遠離物體微位移測量裝置的製作方法

2023-12-01 00:02:11 3

專利名稱：遠離物體微位移測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及物體微位移(靈敏度為偏移0.001mm，傾斜1″量級)檢測裝置，特別是當兩個物體相距較遠(如1m以上)時的微位移測量裝置，屬光電測量儀器領域。
對於小型物體的微位移測量，可用「讀數顯微鏡」等常規儀器進行測量，但是如果兩個物體相距較遠時，如天文望遠鏡的主鏡與副鏡(或焦面)之間的距離可達2m以上，為了保證良好的光學質量，要求它們之間始終保持嚴格的同軸度(至於軸向位移則可用調焦方法很容易地加以校正，本申請不作討論)，允許誤差僅為百分之幾毫米(移動)和幾個角秒(轉角)，用常規測量儀器無法完成監測微位移及根據檢測結果進行實時校正，必須有一種測量裝置，能夠測量由於重力、風力、溫度等變化而引起的物體之間的微位移，且能夠將此裝置直接按裝於二個被測物體上(如天文望遠鏡的主、副鏡)，因此體積小、重量輕，精度高也是主要指標。
本實用新型的目的就是提供一種遠離物體微位移測量裝置，它由點光源與成像物鏡、球面鏡及平面鏡組成測量光路，由CCD器件得出測量結果。並將光源、成像物鏡及CCD附著在一個被測物體上(「固定體」，如天文望遠鏡之主鏡)，將球面鏡和平面鏡附著於另一個被測物體上(「移動體」，如天文望遠鏡之副鏡)，即構成本實用新型之測量裝置。這裡所說的「固定體」與「移動體」均為相對概念。
本實用新型由以下技術方案實現遠離物體微位移測量裝置，包括光源、光學元件及光信號讀數處理器組成的光路，其特徵是設置2條光路，一條為球面鏡光路，另一條為平面鏡光路，球面鏡光路由一點光源發出光經成像物鏡後獲得第一像點，再經球面鏡反射後再次成象於CCD器件上形成第二像點；平面鏡光路由另一點光源發出光經成像物鏡並通過一平面鏡反射成象於CCD器件上；將光路中的點光源、成像物鏡及CCD器件置於「固定體」上，球面鏡及平面鏡置於「活動體」上。二條光路中可分別設置各自的成像物鏡，二條光路也可設置一個共用的成像物鏡。二個點光源可位於同一方向，採用偏軸成像光路。二個點光源也可位於不同方向，採用同軸成像光路，此時需在光路中設置分光稜鏡。在光源與成象物鏡之間需設置一分光稜鏡；在球面鏡和平面鏡的反射光路上可設置另一分光稜鏡也可不設置分光稜鏡，但需採用球面鏡偏軸成象於CCD之結構。球面鏡與平面鏡為分離的獨立鏡或內心為球面，外圈為平面的迭合鏡。
以下結合附圖給出的實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型測量原理兼一種實施結構圖；圖2為本實用新型中共用物鏡的一種實施結構；圖3為本實用新型中共用物鏡的另一種實施結構。
參看圖1，球面鏡光路由固體雷射源1發出的光經成像物鏡2後，成像於3點，(此成像點可由光源與物鏡之間的物距調整得到合適位置)然後再經球面鏡4反射至CCD接收器上二次成像於5點；平面鏡光路由固體雷射源1』發生的光經成象物鏡2』後射向平面鏡6並反射至同一CCD接收器上成象於5』點(二條光路也可不用同一CCD器件)。將二個點光源1、1』及成像物鏡2、2』以及CCD接收器相對集中裝在「固定」的物體上形成一個部件(圖中虛線框A)，將球面鏡4和平面鏡6相對集中形成另一個部件(圖中虛線框B)裝在「活動」的物體上。當「活動」物體相對於「固定」物體有微小位移時，CCD上的兩上象點5及5』就會相應的移動，讀出後即可計算出位移量。
設成象物鏡到平面鏡和球面鏡之間的距離為L(即兩個被測物體間距離)。
則傾斜量Df＝2L·θ(Df為平面鏡光路中CCD象點移動量，θ為平面鏡傾斜角位移，以弧度表示)平移量Ds-Df＝[(2L/R)-1]·d(Ds為球面鏡光路中CCD象點移動量，其中包括了傾斜量Df，因此要扣除後才得到平移量。R為球面鏡曲率半徑，d為其橫向位移)可見，由於L值較大，Df及Ds值可明顯的得到放大。如以一天文望遠鏡主、副鏡為例，若取球面鏡光路中物距＝88mm，L＝2750mm，第一象點於物鏡後2454mm處，球面鏡曲率R＝500mm，則Ds-Df＝10d。平面鏡光路中物距＝86.3mm，Df＝5500θ。物鏡採用焦距f＝85mm的望遠鏡物鏡。
