專利名稱：漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密儀器制造和精密測(cè)試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離高精度二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置和方法。
背景技術(shù)：
隨著測(cè)量技術(shù)的不斷改進(jìn)和提高，現(xiàn)代化高精度測(cè)量技術(shù)和方位瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)小角度的測(cè)量精度提出了越來越高的要求。光電自準(zhǔn)直儀在小角度精密測(cè)量，高精度瞄準(zhǔn)與定位方面有著不可替代的作用，可以作為測(cè)角儀、光學(xué)比較儀等光學(xué)計(jì)量?jī)x器的組成部分，也可單獨(dú)用于測(cè)量?jī)x器用于光學(xué)測(cè)量、航空航天儀器裝調(diào)和軍用飛行器姿態(tài)測(cè)量等方面。
在高精度小角度測(cè)量中，激光光束由于其良好的單一方向性、高亮度及高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，常被作為測(cè)量基準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于超精密加工設(shè)備及測(cè)量設(shè)備中，許多科研院所研制出采用激光光源和高精度CCD圖像傳感器測(cè)量二維角度的光電自準(zhǔn)直儀(1.吳秀麗.激光自準(zhǔn)直儀.光機(jī)電信息.1994年08期11-13；2.蔣本和，陳文毅，胡文斐，胡慶榮.用激光準(zhǔn)直及CCD檢測(cè)的小角度測(cè)量系統(tǒng).激光與紅外.1998，28(4)233-234+243；3.林玉池，張萍，趙美蓉，洪昕.野外使用的半導(dǎo)體激光自準(zhǔn)直儀.航空精密制造技術(shù).2001，37(3)35-37；4.張堯禹，張明慧，喬彥峰.一種高精度CCD激光自準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)的研究.光電子·激光.2003，14(2)168-170；5.馬福祿，張志利，周召發(fā).基于M型分劃絲的單線陣CCD直線度準(zhǔn)直儀.光學(xué)技術(shù).2002，28(3)224-225+227)。
對(duì)于測(cè)量不確定度優(yōu)于0.5″的光電自準(zhǔn)直儀，測(cè)量距離通常小于6m(1.武晉燮.幾何量精密測(cè)量技術(shù).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1989年9月；2.德國MLLER-WEDEL公司ELCOMAT vario雙軸自準(zhǔn)直儀中文操作手冊(cè).2004；3.中國船舶工業(yè)第6354研究所九江精密測(cè)試技術(shù)研究所SZY-99型數(shù)顯自準(zhǔn)直儀中文操作手冊(cè).2004；4.英國Taylor Hobson公司TA51，DA20，DA400型光學(xué)自準(zhǔn)直儀中文操作手冊(cè).2002)。在長(zhǎng)距離的應(yīng)用場(chǎng)合中，激光光束的角漂移量是光電自準(zhǔn)直儀測(cè)量誤差的主要來源。造成光束漂移的主要原因有(1)激光光源自身發(fā)熱導(dǎo)致諧振腔內(nèi)反射鏡變型引起的激光光束的角漂移；(2)由于激光光束回饋激光光源，進(jìn)而引起的諧振腔內(nèi)諧振不穩(wěn)定引起的激光光束的角漂移；(3)光束傳播途徑中的大氣氣流的隨機(jī)抖動(dòng)造成激光光束的隨機(jī)擾動(dòng)和大氣梯度折射率的變化引起的光線彎曲等。理論分析表明光線彎曲與距離的平方成正比，隨機(jī)抖動(dòng)與距離的1.5次方成正比。隨著距離的增大，光束傳播途徑中的大氣氣流的隨機(jī)抖動(dòng)造成激光光束的隨機(jī)擾動(dòng)和大氣梯度折射率的變化引起的光線彎曲的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過激光光源諧振腔內(nèi)反射鏡變型引起光束的角漂移，同時(shí)由于二維光電自準(zhǔn)直儀的高分辨率特性使得由于激光光束回饋激光光源進(jìn)而引起的激光光束的角漂移的影響不容忽略，因此提高準(zhǔn)直精度就更加困難。在長(zhǎng)距離激光準(zhǔn)直系統(tǒng)中，采用波帶片、位相板、二元光學(xué)器件、雙縫等產(chǎn)生的干涉和衍射條紋的空間連線作為基準(zhǔn)線，利用它們對(duì)漂移量不敏感這一特點(diǎn)，來達(dá)到準(zhǔn)直的目的，典型的方法有位相板衍射準(zhǔn)直法、二元光學(xué)準(zhǔn)直法、雙光束補(bǔ)償準(zhǔn)直法等，此類方法準(zhǔn)直精度一般在10-6rad，即0.2″量級(jí)左右。(1.萬德安.激光基準(zhǔn)高精度測(cè)量技術(shù).國防工業(yè)出版社.1999年6月；2.方仲彥，殷純永，梁晉文.高精度激光準(zhǔn)直技術(shù)的研究(一).航空計(jì)測(cè)技術(shù).1997，17(1)3-6；3.饒瑞中，王世鵬，劉曉春，龔知本.湍流大氣中激光束漂移的實(shí)驗(yàn)研究.中國激光.2000，27(11)1011-1015；4.楊友堂，曾理江，殷純永.自適應(yīng)除噪技術(shù)在激光準(zhǔn)直中的應(yīng)用研究.儀器儀表學(xué)報(bào).1995，16(4)370-374)。
在二維光電自準(zhǔn)直儀的數(shù)據(jù)采集處理中，由于光束漂移的影響，如果采用光斑中心定位方法則接收器接收的光斑中心隨光束漂移而漂移；如果采用輪廓中心定位方法，則由于光束漂移，接收器接收的光斑的能量中心和輪廓的幾何中心不重合引起輪廓中心的偏移，直接產(chǎn)生輪廓中心的定位偏差。如果不對(duì)該角漂移量進(jìn)行修正或補(bǔ)償，將直接反饋回小角度的測(cè)量結(jié)果引起的角度測(cè)量偏差，導(dǎo)致儀器數(shù)據(jù)重復(fù)性差，穩(wěn)定性不好，甚至使得光斑漂移到接收視場(chǎng)之外，影響儀器的正常工作。若要進(jìn)一步提高測(cè)量穩(wěn)定性和測(cè)量精度，僅僅依靠提高光束自身的準(zhǔn)直精度，無論是從現(xiàn)有技術(shù)還是工藝制造水平上都是難以實(shí)現(xiàn)的。
