CN110850659A - 一种微尺度激光测量扫描装置 - Google Patents
一种微尺度激光测量扫描装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110850659A CN110850659A CN201911185865.9A CN201911185865A CN110850659A CN 110850659 A CN110850659 A CN 110850659A CN 201911185865 A CN201911185865 A CN 201911185865A CN 110850659 A CN110850659 A CN 110850659A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- lambda
- frequency
- acousto
- wave plate
- 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
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 4
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/292—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection by controlled diffraction or phased-array beam steering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/33—Acousto-optical deflection devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,属于微纳米测量和光电测量技术领域。本发明包括激光测量仪器、第一λ/2波片、第二λ/2波片、第三λ/2波片、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第三偏振分光镜、第一透镜、第二透镜、被测目标、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一声光调制器、第二声光调制器、正弦信号源、电子计算机。以声光调制器的光频衍射色散为基础,用频率信号进行位移控制,实现微尺度范围的精确扫描控制,扫描过程中,仅有测量激光束在平移扫描,同时避免机械结构运动,没有机械回程、迟滞、磨损、环境条件漂移等缺陷,能够实现高精度的扫描控制。通过本发明能够将简单的测量激光光束变成具有精确微位移功能的光学扫描探针。
Description
技术领域
本发明涉及一种微尺度激光测量扫描装置,属于微纳米测量和光电测量技术领域。
背景技术
激光测量包括干涉测量和非干涉测量等多种,常用于测长、测距、测形貌、测角等,也有用于测振、测速、测运动等。其中,在很多场合用到扫描测量方式。在扫描测量方式中,存在包括一维、二维、三维扫描方式。以及线扫描、面扫描、空间扫描、角扫描等方式。其中,实现连续扫描多用机械位移台、压电位移台、步进电机等方式控制位移、摆角等,达到扫描效果。
这些扫描方式,在较大尺度的位移量程时,可以实现较高的准确度,而面对微纳米范围的微尺度位移,由于机械回程、迟滞、磨损、环境条件漂移、控制信号准确度等多种因素的影响,实现难度较大。更不用说高精度位移,其实现难度更大。
发明内容
针对微尺度范围内的扫描激光测量难以实现高精度扫描的问题,本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置要解决的技术问题是:以声光调制器的光频衍射色散为基础,用频率信号进行位移控制,实现微尺度范围的精确扫描控制,在扫描过程中,仅有测量激光束在平移扫描,同时避免机械结构运动,没有机械回程、迟滞、磨损、环境条件漂移等缺陷,能够实现较高精度的扫描控制。通过本发明的装置,能够将简单的测量激光光束变成具有精确微位移功能的光学扫描探针。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,主要由激光测量仪器、第一λ/2波片、第二λ/2波片、第三λ/2波片、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第三偏振分光镜、第一透镜、第二透镜、被测目标、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一声光调制器、第二声光调制器、正弦信号源、电子计算机组成。
由激光测量仪器产生的激光,经过第一偏振分光镜、第二偏振分光镜,穿过第一λ/2波片,到达第一声光调制器。使用电子计算机控制正弦信号源的频率,产生所需频率的正弦波信号被分成两路,一路对经过第一声光调制器的激光频率进行移频控制,对第一λ/2波片传输来的光频进行移频,产生+1级衍射激光,该激光经过第一透镜变为平行光,到达被测目标,经过被测目标反射后回到第一声光调制器,再次被第一声光调制器进行移频,穿过第一λ/2波片,经过第二偏振分光镜反射,经过第三偏振分光镜反射,穿过第三λ/2波片,到达第二声光调制器。正弦信号源产生的另一路正弦信号对第二声光调制器进行移频控制,对第三λ/2波片传来的激光进行移频,产生-1级衍射激光。该激光经过第二透镜后变为平行光,到达第一平面反射镜,经过第一平面反射镜反射后回到第二声光调制器,再次被第二声光调制器移频,经过第三λ/2波片、穿过第三偏振分光镜,到达第三平面反射镜,穿过第二λ/2波片、被第一偏振分光镜反射,回到激光测量仪器执行测量。完成以正弦信号源产生的正弦频率对激光测量仪照射到被测目标的不同部位进行一维扫描测量的扫描过程,使用电子计算机控制变化正弦信号源产生的正弦频率,将导致由激光测量仪器产生的激光照射到被测目标的位置产生变化。
