多自由度测量系统

摘要

本发明公开了一种纳米级精度的多自由度测量系统，将微型迈克尔逊干涉仪、自准直仪、自动恒功率电路及波长补偿系统整合在一起，作为一整体测量系统来感测测量反射镜的位移和二维角度，自动恒功率电路可以保证多自由度测量系统在较大温度范围内使用，且通过自动恒功率电路及波长补偿系统对激光器波长值进行实时修正，保证了测量的准确性。本发明采用激光二极管作为光源的设计，不仅使系统具有结构简单、低成本、高精度的特点，而且整体尺寸大大缩小，适于作为短行程纳米级精度定位平台的传感器系统。

主权项

多自由度测量系统，其特征在于：包括微型迈克尔逊干涉仪部分、波长补偿部分、自动恒功率电路部分、自准直仪部分，其中：所述微型迈克尔逊干涉仪包括半导体激光器，半导体激光器前方激光出射光路上设置有第一分光镜，第一分光镜左侧镜面处紧贴设置有第一1/4波片，第一分光镜前侧镜面处紧设置有第二1/4波片，第一分光镜右侧设置有第二分光镜，且第一、第二分光镜之间设置有第三1/4波片，第二分光镜右侧紧贴设置有第三分光镜，第二分光镜后侧紧贴设置有第四分光镜，所述第三分光镜的前侧镜面处紧贴设置有第一光电感测器，第三分光镜的右侧镜面处紧贴设置有第二光电感测器，所述第四分光镜的右侧镜面处紧贴设置有第三光电感测器，第四分光镜的后侧镜面处紧贴设置有第四光电感测器，所述第一分光镜左侧间隔一定距离设置有第五分光镜，第五分光镜正后方设置有参考反射镜，第一分光镜前方设置有第六分光镜，第六分光镜前方设置有测量反射镜；半导体激光器发射出的准直光经过第一分光镜后分成被第一分光镜反射和透射的两路准直光，其中一路由第一分光镜反射的准直光依次经过第一1/4波片、部分被第五分光镜反射后入射至参考反射镜，经过参考反射镜反射后再被第五分光镜反射并沿原路返回至第一分光镜，另一路由第一分光镜透射的准直光依次经过第二1/4波片、部分透射过第六分光镜后入射至测量反射镜，经过测量反射镜反射后再部分透射过第六分光镜并沿原路返回至第一分光镜，参考反射镜返回的光束经过第一分光镜透射后、测量反射镜返回的光束经过第一分光镜反射后再分别经过第三1/4波片并入射至第二分光镜，部分返回光束被第二分光镜透射至第三分光镜，经第三分光镜反射、透射后分别入射至第一光电感测器、第二光电感测器，其余部分返回光束被第二分光镜反射至第四分光镜，经第四分光镜反射、透射后分别入射至第三光电感测器、第四光电感测器；所述波长补偿部分包括间隔一定距离设置在第五分光镜左侧的透射式光栅，透射式光栅左前方设置有转折光路反射镜，转折光路反射镜前方依次设置有第一聚焦透镜、第一四象限光电探测器；半导体激光器出射的由第一分光镜反射的准直光依次经过第一1/4波片、部分透射过第五分光镜后入射至透射式光栅，经过透射式光栅形成的一级衍射光经过转折光路反射镜转折反射后，再经过第一聚焦透镜入射至第一四象限光电探测器；所述自动恒功率部分包括间隔一定距离设置在透射式光栅左侧的第五光电探测器，经过透射式光栅形成的零级光栅入射至第五光电探测器；所述自准直仪部分包括间隔一定距离设置在第六分光镜右侧的第二聚焦透镜，第二聚焦透镜右侧间隔一定距离设置有第二四象限光电探测器；测量反射镜返回的光束被第六分光镜部分反射至第二聚焦透镜，经过第二聚焦透镜后入射至第二四象限光电探测器。