采用激光的偏振特性和閉環(huán)反饋控制技術(shù)，為避免激光光束回饋激光光源從而進(jìn)一步避免由此引起的測(cè)量光束的角漂移誤差，同時(shí)補(bǔ)償和修正在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量引起的角度測(cè)量偏差，實(shí)現(xiàn)高精度的小角度測(cè)量提供了一種有效的技術(shù)途徑。為了提高激光光束的方向穩(wěn)定性，目前許多國內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，提出了許多基于閉環(huán)反饋控制技術(shù)的激光準(zhǔn)直方法(1.趙維謙，譚久彬，馬洪文，鄒麗敏.漂移量反饋控制式激光準(zhǔn)直方法.光學(xué)學(xué)報(bào).2004，24(3)373-377；2.于達(dá)仁，張志強(qiáng)，徐基豫，蘇杰先.激光測(cè)量中干擾的光路自動(dòng)補(bǔ)償方法.儀器儀表學(xué)報(bào).2003，24(2)123-126；3.于殿泓，郭彥珍.提高激光準(zhǔn)直精度的一種方法.石油儀器.1999，13(6)18-20；4.李巖，孟祥旺，章恩耀.一種新型激光掃描式大工件孔-孔同軸度測(cè)量?jī)x.激光與紅外.2000，30(5)280-282)。
在實(shí)際應(yīng)用中可知上述測(cè)量方案雖然在一定程度上抑制了光束的角漂移量，但是上述測(cè)量方案僅僅針對(duì)的是特定的激光直線基準(zhǔn)的應(yīng)用場(chǎng)合，控制的對(duì)象是激光光束的中心位置。而在二維光電自準(zhǔn)直儀的實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在長(zhǎng)距離的應(yīng)用場(chǎng)合，要求在引入反饋控制測(cè)量光束的角漂移量的同時(shí)還能夠精確測(cè)量出二維小角度的變化量，同時(shí)由于二維光電自準(zhǔn)直儀的高分辨率特性使得由于激光光束回饋激光光源進(jìn)而引起的角漂移的影響不容忽略，難點(diǎn)是反饋控制的對(duì)象就是二維光電自準(zhǔn)直儀需要測(cè)量的二維小角度的變化量，控制的對(duì)象的未知性直接導(dǎo)致無法在二維光電自準(zhǔn)直儀的測(cè)量過程中引入反饋控制，同時(shí)由于激光光束回饋激光光源進(jìn)而引起的激光光束的角漂移量難以通過外部的閉環(huán)反饋控制技術(shù)消除。測(cè)量光束的角漂移量在測(cè)量過程中沒有消除，最后混合在測(cè)量結(jié)果中引起角度測(cè)量偏差，導(dǎo)致光電自準(zhǔn)直儀在長(zhǎng)距離的應(yīng)用中，測(cè)量穩(wěn)定性和重復(fù)性差，測(cè)量不確定度難以進(jìn)一步提高，大大限制了光電自準(zhǔn)直儀的應(yīng)用范圍，這也是當(dāng)前光電自準(zhǔn)直儀的實(shí)際應(yīng)用中未能解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有的光電自準(zhǔn)直儀測(cè)量方案中存在的不足，提供一種漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置和方法，二維光電自準(zhǔn)直光管采用偏振激光光源、偏振分光鏡和λ/4波片組合，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；分光式靶標(biāo)探測(cè)器在獲取其二維小角度變化量的測(cè)量信號(hào)的同時(shí)分離并反饋回與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，漂移量監(jiān)測(cè)裝置對(duì)其角漂移量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)根據(jù)其監(jiān)測(cè)得到的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，將測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向進(jìn)行調(diào)整，抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和抑制測(cè)量光束的角漂移量引起的角度測(cè)量誤差，監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)，對(duì)角漂移量的監(jiān)測(cè)靈敏度高，可顯著提高二維光電自準(zhǔn)直儀的測(cè)量距離、測(cè)量穩(wěn)定性和測(cè)量精度。
本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案是一種漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置，包括二維光電自準(zhǔn)直光管和計(jì)算機(jī)，還包括漂移量監(jiān)測(cè)裝置、分光式靶標(biāo)探測(cè)器和二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，所說的二維光電自準(zhǔn)直光管由依次放置的偏振激光光源、分劃板、偏振分光鏡、λ/4波片、CCD圖像傳感器和準(zhǔn)直物鏡構(gòu)成，其中分劃板位于準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)處，CCD圖像傳感器位于準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)的共軛位置處；所說的二維光束偏轉(zhuǎn)裝置由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源、壓電陶瓷位移器、二維微位移工作臺(tái)和偏轉(zhuǎn)反射鏡組成；二維光電自準(zhǔn)直光管中偏振激光光源、偏振分光鏡和λ/4波片組合，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光器進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；分光式靶標(biāo)探測(cè)器在獲取其二維小角度變化量的測(cè)量信號(hào)的同時(shí)分離并反饋回與測(cè)量光束特性完全相同的激光器固有的角漂移分量反饋光束，漂移量監(jiān)測(cè)裝置對(duì)角漂移分量反饋光束的角漂移量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)根據(jù)其監(jiān)測(cè)得到的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，將測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向進(jìn)行調(diào)整，抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量。
二維光電自準(zhǔn)直光管中的偏振激光光源采用發(fā)出線偏振的激光光束或圓偏振的激光光束的激光光源或激光光源裝置。
二維光電自準(zhǔn)直光管中的λ/4波片放置于偏振分光鏡與準(zhǔn)直物鏡之間或放置于準(zhǔn)直物鏡與分光式靶標(biāo)探測(cè)器之間。
分光式靶標(biāo)探測(cè)器由相對(duì)放置的兩個(gè)直角棱鏡固連組成，其中一個(gè)直角棱鏡的一個(gè)垂直工作表面鍍分光膜，測(cè)量光束由鍍分光膜的直角棱鏡的垂直工作表面入射。
漂移量監(jiān)測(cè)裝置由偏轉(zhuǎn)反射鏡、聚焦物鏡和四象限探測(cè)器固連組成，四象限探測(cè)器位于聚焦物鏡的焦平面處。
