CN105043265A - 一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，包括激光源、固定平面反射镜、分光镜、干涉测量光电探测器、移动反射镜，所述激光源包括至少两个激光源单元，每个所述激光源单元各自射出一束激光束，各个所述激光源单元射出激光束的波长各不相等。在本申请中由于采用多个独立的激光源单元组成激光源，使得激光源的结构简单，设计难度低，降低了其制造和使用维护成本，同时本发明采用光电检测装置获取移动反射镜的粗测距离，提高了测量效率。

Description

一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪

技术领域

本发明涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪。

背景技术

激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量***应用非常广泛：精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测；精密仪器中的定位检测***如精密机械的控制、校正；大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测***；微小尺寸的测量等。在大多数激光干涉测长***中，都采用了迈克尔逊干涉仪或类似的光路结构。

激光干涉测距存在的主要问题是测量光路在测量过程中必须处于干涉状态，测量原理属于增量式相对距离测量。在干涉光路断光的情况下无法继续测量。为改变激光干涉仪这一弊端，开发出来激光绝对测距仪，该类仪器通常采用多波长激光束进行干涉测量，利用小数重合理论实现绝对测距。多波长绝对测距与传统双频激光干涉仪之间最大的不同之处在于，被测距离的相位改变是由多个波长同时决定，因此产生了一个由它们的合成波长绝对的相位差，整个测量过程就是等效于由这个更大的测量波长完成。

而当前激光干涉绝对测距仪主要研究方向是如何选择合适光源组成合成波长链、高精度的相位测量，这对于解决激光干涉测距仪实际应用没有实质性的帮助。其原因在于：为保证多波长测量过程中一束激光同时包含两个甚至多个波长的激光，需要对激光源采用复杂设计以实现多谱线激光源，如此使得目前的激光干涉绝对测距仪，由于激光源设计难度大，而导致其存在结构复杂，制造和使用维护成本高等问题，不便于推广和运用。

所以，目前亟需一种结构简单，制造和使用维护成本低的激光干涉绝对测距仪。

发明内容

本发明的目的在于针对目前激光干涉绝对测距仪存在的激光源设计难度大，而导致其存在结构复杂，制造和使用维护成本高等问题，不便于推广和运用的不足，提供一种结构简单，制造和使用维护成本低的激光干涉绝对测距仪。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，包括激光源、固定平面反射镜、分光镜、干涉测量光电探测器、移动反射镜，所述激光源包括至少两个激光源单元，每个所述激光源单元各自射出一束激光束，各个所述激光源单元射出激光束的波长各不相等。

本申请的多光源多波长激光干涉绝对测距仪，就单独其中一个激光源单元而言，其射出的激光束首先射向分光镜，在分光镜处分为两束激光束，其中一束激光束射向固定平面反射镜，经固定平面反射镜反射后再射向分光镜，另一束激光束经分光镜透射后射向移动反射镜，经移动反射镜反射后再次射向分光镜，并在分光镜处与另一束激光束发生干涉形成干涉激光束后射向干涉测量光电探测器，如此，在干涉测量光电探测器处探测到每个激光源单元对应光路的干涉状态，即干涉相位，同时采用其他光路对移动反射镜的初始距离进行测量，通过干涉测量光电探测器检测到的干涉相位以及移动反射镜的初始距离进行计算得到移动反射镜绝对距离。由于采用了上述结构，即采用多个独立的激光源单元组成激光源，使得激光源的结构简单，设计难度低，降低了其制造和使用维护成本。

作为本申请的优选方案，所述新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪还包括有用于测量所述移动反射镜初始位置的PSD组（位置敏感探测器，后续简称PSD组），所述激光源还包括有与所述PSD组相对应的初始位置测量激光源单元，所述移动反射镜上还包括有与所述PSD组和初始位置测量激光源单元相对应的初始位置反射面。在本申请的绝对位置测距仪结构中，通过设置PSD组、初始位置测量激光源单元和初始位置反射面，测量过程中，初始位置测量激光源单元发出激光束射向初始位置反射面，经初始位置反射面反射后射向PSD组，以此直接测量出移动反射镜的初始距离，而传统结构的绝对距离检测仪，需要通过其它仪器实现距离初值的测量，测量效率较低，所以进一步的提高了测量效率。

作为本申请的进一步优选方案，所述PSD组为至少两组，所述初始位置测量激光源单元和初始位置反射面的数量与所述PSD组的数量相同。初始位置测量激光源单元、初始位置反射面的数量、所述PSD组之间一一对应，即通过多组PSD组、初始位置测量激光源单元、初始位置反射面对初始位置进行测量，提高测量的精度。

作为本申请的进一步优选方案，所述移动反射镜呈棱台状。将移动反射镜设置为棱台状，棱台的其中一底面作为与分光镜相配合的反射面，其中一个或者几个侧面作为初始位置反射面，使得与分光镜相配合的反射面和初始位置反射面之间结构稳定统一，方便本申请测距仪的调整和使用。