使用变化正弦频率控制衍射位移方式实现测量激光束的位置变化,从而实现一维扫描测量。由于正弦频率的调节细度和频率准确度非常高,能够获得的位移调节细度也非常高,并且无需机械移动机构即能够实现测量光束的扫描。
由于正弦频率的调节细度和频率准确度非常高,能够获得的位移调节细度也非常高,并且无需机械移动机构即能够实现测量光束的扫描。
本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,使用声光调制器结合凸透镜的工作方式,实现微尺度位移的直线扫描。
本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,使用电子计算机控制正弦频率的方式,实现微尺度位移扫描。
有益效果:
1、本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,以正弦波频率调节控制,使用声光调制器正向衍射方式获得测量光束的角位移,再使用透镜将其转化为平行光,从而实现高精度微尺度的一维直线扫描。此时测量光频率已经变化,为保证返回激光测量仪器的激光频率不变,使用另外一个声光调制器负向衍射方式将频率移回,从而达到在激光测量仪器处发射与接收光同频的扫描测量效果,对激光测量仪器没有额外要求。
2、本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,没有任何机械结构的位移和运动,仅依靠正弦频率的变化就产生了测量激光束的位置变化,从而实现一维扫描测量。从原理上,能够容易实现微尺度的精细扫描测量。
3、本发明公开的一种微尺度激光测量扫描装置,扫描测量中,因为没有机械结构运动,所以没有机械回程、迟滞、磨损、环境条件漂移等缺陷,能够实现较高精度的扫描控制。通过本发明的装置,能够将简单的测量激光光束变成具有精确微位移功能的光学扫描探针。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
其中:1—激光测量仪器、2—第一λ/2波片、3—第一偏振分光镜、4—第二偏振分光镜、5—第一声光调制器、6—第一透镜、7—被测目标、8—第三偏振分光镜、9—第二声光调制器、10—第二透镜、11—第一平面反射镜、12—第二平面反射镜、13—第二λ/2波片、14—正弦信号源、15—电子计算机、16—第三λ/2波片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
如图1所示,本实施例公开的一种微尺度激光测量扫描装置,由激光测量仪器1、第一λ/2波片2、第二λ/2波片13、第三λ/2波片16、第一偏振分光镜3、第二偏振分光镜4、第三偏振分光镜8、第一透镜6、第二透镜10、被测目标7、第一平面反射镜11、第二平面反射镜12、第一声光调制器5、第二声光调制器9、正弦信号源14、电子计算机15组成。
由激光测量仪器1产生的激光,经过第一偏振分光镜3、第二偏振分光镜4,穿过第一λ/2波片2,到达第一声光调制器5。使用电子计算机15控制正弦信号源14的频率,产生所需频率的正弦波信号被分成两路,一路对经过第一声光调制器5的激光频率进行移频控制,对第一λ/2波片2传输来的光频进行移频,产生+1级衍射激光,该激光经过第一透镜6变为平行光,到达被测目标7,经过被测目标7反射后回到第一声光调制器5,再次被第一声光调制器5进行移频,穿过第一λ/2波片2,经过第二偏振分光镜4反射,经过第三偏振分光镜8反射,穿过第三λ/2波片16,到达第二声光调制器9。正弦信号源14产生的另一路正弦信号对第二声光调制器9进行移频控制,对第三λ/2波片16传来的激光进行移频,产生-1级衍射激光。该激光经过第二透镜10后变为平行光,到达第一平面反射镜11,经过第一平面反射镜11反射后回到第二声光调制器9,再次被第二声光调制器9移频,经过第三λ/2波片16、穿过第三偏振分光镜8,到达第三平面反射镜12,穿过第二λ/2波片13、被第一偏振分光镜3反射,回到激光测量仪器1执行测量。完成以正弦信号源14产生的正弦频率对激光测量仪1照射到被测目标7的不同部位进行一维扫描测量的扫描过程,使用电子计算机15控制变化正弦信号源14产生的正弦频率,将导致由激光测量仪器1产生的激光照射到被测目标7的位置产生变化。
由于正弦频率的调节细度和频率准确度非常高,能够获得的位移调节细度也非常高,并且无需机械移动机构就可以实现测量光束的扫描。
本实施例使用声光调制器结合凸透镜的工作方式,实现微尺度位移的直线扫描。
本实施例使用电子计算机15控制正弦频率的方式,实现微尺度位移扫描。
以上所述为本发明的较佳实施例而已,本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改,均落入本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种微尺度激光测量扫描装置,其特征在于:主要由激光测量仪器(1)、第一λ/2波片(2)、第二λ/2波片(13)、第三λ/2波片(16)、第一偏振分光镜(3)、第二偏振分光镜(4)、第三偏振分光镜(8)、第一透镜(6)、第二透镜(10)、被测目标(7)、第一平面反射镜(11)、第二平面反射镜(12)、第一声光调制器(5)、第二声光调制器(9)、正弦信号源(14)、电子计算机(15)组成;