本發(fā)明還提供了漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置的測(cè)量方法，該測(cè)量方法包括以下步驟1.二維光電自準(zhǔn)直光管發(fā)出具有偏振特性的測(cè)量光束；2.分光式靶標(biāo)探測(cè)器接收測(cè)量光束并將其分離為反射光束和透射光束；3.反射光束獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度變化量后，經(jīng)過偏振分光鏡后完全反射，由CCD圖像傳感器接收，成為測(cè)量信號(hào)；4.透射光束分離出與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，反饋回漂移量監(jiān)測(cè)裝置，經(jīng)聚焦物鏡由四象限探測(cè)器接收，監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量ϵ=arctan(Δdf0)]]>其中ε為角漂移分量反饋光束的角漂移量，Δd為角漂移分量反饋光束的聚焦中心偏離四象限探測(cè)器的中心的位移量，f0為聚焦物鏡的焦距。
計(jì)算機(jī)根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，使測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向調(diào)整，調(diào)整量大小為φ＝ε其中φ為二維光束偏轉(zhuǎn)裝置對(duì)測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整量，ε為漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量。
按照步驟4和步驟5反復(fù)調(diào)整，實(shí)時(shí)抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量，由測(cè)量信號(hào)可精確測(cè)出分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度的變化量θ=d12f]]>這里θ為分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度的變化量，d1為測(cè)量信號(hào)在CCD圖像傳感器上形成的光斑中心位置的變化量，f為準(zhǔn)直物鏡的等效焦距。
本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和良好效果1.采用偏振分光鏡和λ/4波片組合的二維光電自準(zhǔn)直光管發(fā)出具有偏振特性的測(cè)量光束，獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度變化量后按原光路返回，由準(zhǔn)直物鏡會(huì)聚后，由激光的偏振特性知，經(jīng)過偏振分光鏡后測(cè)量光束完全反射，由CCD圖像傳感器接收，利用激光的偏振特性避免了測(cè)量光束回饋激光光源，進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量，這是區(qū)別于現(xiàn)有光電自準(zhǔn)直測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之一；2.采用新穎的分光式靶標(biāo)探測(cè)器改進(jìn)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，將測(cè)量光束的角漂移量從分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度變化量中分離出來，實(shí)時(shí)得到與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，由漂移量監(jiān)測(cè)裝置的四象限探測(cè)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量，這是區(qū)別于現(xiàn)有光電自準(zhǔn)直測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之二；3.在設(shè)計(jì)中，在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在光束中的角漂移量，光束的角漂移量在測(cè)量光束中和角漂移分量反饋光束中同時(shí)變化，計(jì)算機(jī)根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，使測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向進(jìn)行調(diào)整，可抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量，這是區(qū)別于現(xiàn)有光電自準(zhǔn)直測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之三；4.本設(shè)計(jì)方案在精確測(cè)量二維小角度變化量的同時(shí)引入了光的偏振技術(shù)和閉環(huán)反饋控制技術(shù)，在光路中加入偏振激光光源、偏振分光鏡、λ/4波片、分光式靶標(biāo)探測(cè)器、漂移量監(jiān)測(cè)裝置和二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，即可利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量，同時(shí)還可抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量；動(dòng)態(tài)抑制和補(bǔ)償測(cè)量光束的角漂移量引起的角度測(cè)量誤差，解決了長(zhǎng)距離應(yīng)用場(chǎng)合中由于光束的角漂移量引起的測(cè)量穩(wěn)定性差，甚至漂移出儀器接收視場(chǎng)的難題，在增大二維光電自準(zhǔn)直儀的測(cè)量距離的同時(shí)提高了測(cè)量穩(wěn)定性，滿足了長(zhǎng)距離高精度二維小角度測(cè)量的需要，且測(cè)量距離越長(zhǎng)，精度改善越顯著，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裝置中的分光式靶標(biāo)探測(cè)器獲取二維小角度變化量的同時(shí)分離得到與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中的漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)角漂移分量反饋光束的角漂移量的測(cè)量原理圖；圖4是本發(fā)明裝置中的二維光束偏轉(zhuǎn)裝置對(duì)測(cè)量光束的角漂移量進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明裝