CN110631510A - 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法 - Google Patents

一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110631510A
CN110631510A CN201910864475.8A CN201910864475A CN110631510A CN 110631510 A CN110631510 A CN 110631510A CN 201910864475 A CN201910864475 A CN 201910864475A CN 110631510 A CN110631510 A CN 110631510A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plane
collimating mirror
mirror
reflected
detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910864475.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110631510B (zh
Inventor
赵怀学
周艳
田留德
刘锴
潘亮
曹昆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Original Assignee
XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS filed Critical XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority to CN201910864475.8A priority Critical patent/CN110631510B/zh
Publication of CN110631510A publication Critical patent/CN110631510A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110631510B publication Critical patent/CN110631510B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法，解决现有测角装置测量精度较低的问题。该测角装置包括激光光源、会聚镜、缩束镜、分光棱镜、第一准直镜、第一平面反射镜、第二准直镜、第二平面反射镜、探测器和计算机；激光光源经会聚镜整形后，通过星点板入射至缩束镜，再经分光棱镜分为两路，一路被分光棱镜反射会聚于第一准直镜焦面；另一路被分光棱镜透射至第一平面反射镜，透射光经第一平面反射镜反射后，再次经分光棱镜反射至第二准直镜，反射光通过第二准直镜后入射至第二平面反射镜，经第二平面反射镜反射后，成像于第一准直镜焦面，第一平面波和第二平面波在探测器靶面干涉，计算机及与探测器连接。

