[发明专利]一种位移测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种位移测量系统及测量方法，其中系统部分包括光源、谐衍射Alvarez透镜组、针孔和光探测器；所述的谐衍射Alvarez透镜组，由面形互补的第一谐衍射Alvarez透镜和第二谐衍射Alvarez透镜组成，所述光源、第一谐衍射Alvarez透镜、第二谐衍射Alvarez透镜、针孔以及光探测器沿光轴方向依次布置；本发明提供的测量系统结构简单，仅几个器件结合光学知识就能实现位移的高精度测量，测量精度可达1.33nm。这对于高精度位移传感领域的应用来说，具有很重要的意义。

技术领域

本发明属于位移测量领域，具体涉及一种基于谐衍射Alvarez透镜变焦系统的位移测量系统及测量方法。

背景技术

现有技术中，测量位移的方式有很多，精确地测量微小位移时通常采用位移传感器。位移传感器还应用于物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量，在民用和军用领域有着广泛的应用前景。

现有技术中，位移传感器主要分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种位移测量系统及测量方法。

本发明提出了一种位移测量系统，包括光源、谐衍射Alvarez透镜组、针孔和光探测器；

所述的谐衍射Alvarez透镜组，由面形互补的第一谐衍射Alvarez透镜和第二谐衍射Alvarez透镜组成，所述光源、第一谐衍射Alvarez透镜、第二谐衍射Alvarez透镜、针孔以及光探测器沿光轴方向依次布置；

所述的第二谐衍射Alvarez透镜沿垂直于光轴方向移动，来调整所述谐衍射Alvarez透镜组焦距；

所述的针孔，用于透过所述谐衍射Alvarez透镜组射出会聚光；所述的光探测器，用于探测从所述针孔透过的光能量；

所述的谐衍射Alvarez透镜包含一个基面和一个工作面，第一谐衍射Alvarez透镜和第二谐衍射Alvarez透镜面形互补；

其中所述的每个谐衍射Alvarez透镜的工作面由Alvarez透镜切割得到；其中Alvarez透镜的表面多项式方程为：

其中A表示为多项式系数；

Alvarez透镜产生焦距f为：

2δ为两个Alvarez透镜之间的移动的距离，n为Alvarez透镜的材料折射率；

Alvarez透镜的相位差与光程差的关系是：

其中为相位差，λ为波长，Δδ为光程差；

将Alvarez透镜去除相位差为2π的整数m倍，剩余的部分便是光程差为2π的m倍的谐衍射Alvarez透镜组的工作面；m≥2；

所述的谐衍射Alvarez透镜组的基面满足光程差为2π的m倍。

作为优选，所述光源与谐衍射Alvarez透镜组之间设有准直透镜，用于将所述光源发射的发射光变成平行光后射出。

作为优选，所述光源为激光器或LED。

作为优选，将所述光探测器替换为光功率计。

一种位移测量系统的测量方法，包括以下步骤：

将被测对象固定在第二谐衍射Alvarez透镜的基面上，所述光源、准直透镜、第一谐衍射Alvarez透镜、第二谐衍射Alvarez透镜、针孔以及光探测器沿光轴方向依次布置；