置中二維光電自準(zhǔn)直光管中λ/4波片放置于準(zhǔn)直物鏡與分光式靶標(biāo)探測(cè)器之間的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明裝置中的分光式靶標(biāo)探測(cè)器由相對(duì)放置的兩個(gè)直角棱鏡構(gòu)成，其中一個(gè)直角棱鏡的一個(gè)垂直工作表面鍍分光膜，測(cè)量光束由鍍分光膜的直角棱鏡的垂直工作表面入射的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置和方法進(jìn)行詳細(xì)描述如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括由偏振激光光源2、分劃板3、偏振分光鏡4、λ/4波片5、CCD圖像傳感器6、準(zhǔn)直物鏡7組成的二維光電自準(zhǔn)直光管1，由四象限探測(cè)器9、聚焦物鏡10和偏轉(zhuǎn)反射鏡11組成的漂移量監(jiān)測(cè)裝置8，分光式靶標(biāo)探測(cè)器12，計(jì)算機(jī)13，由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源14、壓電陶瓷位移器15、二維微位移工作臺(tái)16和偏轉(zhuǎn)反射鏡17組成的二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18等構(gòu)成。其光的路徑如下二維光電自準(zhǔn)直光管1的偏振激光光源2發(fā)出的偏振激光光束照亮位于準(zhǔn)直物鏡7的焦點(diǎn)處的分劃板3，經(jīng)過偏振分光鏡4透射后激光光束變?yōu)榫€偏振光P光，P光經(jīng)過放置在偏振分光鏡4和準(zhǔn)直物鏡7之間的λ/4波片5后P光的偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)45°變?yōu)閳A偏振光，經(jīng)準(zhǔn)直物鏡7會(huì)聚后變?yōu)槠叫袦?zhǔn)直的測(cè)量光束，經(jīng)過二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18反射后入射到放置在被測(cè)物上的分光式靶標(biāo)探測(cè)器12，分光式靶標(biāo)探測(cè)器12將入射光束分為兩束反射光束獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度變化后，經(jīng)過二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18反射，由準(zhǔn)直物鏡7會(huì)聚后，λ/4波片5使得圓偏振光的偏振方向再轉(zhuǎn)動(dòng)45°，變?yōu)榕cP光的偏振方向正交的線偏振光S光，由偏振特性知線偏振光S光再經(jīng)過偏振分光鏡4后完全反射，被CCD圖像傳感器6接收，成為測(cè)量信號(hào)，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源2，進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；透射光束成為與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，反饋回漂移量監(jiān)測(cè)裝置8，經(jīng)偏轉(zhuǎn)反射鏡11反射，聚焦物鏡10聚焦后由位于聚焦物鏡10的焦平面處的四象限探測(cè)器9接收，分離并監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量。計(jì)算機(jī)13根據(jù)監(jiān)測(cè)出的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，進(jìn)行測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整，使測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向調(diào)整，反復(fù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整的步驟，即可實(shí)時(shí)抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量。由圖1和圖2，并結(jié)合幾何光學(xué)和光學(xué)自準(zhǔn)直原理，通過測(cè)量信號(hào)可精確測(cè)出分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度的變化量θ=d12f]]>這里θ為分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度的變化量，d1為測(cè)量信號(hào)在CCD圖像傳感器6上形成的光斑中心位置的變化量，f為準(zhǔn)直物鏡7的等效焦距。
通過分光式靶標(biāo)探測(cè)器12獲取二維小角度變化量的同時(shí)分離得到與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，并由漂移量監(jiān)測(cè)裝置8對(duì)角漂移分量反饋光束的角漂移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的測(cè)量原理如圖2和圖3所示，漂移量監(jiān)測(cè)裝置8中監(jiān)測(cè)角漂移分量反饋光束的角漂移量的四象限探測(cè)器9的光敏面中心位于聚焦物鏡10的焦點(diǎn)處，當(dāng)測(cè)量光束產(chǎn)生角漂移量ε時(shí)，角漂移分量反饋光束聚焦于聚焦物鏡10的焦平面上并產(chǎn)生位移Δd，由此監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量為ϵ=arctan(Δdf0)]]>其中ε為角漂移分量反饋光束的角漂移量，Δd為角漂移分量反饋光束的聚焦中心偏離四象限探測(cè)器9的光敏面中心的位移量，f0為聚焦物鏡10的焦距。
