CN102176087B - 偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法与装置，属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域，本发明为克服已有方法与装置中的不足，实现高精度光电自准直角度测量。本发明的基于探测器组合靶标的共光路漂移量监测分离装置利用激光的线偏振特性，并将偏振分光镜、分光式靶标探测器、1/2波片及45°反射镜组合形成探测器组合靶标，在获取二维角度变化量测量光束的同时分离出与测量光束共光路传输的参考光束；控制器根据参考光束反映的漂移量实时控制二维光束偏转装置，抑制耦合在测量光束中的漂移量，实现二维角度变化量的精密测量。实现该方法的装置包括：二维光电自准直光管、基于探测器组合靶标的共光路漂移量监测分离装置、控制器以及二维光束偏转装置。

Description

偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法与装置

技术领域

本发明涉及一种偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法与装置，属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域。

背景技术

随着精密制造加工技术以及测量技术的不断发展，对二维小角度的测量精度提出越来越高的要求。光电自准直角度测量方法广泛用于小角度测量、高精度角度标校、平板的平面度测量、轴系的角晃动测量、导轨的直线度测量、转台位置不确定度等测量领域，是机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等部门必备的常规测量仪器。

激光由于其单色性好、能量密度高的优点，常将其应用在远距离高精度角度测量中，已有许多单位研制出基于激光光源的高精度光电自准直仪(1.林玉池，张萍，赵美蓉，洪昕.野外使用的半导体激光自准直仪.航空精密制造技术，2001，37(3)：35-37；2.马福禄，张志利，周召发.基于M型分划丝的单线阵CCD直线度准直仪.光学技术，2002，28(3)：224-225；3.张尧禹，张明慧，乔彦峰.一种高精度CCD激光自准直测量系统的研究.光电子·激光，2003，14(2)：168-170)，具有测量距离远、灵敏度高的优点，但由于自准直光束的漂移，限制了最终测量不确定度的提高。

目前大部分光电自准直仪的测量不确定度均在0.5″以上，仅有少数能够达到0.5″以下，并且对于测量不确定度优于0.5″的光电自准直仪，测量距离通常小于6m(1.张继友，范天泉，曹学东.光电自准直仪研究现状与展望.计量技术，2004.7：27-29；2.英国TaylorHobson公司的TA51，DA20，DA400型自准直仪操作手册.2002；3.德国MOLLER-WEDEL公司的ELCOMAT vario双轴自准直仪中文操作手册.2004；4.中国船舶工业第6354研究所九江精密测试技术研究所SZY-99型数显自准直仪中文操作手册.2004)。光电自准直仪中光束的漂移是制约测量不确定度的最主要因素，并且测量距离越远漂移量越大，测量不确定度难以得到保证。自准直仪中光束的漂移主要来源于：(1)照明光源出射光强度和方向不稳定引起的漂移；(2)光束传播路径中大气湍流随机抖动引起的漂移；(3)大气梯度折射率的变化引起光线弯曲造成测量结果的漂移。(1.方仲彦，殷纯永，梁晋文.高精度激光准直技术的研究(一).航空计测技术.1997，17(1)：3-6；2.万德安.激光基准高精度测量技术.国防工业出版社.1999，6：58-78；3.党敏，冯其波.提高激光准直精度的途径.光子技术.2006，4(14)：190-193；4.胡新和，杨博雄.半导体激光准直仪及其激光束漂移补偿研究.光学与光电技术.2007，5(3)：25-27)。

抑制或补偿自准直光束的漂移是提高光电自准直仪测量精度的关键，目前抑制或补偿光束漂移量的方法主要有：

(1)利用波带片、位相板、二元光学器件或双缝等产生的衍射或干涉条纹的空间连线对漂移量不敏感的特点，来达到精密测量的目的。如采用波带片在光源和波带片中心连线的某一位置上出现一明亮的十字线，通过调节激光器与波带片之间的可调焦望远镜，可将十字亮线成像在光轴的不同的位置上，将这一光轴作为准直测量中的基准线，由于十字亮线是衍射干涉的结果，故具有较好的抗干扰性，获得了±1×10^-7rad(即0.04″)的准直精度(张善锺，于瀛浩，张之江.直线度平面度测量技术.中国计量出版社，1997：79-81)。但这种方法需要通过不断调整调焦望远镜使十字亮线沿光轴移动，无法实现实时补偿，限制了该方法的应用。