Description

一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法
技术领域
本发明涉及高精度测角领域，具体涉及一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法。
背景技术
目前，传统光电自准直仪生产厂家多、型号也比较多。国内比较具有代表性的是天津大学研制的LDA803、中船九江6354所SZY-99Ⅱ型，测角精度均为1″，以上测角装置的原理基本都为自准直成像原理，即利用光学自准直原理，通过对目标像的位置判读，利用光学***正切原理实现小角度测量，但是，此类装置受像元分辨率、光学***畸变及自准直成像质量的影响，无法进一步提高或实现角秒以下高精度测试。因此，随着测角精度的要求越来越高，已有自准直仪已不能完全满足技术发展的要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有测角装置测量精度较低的问题，提供一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置，包括激光光源、会聚镜、缩束镜、分光棱镜、第一准直镜、第一平面反射镜、第二准直镜、第二平面反射镜、探测器和计算机；所述激光光源经会聚镜整形后，通过星点板入射至缩束镜，再经分光棱镜分为两路，一路被分光棱镜反射会聚于第一准直镜焦面，通过第一准直镜后转为第一平面波；另一路被分光棱镜透射至第一平面反射镜，透射光经第一平面反射镜反射后，再次经分光棱镜反射至第二准直镜，反射光通过第二准直镜后入射至第二平面反射镜，经第二平面反射镜反射后，成像于第一准直镜焦面，通过第一准直镜后转为第二平面波，第一平面波和第二平面波在探测器靶面干涉，计算机及与探测器连接，对干涉条纹进行处理得到第二平面反射镜与第二准直镜光轴的夹角。
进一步地，所述探测器为CCD或CMOS。
同时，本发明还提供了一种利用上述基于迈克尔逊结构的高精度测角装置的测角方法，包括以下步骤：
步骤一、探测器采集干涉条纹图像，得到干涉条纹宽度e；
步骤二、计算分光棱镜反射光路激光焦斑与透射光路焦斑的距离d；
d＝λ×f′×e
式中，e-干涉条纹宽度，λ-激光光源波长，f′-第一准直镜焦距；
步骤三、计算第二平面反射镜法线与第二准直镜光轴夹角取θ；
d＝fcol·tan(θ)
式中，fcol为第二准直镜焦距。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于光的干涉原理，通过分析干涉条纹的频谱信息，得到干涉条纹的宽度，再通过光学***正切定理，解算平面反射镜与准直光学***光轴的夹角，实现高精度角度测试。
附图说明
图1为本发明基于迈克尔逊结构的高精度测角装置示意图。
附图标记：1-激光光源，2-会聚镜，3-缩束镜，4-分光棱镜，5-第一准直镜，6-探测器，7-第一平面反射镜，8-第二准直镜，9-第二平面反射镜，10-计算机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
为了实现自准直仪高精度测角，本发明提供一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法。本发明装置及方法采用干涉原理，通过分析干涉条纹的频谱信息，得到干涉条纹的宽度，再通过光学***正切定理，解算平面反射镜与准直光学***光轴的夹角，实现高精度角度测试。
如图1所示，本发明基于迈克尔逊结构的高精度测角装置主要由激光光源1、会聚镜2、缩束镜3、分光棱镜4、第一准直镜5、第一平面反射镜7、第二准直镜8、第二平面反射镜9、探测器6和计算机10组成。激光光源1经过会聚镜2整形后，通过星点板入射至缩束镜3，经缩束镜3的出射光入射至分光棱镜4，被分光棱镜4分为两路，一路经分光棱镜4反射会聚于第一准直镜5焦面，通过第一准直镜5后转为第一平面波；另一路透过分光棱镜4入射至第一平面反射镜7，经第一平面反射镜7反射后，再次经分光棱镜4反射，反射光通过第二准直镜8入射至第二平面反射镜9，经第二平面反射镜9反射后，成像于第一准直镜5焦面，通过第一准直镜5后转为第二平面波，第一平面波和第二平面波在探测器6靶面干涉，利用计算机10对干涉条纹进行傅里叶变化，得到干涉条纹频谱和干涉条纹宽度，进而计算第二平面反射镜9与第二准直镜8光轴的夹角，实现高精度角度测试。假设第一准直镜5焦距为f′，第二准直镜8焦距为fcol，第二平面反射镜9法线与第二准直镜8光轴夹角取θ，计算分光棱镜4反射光路激光焦斑与透射光路焦斑的距离d：
d＝fcol·tan(θ)
进一步计算干涉条纹宽度，可得：
Figure BDA0002200828480000031
式中，e—干涉条纹宽度，λ—激光光源1波长；
实际高精度角度测试过程，采用上述公式解算，首先通过探测器6采集干涉条纹图像，对干涉条纹进行频谱分析，得到干涉条纹宽度；再次解算处分光棱镜4反射光路激光焦斑与透射光路焦斑的距离；最后解算处第二平面反射镜9法线与第二准直镜8光轴夹角取θ，完成高精度角度的测量。
基于上述过程，本发明提供了一种利用上述基于迈克尔逊结构的高精度测角装置的测角方法，包括以下步骤：
步骤一、探测器6采集干涉条纹图像，得到干涉条纹宽度e；
步骤二、计算分光棱镜4反射光路激光焦斑与透射光路焦斑的距离d；
d＝λ×f′×e
式中，e-干涉条纹宽度，λ-激光光源1波长，f′-第一准直镜5焦距；
步骤三、计算第二平面反射镜9法线与第二准直镜8光轴夹角取θ；
d＝fcol·tan(θ)
式中，fcol为第二准直镜8焦距。

Claims (3)