二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18對(duì)測(cè)量光束的角漂移量進(jìn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，在閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)中，為了使二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18達(dá)到很高的驅(qū)動(dòng)分辨能力和驅(qū)動(dòng)精度，采用由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源14、壓電陶瓷位移器15、二維微位移工作臺(tái)16和偏轉(zhuǎn)反射鏡17組成的二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，計(jì)算機(jī)13根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，進(jìn)行測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整，調(diào)整量大小為φ＝ε其中φ為二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18對(duì)測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整量，ε為四象限探測(cè)器9監(jiān)測(cè)出的角漂移分量反饋光束的角漂移量；計(jì)算機(jī)13對(duì)測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向調(diào)整，二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18轉(zhuǎn)角分辨力優(yōu)于0.002″，轉(zhuǎn)角范圍大于2″，反復(fù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整的步驟，即可實(shí)時(shí)將在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量抑制在0.01″范圍內(nèi)，提高二維光電自準(zhǔn)直儀測(cè)量距離的同時(shí)保證了高精度的二維小角度測(cè)量。
參見圖5，本發(fā)明裝置中的二維光電自準(zhǔn)直光管1中λ/4波片5放置于準(zhǔn)直物鏡7與分光式靶標(biāo)探測(cè)器12之間。
參見圖6，本發(fā)明裝置中的分光式靶標(biāo)探測(cè)器12由相對(duì)放置的兩個(gè)直角棱鏡19和20構(gòu)成，其中一個(gè)直角棱鏡20的一個(gè)垂直工作表面鍍分光膜，測(cè)量光束由鍍分光膜的直角棱鏡20的垂直工作表面入射。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明所述的方法本發(fā)明還提供了漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置的測(cè)量方法，該測(cè)量方法包括以下步驟1.首先對(duì)二維光電自準(zhǔn)直光管1進(jìn)行調(diào)整，使得偏振激光光源2發(fā)出的偏振激光光束經(jīng)過偏振分光鏡4透射后激光光束變?yōu)榫€偏振光P光，然后對(duì)漂移量監(jiān)測(cè)裝置8進(jìn)行調(diào)整，保證四象限探測(cè)器9的光敏面中心位于聚焦物鏡10的焦點(diǎn)處，調(diào)整完畢后漂移量監(jiān)測(cè)裝置8應(yīng)與二維光電自準(zhǔn)直光管1固連，然后對(duì)二維光電自準(zhǔn)直光管1進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完畢后使用過程中偏振激光光源2和漂移量監(jiān)測(cè)裝置7不再調(diào)整；二維光電自準(zhǔn)直光管1的偏振激光光源2發(fā)出的激光光束，照亮位于準(zhǔn)直物鏡7的焦點(diǎn)處的分劃板3，經(jīng)過偏振分光鏡4透射后激光光束變?yōu)榫€偏振光P光，P光經(jīng)過放置在偏振分光鏡4和準(zhǔn)直物鏡7之間的λ/4波片5后P光的偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)45°變?yōu)閳A偏振光，經(jīng)準(zhǔn)直物鏡7會(huì)聚后變?yōu)槠叫袦?zhǔn)直的測(cè)量光束，經(jīng)過二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18反射后入射到放置在被測(cè)物上的分光式靶標(biāo)探測(cè)器12上；2.分光式靶標(biāo)探測(cè)器12接收測(cè)量光束并將其分離為反射光束和透射光束；3.反射光束獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度變化量后，經(jīng)過二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18反射，由準(zhǔn)直物鏡7會(huì)聚后，λ/4波片5使得圓偏振光的偏振方向再轉(zhuǎn)動(dòng)45°，變?yōu)榕cP光的偏振方向正交的線偏振光S光，由偏振特性知線偏振光S光再經(jīng)過偏振分光鏡4后完全反射，被CCD圖像傳感器6接收，成為測(cè)量信號(hào)，在CCD圖像傳感器5上形成的光斑中心位置的變化量為d1，同時(shí)利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源2，進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；
4.透射光束成為與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，反饋回漂移量監(jiān)測(cè)裝置8，經(jīng)聚焦物鏡10聚焦后由位于聚焦物鏡10的焦平面處的四象限探測(cè)器9接收，監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量。當(dāng)測(cè)量光束產(chǎn)生角漂移量ε時(shí)，角漂移分量反饋光束聚焦于聚焦物鏡10的焦平面上并產(chǎn)生位移Δd，由此監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量為ϵ=arctan(Δdf0)]]>其中ε為角漂移分量反饋光束的角漂移量，Δd為角漂移分量反饋光束的聚焦中心偏離四象限探測(cè)器9的中心的位移量，f0為聚焦物鏡10的焦距。
5.計(jì)算機(jī)13根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)出的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，為了使二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18達(dá)到很高的驅(qū)動(dòng)分辨能力和驅(qū)動(dòng)精度，采用由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源14、壓電陶瓷位移器15、二維微位移工作臺(tái)16和偏轉(zhuǎn)反射鏡17組成的二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，計(jì)算機(jī)13根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)出的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，進(jìn)行測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整，調(diào)整量大小為φ＝ε其中φ為二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18對(duì)測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整量，ε為漂移量監(jiān)測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量；6.