Richard F等人采用的泊松线法，利用平面波照明一个不透明球体，通过衍射的作用在球体后产生一条亮线即泊松线，该亮线垂直于入射平面波并且其反向延长线通过球体中心，利用该泊松线作为测量的基准直线，具有一定的抗干扰能力(Richard F.Schenz et al.Development of an extended straightness measurement reference.UCRL-99540，DE90006781)。但该方法中入射平面波的方向变化会直接影响测量结果。

Hao Q等人采用位相板衍射准直法，利用位相板衍射得到的中心暗线作为准直基准，当入射光波是平行平面波且方向确定时，如果入射光波平移，衍射得到的中心暗线和衍射图样的空间位置保持不变，达到了抑制激光器光束漂移的效果，可达到10^-6rad(即0.2″)的准直精度(Hao Q，Li D C.High-accuracy long distance alignment using single-mode opticalfiber and phase plate.Optics and Laser Technology，2002.34：287-292)。但该方法无法抑制入射光波的角漂移。

(2)采用双光路补偿的方法

清华大学刘兴占等人提出的对称双光束法，采用一定的光路将出射光束分为两束，当入射光束方向发生漂移时，两出射光束的方向分别向相反的方向变化，而这两束光的对称中心线保持不变，从而可以抑制漂移的影响，达到了1.8×10^-6rad(即0.37″)的准直精度(刘兴占，梁晋文，陈博一等.双光束补偿准直系统.计量技术，1999.1：12-15)。该方法中对称双光束的产成需要经过多次反射和折射，对各光学元件的安装精度和加工精度要求较高，并且该方法中两光束的传输路径不重合，使得两光路中光束特性不完全一致，对传输路径中产生的漂移进行补偿的效果不佳。

北京交通大学匡萃方等人提出一种共路补偿系统，将出射的激光束通过角锥棱镜平行返回，经过分光镜分成两束分别作为测量信号和补偿信号，补偿空气扰动带来的附加位置误差(匡萃方，冯其波，刘斌等.一种共路补偿激光漂移的直线度测量方法.光电工程，2005.32(4)：32-34)。该方法中能够实时补偿空气扰动带来的角度漂移，但由于角锥棱镜的逆向反射特性，使得该方法仅适用于直线度测量，难以应用于角度测量。

北京交通大学由凤玲等人提出一种可实时监测光线漂移的角度误差测量方法，采用分光镜与角锥棱镜作为移动单元，分光镜将入射光束分为反射光束和透射光束，反射光作为测量光束，透射光经角锥棱镜后原路返回作为补偿光束，可获得光束在测量过程中的角漂移，从而进行实时补偿，提高测量精度(由凤玲，张斌，冯其波.一种基于光线漂移补偿的导轨角度误差测量方法.北京交通大学学报，2009.33(6)：5-8)。该方法中测量光束与补偿光束在返回的过程中不共路，补偿光束不能完全表征测量光束的漂移情况，补偿效果不佳。

(3)采用闭环反馈控制的方法

采用闭环反馈控制的方式提高激光光束的方向稳定性，为消除或补偿由光束漂移造成的角度测量偏差，实现高精度的小角度测量提供了一种有效的技术途径。

西安理工大学于殿泓等人采用闭环反馈法抑制光束漂移，由反馈系统接收光束漂移信号，并驱动执行机构对激光束的方向角进行二维调整，实现对光束漂移量的实时修正，达到了5×10^-7rad(即：0.1″)的精度(于殿泓，郭彦珍.提高激光准直精度的一种方法.石油仪器，1999.12：18-20)。但该方法仅用于提高激光光线的方向性，无法应用于角度测量。