作为本申请的进一步优选方案，所述PSD组为一维PSD组。

作为本申请的另一优选方案，所述PSD组为二维PSD组。采用二维PSD组不仅可以实现一位PSD组的测量功能，还可以检测移动反射镜绕入射激光束的旋转角。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用多个独立的激光源单元组成激光源，使得激光源的结构简单，设计难度低，降低了其制造和使用维护成本。

本申请其他优选方式的有益效果：

本申请的新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，可以直接测量出移动反射镜的初始距离，进一步的提高了测量效率。

附图说明：

图1为本发明测距仪结构的光路示意图；

图2为图1中移动反射镜移动一定位移后的光路示意图；

图3为移动反射镜的结构示意图，

图中标记：

1-激光源，2-固定平面反射镜，3-分光镜，4-干涉测量光电探测器，5-移动反射镜，6-激光源单元，7-PSD组，8-初始位置测量激光源单元，9-初始位置反射面。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

如图所示，一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，包括激光源1、固定平面反射镜2、分光镜3、干涉测量光电探测器4、移动反射镜5，所述激光源1包括至少两个激光源单元6，每个所述激光源单元6各自射出一束激光束，各个所述激光源单元6射出激光束的波长各不相等。

本申请的多光源多波长激光干涉绝对测距仪，就单独其中一个激光源单元而言，其射出的激光束首先射向分光镜3，在分光镜3处分为两束激光束，其中一束激光束射向固定平面反射镜2，经固定平面反射镜2反射后再射向分光镜3，另一束激光束经分光镜3透射后射向移动反射镜5，经移动反射镜5反射后再次射向分光镜3，并在分光镜3处与另一束激光束发生干涉形成干涉激光束后射向干涉测量光电探测器4，如此，在干涉测量光电探测器4处探测到每个激光源单元6对应光路的干涉状态，即干涉相位，同时采用其他光路对移动反射镜5的初始距离进行测量，通过干涉测量光电探测器4检测到的干涉相位以及移动反射镜5的初始距离进行计算得到移动反射镜5绝对距离。由于采用了上述结构，即采用多个独立的激光源单元6组成激光源1，使得激光源1的结构简单，设计难度低，降低了其制造和使用维护成本，提高测量效率。

作为本实施例的优选方案，所述新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪还包括有用于测量所述移动反射镜5初始位置的PSD组7（位置敏感探测器，后续简称PSD组），所述激光源1还包括有与所述PSD组7相对应的初始位置测量激光源单元8，所述移动反射镜5上还包括有与所述PSD组7和初始位置测量激光源单元8相对应的初始位置反射面9。在本实施例的绝对位置测距仪结构中，通过设置PSD组7、初始位置测量激光源单元8和初始位置反射面9，测量过程中，初始位置测量激光源单元8发出激光束射向初始位置反射面9，经初始位置反射面9反射后射向PSD组7，以此直接测量出移动反射镜5的初始距离，而传统结构的绝对距离检测仪，是需要通过其它仪器实现距离初值的测量，测量效率较低，所以本实施例的测距仪进一步的提高了测量效率。

作为实施例的进一步优选方案，所述PSD组7为至少两组，所述初始位置测量激光源单元8和初始位置反射面9的数量与所述PSD组7的数量相同。初始位置测量激光源单元8、初始位置反射面9的数量、所述PSD组7之间一一对应，即通过多组PSD组7、初始位置测量激光源单元8、初始位置反射面9对初始位置进行测量，提高测量的精度。

作为本实施例的进一步优选方案，所述移动反射镜5呈棱台状。将移动反射镜5设置为棱台状，棱台的其中一底面作为与分光镜3相配合的反射面，棱台的其中一个或者几个侧面作为初始位置反射面9，使得与分光镜3相配合的反射面和初始位置反射面9之间结构稳定统一，方便本申请测距仪的调整和使用。

作为本实施例的进一步优选方案，所述PSD组7为一维PSD组。

作为本实施例的另一优选方案，所述PSD组7为二维PSD组。采用二维PSD组不仅可以实现一位PSD组的测量功能，还可以检测移动反射镜绕入射激光束的旋转角。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，包括激光源、固定平面反射镜、分光镜、干涉测量光电探测器、移动反射镜，其特征在于，所述激光源包括至少两个激光源单元，每个所述激光源单元各自射出一束激光束，各个所述激光源单元射出激光束的波长各不相等。

2.根据权利要求1所述的新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，其特征在于，还包括有用于测量所述移动反射镜初始位置的PSD组，所述激光源还包括有与所述PSD组相对应的初始位置测量激光源单元，所述移动反射镜上还包括有与所述PSD组和初始位置测量激光源单元相对应的初始位置反射面。

3.根据权利要求2所述的新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，其特征在于，所述PSD组为至少两组，所述初始位置测量激光源单元和初始位置反射面的数量与所述PSD组的数量相同。

4.根据权利要求2所述的新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，其特征在于，移动反射镜呈棱台状。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，其特征在于，所述PSD组为一维PSD组。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的新型多光源多波长激光干涉绝对测距仪，其特征在于，所述PSD组为二维PSD组。