按照步驟4和步驟5，計(jì)算機(jī)13對(duì)測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向調(diào)整，實(shí)時(shí)抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中測(cè)量光束的角漂移量，由圖1和圖2，并結(jié)合幾何光學(xué)和光學(xué)的自準(zhǔn)直原理，通過測(cè)量信號(hào)可精確測(cè)出分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度的變化量θ=d12f]]>這里θ為分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度的變化量，d1為測(cè)量信號(hào)在CCD圖像傳感器6上形成的光斑中心位置的變化量，f為準(zhǔn)直物鏡7的等效焦距。
可見，采用偏振激光光源2、偏振分光鏡4和λ/4波片5組合改進(jìn)的二維光電自準(zhǔn)直光管1發(fā)出具有偏振特性的測(cè)量光束，獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度變化量后，由激光的偏振特性知，經(jīng)過偏振分光鏡4后完全反射，由CCD圖像傳感器6接收，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源2進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；同時(shí)，采用新穎的分光式靶標(biāo)探測(cè)器12改進(jìn)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)并引入閉環(huán)反饋控制技術(shù)后，可保證通過分光式靶標(biāo)探測(cè)器12獲取二維小角度變化量的同時(shí)分離得到與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，并由漂移量監(jiān)測(cè)裝置8對(duì)角漂移分量反饋光束的角漂移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)13根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)出的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，使測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向進(jìn)行調(diào)整，實(shí)時(shí)抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量，即可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償測(cè)量光束的角漂移量引起的角度測(cè)量誤差，解決了長(zhǎng)距離應(yīng)用場(chǎng)合中由于測(cè)量光束的角漂移量引起的測(cè)量穩(wěn)定性差，甚至漂移出儀器的視場(chǎng)的難題，在增大二維光電自準(zhǔn)直儀的測(cè)量距離的同時(shí)提高了測(cè)量穩(wěn)定性，從而該測(cè)量方案實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離高精度的二維小角度測(cè)量。
實(shí)施例1如圖1所示的二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置，二維光電自準(zhǔn)直光管1中偏振激光光源2發(fā)出線偏振激光光束，λ/4波片5放置于偏振分光鏡4與準(zhǔn)直物鏡7之間；分光式靶標(biāo)探測(cè)器12如圖6所示，由相對(duì)放置的兩個(gè)直角棱鏡19和20構(gòu)成，其中一個(gè)直角棱鏡20的一個(gè)垂直工作表面鍍分光膜，測(cè)量光束由鍍分光膜的直角棱鏡20的垂直工作表面入射；漂移量監(jiān)測(cè)裝置8由偏轉(zhuǎn)反射鏡11、聚焦物鏡10和四象限探測(cè)器9固連組成。首先對(duì)二維光電自準(zhǔn)直光管1進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整偏振激光光源2發(fā)出的線偏振激光光束的偏振方向，使得偏振激光光源2發(fā)出的線偏振激光光束經(jīng)過偏振分光鏡4透射后激光光束變?yōu)榫€偏振光P光，對(duì)漂移量監(jiān)測(cè)裝置8進(jìn)行調(diào)整，保證四象限探測(cè)器9的光敏面中心位于聚焦物鏡10的焦點(diǎn)處，調(diào)整完畢后漂移量監(jiān)測(cè)裝置8應(yīng)與二維光電自準(zhǔn)直光管1固連，然后對(duì)二維光電自準(zhǔn)直光管1進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完畢后使用過程中偏振激光光源2和漂移量監(jiān)測(cè)裝置8不再調(diào)整；進(jìn)行測(cè)量時(shí)，二維光電自準(zhǔn)直光管1的偏振激光光源2發(fā)出的線偏振激光光束照亮位于準(zhǔn)直物鏡7的焦點(diǎn)處的分劃板3，經(jīng)過偏振分光鏡4透射后激光光束變?yōu)榫€偏振光P光，P光經(jīng)過放置在偏振分光鏡4和準(zhǔn)直物鏡7之間的λ/4波片5后P光的偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)45°變?yōu)閳A偏振光，經(jīng)準(zhǔn)直物鏡7會(huì)聚后變?yōu)槠叫袦?zhǔn)直的測(cè)量光束，經(jīng)過二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18反射后入射到放置在被測(cè)物上的分光式靶標(biāo)探測(cè)器12，分光式靶標(biāo)探測(cè)器12將入射光束分為兩束反射光束獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度變化后，經(jīng)過二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18反射，由準(zhǔn)直物鏡7會(huì)聚后，λ/4波片5使得圓偏振光的偏振方向再轉(zhuǎn)動(dòng)45°，變?yōu)榕cP光的偏振方向正交的線偏振光S光，由偏振特性知線偏振光S光再經(jīng)過偏振分光鏡4后完全反射，被CCD圖像傳感器6接收，成為測(cè)量信號(hào)，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源2，進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；透射光束成為與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，反饋回漂移量監(jiān)測(cè)裝置8，經(jīng)聚焦物鏡10聚焦后由位于聚焦物鏡10的焦平面處的四象限探測(cè)器9接收，監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量。