申请人在2004年提出的漂移量反馈控制式补偿系统，实时动态分离检测和控制激光光束的平漂和角漂，实现了特定方向上角漂移量0.6×10^-7rad(即：0.01″)的高稳定性(赵维谦，谭久彬，马洪文等.漂移量反馈控制式激光准直方法.光学学报，2004.24(3)：373-377)。但只能用于特定方向上的准直，漂移量监测和补偿的速度较低，无法应用于小角度测量等应用场合。

申请人在2005年申请的发明专利“漂移量靶标反馈控制的长距离二维光电自准直装置和方法”(授权号：ZL200510089852.3)中，提出采用一种分光式靶标探测器，在获取二维小角度变化量的同时分离并反馈回与测量光束特性完全相同的角漂移量反馈光束，通过监测反馈光束所反映的角漂移量实时控制二维光束偏转装置，抑制耦合在测量信号中的角漂移量，在增大二维光电自准直仪测量距离的同时提高了测量稳定性。该方法中由于测量光束和反馈光束在返回过程中未共路传输，经过了不同的传播路径，反馈光束不能完全反映测量光束中耦合的角漂移量，并且测量距离越大不一致性越严重，从而反馈控制系统不能对测量光束的漂移量进行有效的抑制，制约了最终角度测量精度的提高。

综上，现有的方法和装置中均存在以下不足：

(1)利用波带片、位相板、二元光学器件或双缝等产生的衍射或干涉条纹的空间连线进行准直的方法中，对入射光源的方向性要求较高，无法抑制入射光源角漂移的影响，入射光源的角漂移直接导致准直基线的漂移，并且对传输路径中空气扰动的抑制能力有限；

(2)采用双光路补偿的方法中，对称双光束的产生比较困难，并且双光路中测量光束与参考光束的传输路径不重合，使得两光路中光束特性不完全一致，参考光束不能完全反映测量光束的漂移，补偿的效果不佳；

(3)采用闭环反馈控制的方式中，大多采用闭环反馈提高激光光线特定方向上的稳定性，难以应用于自准直角度测量，并且参考光束与测量光束无法做到共光路传输，从而参考光束与测量光束的特性不完全一致，使得补偿的效果不佳，制约了最终角度测量精度的提高。

发明内容

本发明目的是为了克服上述已有方法与装置中的不足，实现高精度光电自准直角度测量，提供了一种偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法与装置。

本发明所述偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法包括以下步骤：

步骤一、将激光光源发出的一束线偏振光束经分划板、分光镜和准直物镜后形成准直光束并发射；

步骤二、所述准直光束经二维光束偏转装置反射后，入射至第一偏振分光镜，该第一偏振分光镜将入射光束全部透射，透射后的光束入射至分光式靶标探测器，所述分光式靶标探测器将该光束分离出反射光束和透射光束；

步骤三、步骤二获取的反射光束作为测量光束，所述测量光束获取了分光式靶标探测器的二维角度变化量，所述测量光束再次经第一偏振分光镜透射后按原光路返回，直到入射至分光镜，并经该分光镜反射后入射至第二偏振分光镜，经该第二偏振分光镜透射的光束由第一光电位置传感器接收，该第一光电位置传感器输出的信号作为测量信号输出给控制器；

步骤四、步骤二获取的透射光束作为参考光束，所述参考光束获取了光束漂移量信息，所述参考光束透过1/2波片后，再经45°放置的反射镜改变方向后，入射至第一偏振分光镜，经第一偏振分光镜反射后的光束经二维光束偏转装置反射后由准直物镜会聚，会聚后的光束经该分光镜反射后入射至第二偏振分光镜反射，经该第二偏振分光镜反射后由第二光电位置传感器接收，该第二光电位置传感器输出的位置信号作为光束漂移量参考信号输出给控制器，由控制器计算出光束漂移量；

光束漂移量ε按下式获取：

$\mathrm{\ϵ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ref}}}{f}\right),$