1.一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置，其特征在于：包括激光光源(1)、会聚镜(2)、缩束镜(3)、分光棱镜(4)、第一准直镜(5)、第一平面反射镜(7)、第二准直镜(8)、第二平面反射镜(9)、探测器(6)和计算机(10)；
所述激光光源(1)经会聚镜(2)整形后，通过星点板入射至缩束镜(3)，再经分光棱镜(4)分为两路，一路被分光棱镜(4)反射会聚于第一准直镜(5)焦面，通过第一准直镜(5)后转为第一平面波；另一路被分光棱镜(4)透射至第一平面反射镜(7)，透射光经第一平面反射镜(7)反射后，再次经分光棱镜(4)反射至第二准直镜(8)，反射光通过第二准直镜(8)后入射至第二平面反射镜(9)，经第二平面反射镜(9)反射后，成像于第一准直镜(5)焦面，通过第一准直镜(5)后转为第二平面波，第一平面波和第二平面波在探测器(6)靶面干涉，计算机(10)及与探测器(6)连接，对干涉条纹进行处理得到第二平面反射镜(9)与第二准直镜(8)光轴的夹角。
2.根据权利要求1所述的基于迈克尔逊结构的高精度测角装置，其特征在于：所述探测器(6)为CCD或CMOS。
3.一种利用权利要求1或2所述基于迈克尔逊结构的高精度测角装置的测角方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、探测器采集干涉条纹图像，得到干涉条纹宽度e；
步骤二、计算分光棱镜反射光路激光焦斑与透射光路焦斑的距离d；
d＝λ×f′×e
式中，e-干涉条纹宽度，λ-激光光源波长，f′-第一准直镜焦距；
步骤三、计算第二平面反射镜法线与第二准直镜光轴夹角取θ；
d＝fcol·tan(θ)
式中，fcol为第二准直镜焦距。
CN201910864475.8A 2019-09-12 2019-09-12 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法 Expired - Fee Related CN110631510B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910864475.8A CN110631510B (zh) 2019-09-12 2019-09-12 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910864475.8A CN110631510B (zh) 2019-09-12 2019-09-12 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110631510A true CN110631510A (zh) 2019-12-31
CN110631510B CN110631510B (zh) 2020-07-31

Family

ID=68971012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910864475.8A Expired - Fee Related CN110631510B (zh) 2019-09-12 2019-09-12 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110631510B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114858096A (zh) * 2022-05-19 2022-08-05 长春工业大学 一种水平光路传递测角仪及测量方法
CN116642413A (zh) * 2023-02-28 2023-08-25 华为技术有限公司 一种光学模块及光学设备

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH047814A (ja) * 1990-04-25 1992-01-13 Nikon Corp 位置合わせ方法及び装置
CN1551974A (zh) * 2001-08-06 2004-12-01 �ϰ���ѧ��ҵ���޹�˾ 利用投射干涉条纹及评价绝对相位映射的三维成像
CN101165454A (zh) * 2006-10-20 2008-04-23 富士能株式会社 干涉仪角度灵敏度校准方法
JP2009145051A (ja) * 2007-12-11 2009-07-02 Opcell Co Ltd オートコリメータ
CN101545762A (zh) * 2009-05-06 2009-09-30 湖北工业大学 基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置
CN102072710A (zh) * 2009-11-20 2011-05-25 上海微电子装备有限公司 角度光学测量装置及角度测量方法
CN102636963A (zh) * 2011-02-11 2012-08-15 Asml荷兰有限公司 检查设备和方法、光刻设备和处理单元、器件制造方法
CN203929036U (zh) * 2014-05-30 2014-11-05 湖北工业大学 一种利用无衍射光测量导轨四自由度运动误差的装置
CN105698710A (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 襄阳宏伟航空器有限责任公司 一种动态角度测量装置及其应用
CN107421472A (zh) * 2017-07-17 2017-12-01 哈尔滨理工大学 一种基于干涉条纹测量主轴倾角误差新算法
CN108020179A (zh) * 2017-12-28 2018-05-11 西安应用光学研究所 一种高精度角度测量装置及方法
CN108168425A (zh) * 2018-01-16 2018-06-15 许之敏 一种具有新型延时***的数字全息显微***