當(dāng)測(cè)量光束產(chǎn)生角漂移量ε時(shí)，角漂移分量反饋光束聚焦于聚焦物鏡10的焦平面上并產(chǎn)生位移Δd，由此監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量為ϵ=arctan(Δdf0)]]>其中ε為角漂移分量反饋光束的角漂移量，Δd為角漂移分量反饋光束的聚焦中心偏離四象限探測(cè)器9的中心的位移量，f0為聚焦物鏡10的焦距。計(jì)算機(jī)13根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)出的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)反饋控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18，進(jìn)行測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整，調(diào)整量大小為φ＝ε其中φ為二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18對(duì)測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整量，ε為漂移量監(jiān)測(cè)裝置8監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量；計(jì)算機(jī)13對(duì)測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向調(diào)整，實(shí)時(shí)抑制和消除耦合在測(cè)量信號(hào)中的測(cè)量光束的角漂移量，由圖1和圖2，并結(jié)合幾何光學(xué)和光學(xué)的自準(zhǔn)直原理，通過測(cè)量信號(hào)可精確測(cè)出分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度的變化量
θ=d12f]]>這里θ為分光式靶標(biāo)探測(cè)器12的二維小角度的變化量，d1為測(cè)量信號(hào)在CCD圖像傳感器6上形成的光斑中心位置的變化量，f為準(zhǔn)直物鏡7的等效焦距。
本實(shí)施例中，二維光電自準(zhǔn)直光管1中的偏振激光光源2采用發(fā)出線偏振激光光束的激光光源，偏振分光鏡4的邊長(zhǎng)為12.7mm，λ/4波片5的直徑為Φ50mm；分光式靶標(biāo)探測(cè)器12由相對(duì)放置的邊長(zhǎng)為50mm的兩個(gè)直角棱鏡19和20構(gòu)成，其中一個(gè)直角棱鏡20的一個(gè)垂直工作表面鍍分光膜，測(cè)量光束由鍍分光膜的直角棱鏡20的垂直工作表面入射，所鍍的分光膜的分光比為T/R＝50/50@632.8nm；漂移量監(jiān)測(cè)裝置8由偏轉(zhuǎn)反射鏡11、聚焦物鏡10和四象限探測(cè)器9固連組成，四象限探測(cè)器9位于聚焦物鏡10的焦平面處。偏轉(zhuǎn)反射鏡11為平面反射鏡鍍高反射膜構(gòu)成，平面反射鏡直徑為Φ50mm，高反射膜反射率系數(shù)R≥99％@632.8nm；聚焦物鏡10的焦距為150mm，口徑為Φ50mm；四象限探測(cè)器9選用日本濱松公司的S1557型四象限探測(cè)器，單象限光敏面面積0.2mm2。二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源14、壓電陶瓷位移器15、二維微位移工作臺(tái)16和偏轉(zhuǎn)反射鏡17組成，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源14的主要技術(shù)參數(shù)為輸入電壓范圍為±6V，輸出電壓范圍為±600V，輸出電壓最小分辨力為0.226V，非線性誤差小于0.8％，穩(wěn)定性誤差小于0.01％；壓電陶瓷位移器15選用中國科學(xué)院成都光電所的可伸縮壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，伸縮范圍為-6μm～+6μm；二維微位移工作臺(tái)16采用無機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的二維柔性鉸鏈工作臺(tái)；偏轉(zhuǎn)反射鏡17為平面反射鏡鍍高反射膜構(gòu)成，平面反射鏡10直徑為Φ50mm，高反射膜反射率系數(shù)R≥99％@632.8nm，二維光束偏轉(zhuǎn)裝置18的轉(zhuǎn)角分辨力優(yōu)于0.002″，轉(zhuǎn)角范圍大于10″，反復(fù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整的步驟，即可實(shí)時(shí)將測(cè)量光束的角漂移量抑制在0.01″范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置在測(cè)量分辨力達(dá)到0.01″，測(cè)量距離為20m的情況下，測(cè)量穩(wěn)定性優(yōu)于0.04″/h，測(cè)量不確定度優(yōu)于0.04″，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離高精度二維小角度測(cè)量。
實(shí)施例2如圖1所示的二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置，這里，如圖5所示，二維光電自準(zhǔn)直光管1中偏振激光光源2發(fā)出線偏振激光光束，并且λ/4波片5放置于準(zhǔn)直物鏡7與分光式靶標(biāo)探測(cè)器12之間。本實(shí)施例的其他部件及工作原理均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3如圖1所示的二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置，這里，如圖7所示，二維光電自準(zhǔn)直光管1中偏振激光光源2發(fā)出圓偏振激光光束。本實(shí)施例的其他部件及工作原理均與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4如圖1所示的二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置，這里，漂移量監(jiān)測(cè)裝置8不加入偏轉(zhuǎn)反射鏡11，由聚焦物鏡10和四象限探測(cè)器9組成，四象限探測(cè)器9位于聚焦物鏡10的焦平面處。