其中：Δd_ref为相邻两个采样周期的参考光束在第二光电位置传感器上形成光斑的位置差，f为准直物镜的焦距。

步骤五、控制器根据接收的光束漂移量参考信号来实时控制二维光束偏转装置转动，将测量光束和参考光束同时向漂移量相反的方向进行偏转，同时根据接收到的测量信号计算出分光式靶标探测器随被测物偏转的角度，实现二维光电自准直角度测量。

二维光束偏转装置对光束空间角度的调整量φ为：φ＝ε。

分光式靶标探测器随被测物偏转的角度θ按如下公式获取：

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δ}{d}_m}{f}\right),$

其中：Δd_m为相邻两个采样周期的测量光束在第一光电位置传感器上形成光斑的位置差。

偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直装置：它包括二维光电自准直光管、基于探测器组合靶标的漂移量监测分离装置、二维光束偏转装置、分光式靶标探测器和控制器，

二维光电自准直光管：包括激光光源、分划板、分光镜、第一光电位置传感器和准直物镜；

基于探测器组合靶标的漂移量监测分离装置：包括第一偏振分光镜、反射镜、1/2波片、分光式靶标探测器、第二偏振分光镜和第二光电位置传感器；第一偏振分光镜、反射镜、1/2波片和分光式靶标探测器固化封装为一个探测器组合靶标，所述分光式靶标探测器的镀分光膜面正对第一偏振分光镜的透射光出射面，所述分光式靶标探测器的未镀膜面正对反射镜，所述反射镜与分光式靶标探测器的出射面之间呈45°放置，所述反射镜与第一偏振分光镜的反射光出射面呈45°放置，分光式靶标探测器的未镀膜面与反射镜之间设置有1/2波片，所述探测器组合靶标用于随被测物一起转动来实现测量，所述探测器组合靶标在获取二维角度变化量测量信号的同时分离出参考光束，所述参考光束与测量光束特性相同、且共光路传输；

第二偏振分光镜用于接收分光镜的反射光束；

第一光电位置传感器设置在第二偏振分光镜的透射光束出射方向的准直物镜的焦面上，第二光电位置传感器设置在第二偏振分光镜的反射光束出射方向的准直物镜的焦面上，

控制器接收第一光电位置传感器和第二光电位置传感器反馈的信号，控制器输出控制信号用于控制二维光束偏转装置的旋转。

本发明的优点：

(1).本发明中利用了激光光束的线偏振特性，使二维光电自准直光管发出的自准直光束全部透过第一偏振分光镜后，经分光式靶标探测器分为反射光束和透射光束，反射光束获取了分光式靶标探测器的二维角度变化量成为测量光束，测量光束的偏振方向与原偏振方向相同不发生变化，测量光束再次透过第一偏振分光镜后返回二维光电自准直光管，透射光束经分光式靶标探测器出射后成为参考光束，参考光束经1/2波片后其偏振方向变为与原偏振方向垂直，即与测量光束的偏振方向垂直，参考光束经45°反射镜反射后再经第一偏振分光镜反射，与测量光束一起共路返回二维光电自准直光管，在接收端根据测量光束与参考光束偏振态互相垂直的特点采用第二偏振分光镜将二者分离；在整个测量过程中参考光束与测量光束共光路传输，从而参考光束能够精确反映测量光束的漂移量，这是区别于现有光电自准直测量技术的特点之一；

(2).本发明中可以将偏振分光镜、分光式靶标探测器、1/2波片和45°反射镜作为一个整体固化封装为一个探测器组合靶标，该组合靶标在获取二维小角度变化量测量信号的同时可分离出与测量光束特性相同特别是可分离出与测量光束共光路传输的参考光束；探测器组合靶标整体封装不仅显著提高了光路的抗干扰能力，而且应用时简单方便，这是区别于现有光电自准直测量技术的特点之二；

