來看，在納米級的長量程精密位移測量應用中，應用較多的是光柵位移測量和差頻激光干涉儀位移測量，但是長量程精密位移測量要求光柵線數高、長度大，此類光柵刻制困難，體現在測長上就是測量分辨率與量程的矛盾，而且測量精度與光柵的制造精度有直接的關系，受光柵加工工藝的影響比較大。差頻激光干涉儀測量具有高分辨率、高精度、高測速、長行程以及多通道等顯著特點，是長量程精密位移測量的最佳選擇，然而激光干涉類位移測量儀器的缺點是對環境條件要求高，環境因素對激光干涉測量系統有相當大影響，實驗室條件下，如果不進行環境因素的相關補償，其帶來的誤差至少在±2.68ppm，對于長量程精密位移測量來說是不能忽視的。目前國內外許多產品是用溫度、氣壓、濕度傳感器測出相應參數，用Edlen公式計算出折射率和波長值，再與干涉儀測量信號并行輸入信號處理系統實現空氣折射率補償，此種補償方式的測量精度可達到±0.03ppm，然而由于測量儀器和方法的限制，對于長量程精密位移測量特別是運動的工作部件的精密測量來說無法準確檢測整個位移區域的環境參數，無法實現對環境的精確補償。

發明內容

本發明旨在克服現有技術存在的缺陷，本發明采用以下技術方案：

本發明提供了一種位移測量光學系統，所述位移測量光學系統包括：光源，偏振分光棱鏡，直角反射棱鏡，第一菲涅爾棱體，第二菲涅爾棱體，參考反射鏡，測量反射鏡組和光電探測器；

所述光源用于產生線偏振光，所述線偏振光包括：

第一偏振光，所述第一偏振光的光頻率為f1；

第二偏振光，所述第二偏振光的光頻率為f2；

所述偏振分光棱鏡，用于接收所述第一偏振光和第二偏振光，將所述第一偏振光反射至所述直角反射棱鏡，將所述第二偏振光透射至所述第二菲涅爾棱體；

所述直角反射棱鏡，設置在所述偏振分光棱鏡的反射光路上，并對入射光進行反射；

所述第一菲涅爾棱體，設置在所述直角反射棱鏡的反射光路上，并對入射光進行透射；

所述參考反射鏡，設置在所述第一菲涅爾棱體的透射光路上，并可對經過所述第一菲涅爾棱體透射的光進行反射；

所述第二菲涅爾棱體，設置在所述偏振分光棱鏡的透射光路上，并可對入射光進行透射；

所述測量反射鏡組，設置在所述第二菲涅爾棱體的透射光路上，并可對經過所述第二菲涅爾棱體透射的光進行反射；

所述光電探測器，將經過所述偏振分光棱鏡耦合后出射的光束進行探測，并計算得到所述線偏振光的光程位移量。

優選地，所述參考反射鏡的位置固定，所述測量反射鏡組與被測運動部件連接；所述測量反射鏡組包括測量反射鏡和補償反射鏡；所述參考反射鏡與所述測量反射鏡之間的距離為測量臂，所述參考反射鏡與所述補償反射鏡之間的距離為補償臂。

優選地，所述偏振分光棱鏡為寬帶偏振分光棱鏡。