本實(shí)施例的其他部件及工作原理均與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置，包括二維光電自準(zhǔn)直光管和計(jì)算機(jī)，其特征在于還包括漂移量監(jiān)測(cè)裝置、分光式靶標(biāo)探測(cè)器和二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，所說的二維光電自準(zhǔn)直光管由依次放置的偏振激光光源、分劃板、偏振分光鏡、λ/4波片、CCD圖像傳感器和準(zhǔn)直物鏡構(gòu)成，其中分劃板位于準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)處，CCD圖像傳感器位于準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)的共軛位置處；所說的二維光束偏轉(zhuǎn)裝置由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源、壓電陶瓷位移器、二維微位移工作臺(tái)和偏轉(zhuǎn)反射鏡組成；二維光電自準(zhǔn)直光管中偏振激光光源、偏振分光鏡和λ/4波片組合，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光器進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；分光式靶標(biāo)探測(cè)器在獲取其二維小角度變化量的測(cè)量信號(hào)的同時(shí)分離并反饋回與測(cè)量光束特性完全相同的激光器固有的角漂移分量反饋光束，漂移量監(jiān)測(cè)裝置對(duì)角漂移分量反饋光束的角漂移量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)根據(jù)其監(jiān)測(cè)得到的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，將測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向進(jìn)行調(diào)整，抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的二維光電自準(zhǔn)直光管中的偏振激光光源采用發(fā)出線偏振的激光光束或圓偏振的激光光束的激光光源或激光光源裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的二維光電自準(zhǔn)直光管中的λ/4波片放置于準(zhǔn)直物鏡與分光式靶標(biāo)探測(cè)器之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的分光式靶標(biāo)探測(cè)器由相對(duì)放置的兩個(gè)直角棱鏡固連組成，其中一個(gè)直角棱鏡的一個(gè)垂直工作表面鍍分光膜，測(cè)量光束由鍍分光膜的直角棱鏡的垂直工作表面入射。
5.根據(jù)權(quán)力要求1-4中的任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所說的漂移量監(jiān)測(cè)裝置由偏轉(zhuǎn)反射鏡、聚焦物鏡和四象限探測(cè)器固連組成，四象限探測(cè)器位于聚焦物鏡的焦平面處。
6.一種漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置的測(cè)量方法，其特征在于所說的測(cè)量方法包括以下步驟(1).二維光電自準(zhǔn)直光管發(fā)出具有偏振特性的測(cè)量光束；(2).分光式靶標(biāo)探測(cè)器接收測(cè)量光束并將其分離為反射光束和透射光束；(3).反射光束獲取分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度變化量后，經(jīng)過偏振分光鏡后完全反射，由CCD圖像傳感器接收，成為測(cè)量信號(hào)；(4).透射光束分離出與測(cè)量光束特性完全相同的激光器固有的角漂移分量反饋光束，反饋回漂移量監(jiān)測(cè)裝置，經(jīng)聚焦物鏡由四象限探測(cè)器接收，監(jiān)測(cè)出角漂移分量反饋光束的角漂移量ϵ=arctan(Δdf0)]]>其中ε為角漂移分量反饋光束的角漂移量，Δd為角漂移分量反饋光束的聚焦中心偏離四象限探測(cè)器的中心的位移量，f0為聚焦物鏡的焦距；(5).計(jì)算機(jī)根據(jù)漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，使測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向調(diào)整，調(diào)整量大小為φ＝ε其中φ為二維光束偏轉(zhuǎn)裝置對(duì)測(cè)量光束的空間角度的調(diào)整量，ε為漂移量監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)得到的角漂移分量反饋光束的角漂移量；(6).按照步驟4和步驟5反復(fù)調(diào)整，實(shí)時(shí)抑制和消除耦合在測(cè)量光束中的角漂移量，由測(cè)量信號(hào)可精確測(cè)出分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度的變化量θ=d12f]]>這里θ為分光式靶標(biāo)探測(cè)器的二維小角度的變化量，d1為測(cè)量信號(hào)在CCD圖像傳感器上形成的光斑中心位置的變化量，f為準(zhǔn)直物鏡的等效焦距。
全文摘要
本發(fā)明屬于精密儀器制造和精密測(cè)試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種漂移量靶標(biāo)反饋的長(zhǎng)距離高精度二維偏振光電自準(zhǔn)直裝置和方法。二維光電自準(zhǔn)直光管采用偏振激光光源、偏振分光鏡和λ/4波片組合，利用激光的偏振特性避免測(cè)量光束回饋激光光源進(jìn)而避免測(cè)量光束進(jìn)一步的角漂移量；分光式靶標(biāo)探測(cè)器在獲取其二維小角度變化量的測(cè)量信號(hào)的同時(shí)分離并反饋回與測(cè)量光束特性完全相同的激光光源固有的角漂移分量反饋光束，漂移量監(jiān)測(cè)裝置對(duì)其角漂移量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)根據(jù)其監(jiān)測(cè)得到的角漂移量實(shí)時(shí)控制二維光束偏轉(zhuǎn)裝置，將測(cè)量光束按照角漂移量相反的方向進(jìn)行調(diào)整，抑制和消除在測(cè)量光束傳播途徑中耦合在測(cè)量光束中的角漂移量。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1760636SQ20051011726
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者譚久彬, 敖磊, 崔繼文, 金國良, 楊文國 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)