(3).本发明中利用参考光束与测量光束完全共光路传输的特点，结合闭环反馈控制技术，控制器根据参考光束反映的漂移量实时控制二维光束偏转装置，抑制耦合在测量光束中的漂移量，从而大幅度提高组合靶标随被测物的二维角度变化量的测量精度，这是区别于现有光电自准直测量技术的特点之三。

附图说明

图1是实施方式二所述偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直装置结构示意图；

图2是激光光源发出线偏振光束的示意图；

图3是反射镜采用平面反射镜的示意图；

图4是反射镜采用全反射棱镜的示意图；

图5是反射镜采用偏振分光镜的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法包括以下步骤：

步骤一、将激光光源发出的一束线偏振光束经分划板、分光镜和准直物镜后形成准直光束并发射；

步骤二、所述准直光束经二维光束偏转装置反射后，入射至第一偏振分光镜，该第一偏振分光镜将入射光束全部透射，透射后的光束入射至分光式靶标探测器，所述分光式靶标探测器将该光束分离出反射光束和透射光束；

步骤三、步骤二获取的反射光束作为测量光束，所述测量光束获取了分光式靶标探测器的二维角度变化量，所述测量光束再次经第一偏振分光镜透射后按原光路返回，直到入射至分光镜，并经该分光镜反射后入射至第二偏振分光镜，经该第二偏振分光镜透射的光束由第一光电位置传感器接收，该第一光电位置传感器输出的信号作为测量信号输出给控制器；

步骤四、步骤二获取的透射光束作为参考光束，所述参考光束获取了光束漂移量信息，所述参考光束透过1/2波片后，再经45°放置的反射镜改变方向后，入射至第一偏振分光镜，经第一偏振分光镜反射后的光束经二维光束偏转装置反射后由准直物镜会聚，会聚后的光束经该分光镜反射后入射至第二偏振分光镜反射，经该第二偏振分光镜反射后由第二光电位置传感器接收，该第二光电位置传感器输出的位置信号作为光束漂移量参考信号输出给控制器，由控制器计算出光束漂移量；

步骤五、控制器根据接收的光束漂移量参考信号来实时控制二维光束偏转装置转动，将测量光束和参考光束同时向漂移量相反的方向进行偏转，同时根据接收到的测量信号计算出分光式靶标探测器随被测物偏转的角度，实现二维光电自准直角度测量。

步骤四中的光束漂移量ε按下式获取：

$\mathrm{\ϵ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δ}{d}_{\mathrm{ref}}}{f}\right),$

其中：Δd_ref为相邻两个采样周期的参考光束在第二光电位置传感器上形成光斑的位置差，f为准直物镜的焦距。

步骤五中控制器根据接收的光束漂移量参考信号来实时控制二维光束偏转装置转动，二维光束偏转装置对光束空间角度的调整量φ为：φ＝ε。

步骤五中的分光式靶标探测器随被测物偏转的角度θ按如下公式获取：

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δ}{d}_m}{f}\right),$

其中：Δd_m为相邻两个采样周期的测量光束在第一光电位置传感器上形成光斑的位置差。

具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，实现实施方式一所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法的装置，它包括二维光电自准直光管、基于探测器组合靶标的漂移量监测分离装置、二维光束偏转装置8、分光式靶标探测器13和控制器7，

二维光电自准直光管：包括激光光源1、分划板2、分光镜3、第一光电位置传感器6和准直物镜9；

基于探测器组合靶标的漂移量监测分离装置：包括第一偏振分光镜10、反射镜11、1/2波片12、分光式靶标探测器13、第二偏振分光镜5和第二光电位置传感器4；第一偏振分光镜10、反射镜11、1/2波片12和分光式靶标探测器13固化封装为一个探测器组合靶标，所述分光式靶标探测器13的镀分光膜面正对第一偏振分光镜10的透射光出射面，所述分光式靶标探测器13的未镀膜面正对反射镜11，所述反射镜11与分光式靶标探测器13的出射面之间呈45°放置，所述反射镜11与第一偏振分光镜10的反射光出射面呈45°放置，分光式靶标探测器13的未镀膜面与反射镜11之间设置有1/2波片12，所述探测器组合靶标用于随被测物一起转动来实现测量，所述探测器组合靶标在获取二维角度变化量测量信号的同时分离出参考光束，所述参考光束与测量光束特性相同、且共光路传输；