由於本裝置中象距L較長，且光路成象質量要求不高(只求象點「重心」坐標即可)，因此，在具體設置器件時，儘可能簡化結構，縮小尺寸。主要有以下幾種方式1.兩條光路共用一個成象物鏡，而分別調整點光源物距以滿足各自成象共軛距要求(如圖2、圖3實例)。2.採用「偏軸」成象，它在圖1中獲得的好處是二條分離的光路可共用一個CCD；而在圖2中獲得的好處是將兩個點光源饋入到共用物鏡時省去分光稜鏡。3.平面鏡和球面鏡可迭起來成為「同心結構」(二者法線可作適當偏離)，例如圖3中所示的同軸光路所用的方式，這是利用了在此位置二光束粗細不同的特點；對於偏軸光路(如圖1)也可採用此「同心結構」，只是二者法線偏離角要更大一些而已。4.對於共有CCD的所有情況，二光路在CCD上的象點可以重迭(或者距離很近)，這時只要使二光源輪流工作即可予以區分。圖2中，7及7』為2根光導纖維，圖3中8和9為二個分光稜鏡，其中分光稜鏡8是必須的，而分光稜鏡9可省去，但球面鏡必須採用偏軸成象於CCD上的光路結構。圖2及圖3中，其他標號含義同圖1。
本實用新型的優點及效果1.本裝置的測量精度可達0.001mm平移和1″轉角。
2.對於一定焦距的成象物鏡和球面鏡而言，本裝置可以通過調焦在較大範圍內適用於不同物距的情況，如更換不同焦距的成象物鏡和球面鏡，則可適用於更大範圍。
3.體積小、重量輕、精度高，可用於位移量實時校正或調整的閉環控制系統。
權利要求1.遠離物體微位移測量裝置，包括光源、光學元件及光信號讀數處理器組成的光路，其特徵是設置2條光路，一條為球面鏡光路，另一條為平面鏡光路，球面鏡光路由一點光源發出光經成像物鏡後獲得第一像點，再經球面鏡反射後再次成象於CCD器件上形成第二像點；平面鏡光路由另一點光源發出光經成像物鏡並通過一平面鏡反射成象於CCD器件上；將光路中的點光源、成像物鏡及CCD器件置於「固定體」上，球面鏡及平面鏡置於「活動體」上。
2.根據權利要求1所述的遠離物體微位移測量裝置，其特徵是二條光路中分別設置各自的成像物鏡。
3.根據權利要求1所述的遠離物體微位移測量裝置，其特徵是二條光路設置一個共用的成像物鏡。
4.根據權利要求3所述的遠離物體微位移測量裝置，其特徵是二個點光源位於同一方向，採用偏軸成像光路。
5.根據權利要求3所述的遠離物體微位移測量裝置，其特徵是二個點光源位於不同方向，採用同軸成像光路，此時需在光路中設置分光稜鏡。
6.根據權利要求5所述的遠離物體微位移測量裝置，其特徵是在光源與成象物鏡之間設置一分光稜鏡；在球面鏡和平面鏡的反射光路上設置另一分光稜鏡或不設置分光稜鏡，採用球面鏡偏軸成象於CCD之結構。
7.根據權利要求1-6中任一權利要求所述的遠離物體微位移測量裝置，其特徵是球面鏡與平面鏡為分離的獨立鏡或內心為球面，外圈為平面的迭合鏡。
專利摘要遠離物體微位移測量裝置,包括光源、光學元件及光信號讀數處理器組成的光路,其特徵是設置2條光路,一條為球面鏡光路,另一條為平面鏡光路,球面鏡光路由一點光源發出光經成像物鏡後獲得第一像點,再經球面鏡反射後再次成象於CCD器件上形成第二像點;平面鏡光路由另一點光源發出光經成像物鏡並通過一平面鏡反射成象於CCD器件上;將光路中的點光源、成像物鏡及CCD器件置於「固定體」上,球面鏡及平面鏡置於「活動體」上。
文檔編號G01C3/00GK2515653SQ01244750
公開日2002年10月9日 申請日期2001年7月11日 優先權日2001年7月11日
發明者胡企千, 王永, 周遵源, 倪厚坤, 文新榮 申請人:中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所, 中國科學院南京天文儀器研製中心