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH047814A (ja) * 1990-04-25 1992-01-13 Nikon Corp 位置合わせ方法及び装置
CN1551974A (zh) * 2001-08-06 2004-12-01 �ϰ���ѧ��ҵ���޹�˾ 利用投射干涉条纹及评价绝对相位映射的三维成像
CN101165454A (zh) * 2006-10-20 2008-04-23 富士能株式会社 干涉仪角度灵敏度校准方法
JP2009145051A (ja) * 2007-12-11 2009-07-02 Opcell Co Ltd オートコリメータ
CN101545762A (zh) * 2009-05-06 2009-09-30 湖北工业大学 基于干涉条纹形状的二维小角度测量装置
CN102072710A (zh) * 2009-11-20 2011-05-25 上海微电子装备有限公司 角度光学测量装置及角度测量方法
CN102636963A (zh) * 2011-02-11 2012-08-15 Asml荷兰有限公司 检查设备和方法、光刻设备和处理单元、器件制造方法
CN203929036U (zh) * 2014-05-30 2014-11-05 湖北工业大学 一种利用无衍射光测量导轨四自由度运动误差的装置
CN105698710A (zh) * 2016-01-28 2016-06-22 襄阳宏伟航空器有限责任公司 一种动态角度测量装置及其应用
CN107421472A (zh) * 2017-07-17 2017-12-01 哈尔滨理工大学 一种基于干涉条纹测量主轴倾角误差新算法
CN108020179A (zh) * 2017-12-28 2018-05-11 西安应用光学研究所 一种高精度角度测量装置及方法
CN108168425A (zh) * 2018-01-16 2018-06-15 许之敏 一种具有新型延时***的数字全息显微***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于冀平: "动态角测量方法研究进展", 《中国测试》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114858096A (zh) * 2022-05-19 2022-08-05 长春工业大学 一种水平光路传递测角仪及测量方法
CN114858096B (zh) * 2022-05-19 2023-05-23 长春工业大学 一种水平光路传递测角仪及测量方法
CN116642413A (zh) * 2023-02-28 2023-08-25 华为技术有限公司 一种光学模块及光学设备
CN116642413B (zh) * 2023-02-28 2024-03-01 华为技术有限公司 一种光学模块及光学设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN110631510B (zh) 2020-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109975820B (zh) 基于Linnik型干涉显微镜的同步偏振相移检焦***
CN102589416B (zh) 用于非球面测量的波长扫描干涉仪及方法
CN110017793B (zh) 一种双通道式抗振动干涉测量装置及方法
CN104154869B (zh) 白光干涉透镜中心厚度测量***及方法
US20130010286A1 (en) Method and device of differential confocal and interference measurement for multiple parameters of an element
CN106768280B (zh) 一种基于多波长无透镜傅里叶变换数字全息的振动检测装置
CN111751012B (zh) 动态高分辨光学波前相位测量方法
CN102147234A (zh) 激光三角测距传感器
CN110057543B (zh) 基于同轴干涉的波面测量装置
JP2009162539A (ja) 光波干渉測定装置
CN111650203A (zh) 一种微球内表面缺陷测量方法
CN110631510B (zh) 一种基于迈克尔逊结构的高精度测角装置及测角方法
CN108132026B (zh) 半导体中红外可见光双波长透射式干涉测试装置
CN111207844A (zh) 双侧多重平面倾斜波面干涉仪及其检测方法
CN112857592A (zh) 一种紧凑型激光波长测量装置及其测量方法
CN102889980A (zh) 一种基于光栅剪切干涉检测***的微透镜定焦检测方法
CN109580182B (zh) 基于布儒斯特定律的曲面光学元件折射率测量方法和装置
CN112097923B (zh) 一种简易的光学件波前测量方法
CN112097681A (zh) 基于散斑场相位恢复的复杂光学曲面面形误差检测方法
CN110926360B (zh) 一种全视场外差移相测量自由曲面的装置
CN109458959B (zh) 一种变倾角相移掠入射干涉仪测量装置及方法
CN100385224C (zh) 球面反射镜的双点源干涉检测方法及装置
CN114894123B (zh) 一种高精密光楔角度测量装置及其测量方法
CN112611548B (zh) 一种基于数字全息的透镜焦距测量装置及方法
CN112504164A (zh) 可动态测量平面光学元件面形的测量装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200731