第二偏振分光镜5用于接收分光镜3的反射光束；

第一光电位置传感器6设置在第二偏振分光镜5的透射光束出射方向的准直物镜9的焦面上，第二光电位置传感器4设置在第二偏振分光镜5的反射光束出射方向的准直物镜9的焦面上，

控制器7接收第一光电位置传感器6和第二光电位置传感器4反馈的信号，控制器7输出控制信号用于控制二维光束偏转装置8的旋转。

二维光束偏转装置：由二维光束偏转器及其驱动机构组成；

其光束的传播路径如下：

激光光源1发出线偏振激光束照亮位于准直物镜9焦面的分划板2，激光光源1发出线偏振激光束形态如图2所示，该光束透过分光镜3经准直物镜9后成为准直光束平行出射，经二维光束偏转装置8反射后传输至第一偏振分光镜10，调整激光光源1发出的激光束的线偏振方向，使其与第一偏振分光镜10的透射偏振方向重合，从而经二维光束偏转装置8反射后的准直光束全部透过第一偏振分光镜10，入射到分光式靶标探测器13，分光式靶标探测器13将入射光束分为反射光束和透射光束，反射光束获取了分光式靶标探测器13的二维角度变化量成为测量光束，并再次透过第一偏振分光镜10后返回，其偏振态与原偏振方向相同不发生变化；透射光束成为与测量光束特性完全相同的参考光束，参考光束经过1/2波片12后其偏振态变为与原方向垂直，即与测量光束的偏振方向垂直，经反射镜11反射后到达第一偏振分光镜10，因其偏振态与原偏振方向垂直，从而被第一偏振分光镜10反射，与测量光束一起共路返回，经二维光束偏转装置8反射后经准直物镜9会聚，经分光镜3反射后到达第二偏振分光镜5，测量光束透过第二偏振分光镜5后经第一光电位置传感器6接收，形成测量信号；参考光束经第二偏振分光镜5反射后经第二光电位置传感器4接收，形成参考信号；控制器7根据参考信号反映的光束漂移量实时控制二维光束偏转装置，抑制耦合在测量信号中的光束的漂移，实现精密角度测量。

具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于：反射镜11为平面反射镜。其它组成和连接关系与实施方式二相同。

具体实施方式四：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于：反射镜11为全反射棱镜。其它组成和连接关系与实施方式二相同。

具体实施方式五：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式与实施方式二的不同之处在于：反射镜11为反射偏振方向与第一偏振分光镜10的反射偏振方向相同的偏振分光镜，其它结构与连接方法与实施方式二相同。

Claims (8)

1.偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将激光光源发出的一束线偏振光束经分划板、分光镜和准直物镜后形成准直光束并发射；

步骤二、所述准直光束经二维光束偏转装置反射后，入射至第一偏振分光镜，该第一偏振分光镜将入射光束全部透射，透射后的光束入射至分光式靶标探测器，所述分光式靶标探测器将该光束分离出反射光束和透射光束；

步骤三、步骤二获取的反射光束作为测量光束，所述测量光束获取了分光式靶标探测器的二维角度变化量，所述测量光束再次经第一偏振分光镜透射后按原光路返回，直到入射至分光镜，并经该分光镜反射后入射至第二偏振分光镜，经该第二偏振分光镜透射的光束由第一光电位置传感器接收，该第一光电位置传感器输出的信号作为测量信号输出给控制器；

