[发明专利]一种位移测量光学系统

说明书

本发明公开了一种位移测量光学系统，该光学系统包括：光源，偏振分光棱镜，直角反射棱镜，第一菲涅尔棱体，第二菲涅尔棱体，参考反射镜，测量反射镜组和光电探测器；所述直角反射棱镜设置在偏振分光棱镜的反射光路上；所述第一菲涅尔棱体设置在直角反射棱镜的反射光路上；所述参考反射镜设置在第一菲涅尔棱体的透射光路上；所述第二菲涅尔棱体设置在偏振分光棱镜的透射光路上；所述测量反射镜组设置在第二菲涅尔棱体的透射光路上；所述光电探测器将经过所述偏振分光棱镜耦合后出射的光束进行探测，并计算得到所述线偏振光的光程位移量。该位移测量光学系统可减少环境因素对测量结果的影响。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，特别涉及一种长量程精密位移测量光学系统。

背景技术

从目前国内外的研究现状和最新成果来看，在纳米级的长量程精密位移测量应用中，应用较多的是光栅位移测量和差频激光干涉仪位移测量，但是长量程精密位移测量要求光栅线数高、长度大，此类光栅刻制困难，体现在测长上就是测量分辨率与量程的矛盾，而且测量精度与光栅的制造精度有直接的关系，受光栅加工工艺的影响比较大。差频激光干涉仪测量具有高分辨率、高精度、高测速、长行程以及多通道等显著特点，是长量程精密位移测量的最佳选择，然而激光干涉类位移测量仪器的缺点是对环境条件要求高，环境因素对激光干涉测量系统有相当大影响，实验室条件下，如果不进行环境因素的相关补偿，其带来的误差至少在±2.68ppm，对于长量程精密位移测量来说是不能忽视的。目前国内外许多产品是用温度、气压、湿度传感器测出相应参数，用Edlen公式计算出折射率和波长值，再与干涉仪测量信号并行输入信号处理系统实现空气折射率补偿，此种补偿方式的测量精度可达到±0.03ppm，然而由于测量仪器和方法的限制，对于长量程精密位移测量特别是运动的工作部件的精密测量来说无法准确检测整个位移区域的环境参数，无法实现对环境的精确补偿。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种位移测量光学系统，所述位移测量光学系统包括：光源，偏振分光棱镜，直角反射棱镜，第一菲涅尔棱体，第二菲涅尔棱体，参考反射镜，测量反射镜组和光电探测器；

所述光源用于产生线偏振光，所述线偏振光包括：

第一偏振光，所述第一偏振光的光频率为f1；

第二偏振光，所述第二偏振光的光频率为f2；

所述偏振分光棱镜，用于接收所述第一偏振光和第二偏振光，将所述第一偏振光反射至所述直角反射棱镜，将所述第二偏振光透射至所述第二菲涅尔棱体；

所述直角反射棱镜，设置在所述偏振分光棱镜的反射光路上，并对入射光进行反射；

所述第一菲涅尔棱体，设置在所述直角反射棱镜的反射光路上，并对入射光进行透射；

所述参考反射镜，设置在所述第一菲涅尔棱体的透射光路上，并可对经过所述第一菲涅尔棱体透射的光进行反射；

所述第二菲涅尔棱体，设置在所述偏振分光棱镜的透射光路上，并可对入射光进行透射；

所述测量反射镜组，设置在所述第二菲涅尔棱体的透射光路上，并可对经过所述第二菲涅尔棱体透射的光进行反射；

所述光电探测器，将经过所述偏振分光棱镜耦合后出射的光束进行探测，并计算得到所述线偏振光的光程位移量。

优选地，所述参考反射镜的位置固定，所述测量反射镜组与被测运动部件连接；所述测量反射镜组包括测量反射镜和补偿反射镜；所述参考反射镜与所述测量反射镜之间的距离为测量臂，所述参考反射镜与所述补偿反射镜之间的距离为补偿臂。

优选地，所述偏振分光棱镜为宽带偏振分光棱镜。