步骤四、步骤二获取的透射光束作为参考光束，所述参考光束获取了光束漂移量信息，所述参考光束透过1/2波片后，再经45°放置的反射镜改变方向后，入射至第一偏振分光镜，经第一偏振分光镜反射后的光束经二维光束偏转装置反射后由准直物镜会聚，会聚后的光束经该分光镜反射后入射至第二偏振分光镜反射，经该第二偏振分光镜反射后由第二光电位置传感器接收，该第二光电位置传感器输出的位置信号作为光束漂移量参考信号输出给控制器，由控制器计算出光束漂移量；

步骤五、控制器根据接收的光束漂移量参考信号来实时控制二维光束偏转装置转动，将测量光束和参考光束同时向漂移量相反的方向进行偏转，同时根据接收到的测量信号计算出分光式靶标探测器随被测物偏转的角度，实现二维光电自准直角度测量。

2.根据权利要求1所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法，其特征在于，步骤四中的光束漂移量ε按下式获取：

$\mathrm{\ϵ}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δd}}_{\mathrm{ref}}}{f}\right),$

其中：Δd_ref为相邻两个采样周期的参考光束在第二光电位置传感器上形成光斑的位置差，f为准直物镜的焦距。

3.根据权利要求1所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法，其特征在于，步骤五中控制器根据接收的光束漂移量参考信号来实时控制二维光束偏转装置转动，二维光束偏转装置对光束空间角度的调整量φ为：φ＝ε，ε为光束漂移量。

4.根据权利要求1或2所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法，其特征在于，步骤五中的分光式靶标探测器随被测物偏转的角度θ按如下公式获取：

$\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{{\mathrm{\Δd}}_m}{f}\right),$

其中：Δd_m为相邻两个采样周期的测量光束在第一光电位置传感器上形成光斑的位置差，f为准直物镜的焦距。

5.实现权利要求1至4任一权利要求所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直方法的装置，其特征在于，它包括二维光电自准直光管、基于探测器组合靶标的漂移量监测分离装置、二维光束偏转装置(8)、分光式靶标探测器(13)和控制器(7)，

二维光电自准直光管：包括激光光源(1)、分划板(2)、分光镜(3)、第一光电位置传感器(6)和准直物镜(9)；

基于探测器组合靶标的漂移量监测分离装置：包括第一偏振分光镜(10)、反射镜(11)、1/2波片(12)、分光式靶标探测器(13)、第二偏振分光镜(5)和第二光电位置传感器(4)；第一偏振分光镜(10)、反射镜(11)、1/2波片(12)和分光式靶标探测器(13)固化封装为一个探测器组合靶标，所述分光式靶标探测器(13)的镀分光膜面正对第一偏振分光镜(10)的透射光出射面，所述分光式靶标探测器(13)的未镀膜面正对反射镜(11)，所述反射镜(11)与分光式靶标探测器(13)的出射面之间呈45°放置，所述反射镜(11)与第一偏振分光镜(10)的反射光出射面呈45°放置，分光式靶标探测器(13)的未镀膜面与反射镜(11)之间设置有1/2波片(12)，所述探测器组合靶标用于随被测物一起转动来实现测量，所述探测器组合靶标在获取二维角度变化量测量信号的同时分离出参考光束，所述参考光束与测量光束特性相同、且共光路传输；

第二偏振分光镜(5)用于接收分光镜(3)的反射光束；

第一光电位置传感器(6)设置在第二偏振分光镜(5)的透射光束出射方向的准直物镜(9)的焦面上，第二光电位置传感器(4)设置在第二偏振分光镜(5)的反射光束出射方向的准直物镜(9)的焦面上，

控制器(7)接收第一光电位置传感器(6)和第二光电位置传感器(4)反馈的信号，控制器(7)输出控制信号用于控制二维光束偏转装置(8)的旋转。

6.根据权利要求5所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直装置，其特征在于，反射镜(11)为平面反射镜。

7.根据权利要求5所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直装置，其特征在于，反射镜(11)为全反射棱镜。

8.根据权利要求5所述的偏振光组合靶标共光路补偿的二维光电自准直装置，其特征在于，反射镜(11)为反射偏振方向与第一偏振分光镜(10)的反射偏振方向相同的偏振分光镜。

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