由激光测量仪器(1)产生的激光,经过第一偏振分光镜(3)、第二偏振分光镜(4),穿过第一λ/2波片(2),到达第一声光调制器(5);使用电子计算机(15)控制正弦信号源(14)的频率,产生所需频率的正弦波信号被分成两路,一路对经过第一声光调制器(5)的激光频率进行移频控制,对第一λ/2波片(2)传输来的光频进行移频,产生+1级衍射激光,该激光经过第一透镜(6)变为平行光,到达被测目标(7),经过被测目标(7)反射后回到第一声光调制器(5),再次被第一声光调制器(5)进行移频,穿过第一λ/2波片(2),经过第二偏振分光镜(4)反射,经过第三偏振分光镜(8)反射,穿过第三λ/2波片(16),到达第二声光调制器(9);正弦信号源(14)产生的另一路正弦信号对第二声光调制器(9)进行移频控制,对第三λ/2波片(16)传来的激光进行移频,产生-1级衍射激光;该激光经过第二透镜(10)后变为平行光,到达第一平面反射镜(11),经过第一平面反射镜(11)反射后回到第二声光调制器(9),再次被第二声光调制器(9)移频,经过第三λ/2波片(16)、穿过第三偏振分光镜(8),到达第三平面反射镜(12),穿过第二λ/2波片(13)、被第一偏振分光镜(3)反射,回到激光测量仪器(1)执行测量;完成以正弦信号源(14)产生的正弦频率对激光测量仪(1)照射到被测目标(7)的不同部位进行一维扫描测量的扫描过程,使用电子计算机(15)控制变化正弦信号源(14)产生的正弦频率,将导致由激光测量仪器(1)产生的激光照射到被测目标(7)的位置产生变化。
2.如权利要求1所述的一种微尺度激光测量扫描装置,其特征在于:使用变化正弦频率控制衍射位移方式实现测量激光束的位置变化,从而实现一维扫描测量。由于正弦频率的调节细度和频率准确度非常高,能够获得的位移调节细度也非常高,并且无需机械移动机构即能够实现测量光束的扫描。
3.如权利要求1所述的一种微尺度激光测量扫描装置,其特征在于:使用声光调制器结合凸透镜的工作方式,实现微尺度位移的直线扫描。
4.如权利要求1所述的一种微尺度激光测量扫描装置,其特征在于:使用电子计算机(15)控制正弦频率的方式,实现微尺度位移扫描。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911185865.9A CN110850659B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 一种微尺度激光测量扫描装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911185865.9A CN110850659B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 一种微尺度激光测量扫描装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110850659A true CN110850659A (zh) | 2020-02-28 |
CN110850659B CN110850659B (zh) | 2023-02-03 |
Family
ID=69605722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911185865.9A Active CN110850659B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | 一种微尺度激光测量扫描装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110850659B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111725697A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-29 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种多波长激光束产生方法及装置 |
CN112432602A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-02 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种双光束激光干涉法发动机叶尖间隙测量方法及装置 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW340903B (en) * | 1997-01-29 | 1998-09-21 | Yuh Jou | The optical heterodyne profilmeter |
US6320665B1 (en) * | 1998-12-29 | 2001-11-20 | Bryan Kok Ann Ngoi | Acousto optic scanning laser vibrometer for determining the dynamic properties of an object |
CN102022977A (zh) * | 2010-10-26 | 2011-04-20 | 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 | 双轴mems扫描的外差干涉系统及方法 |
CN104897270A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于单声光调制和偏振分光的迈克尔逊外差激光测振仪 |
CN106290167A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置 |
CN108168465A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-06-15 | 西安交通大学 | 一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置及方法 |
CN109375230A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-02-22 | 北京仿真中心 | 一种高精度激光回波频率调制系统和方法 |
CN209148138U (zh) * | 2018-12-19 | 2019-07-23 | 山东神戎电子股份有限公司 | 一种低噪声的激光外差干涉光路系统 |
-
2019
- 2019-11-27 CN CN201911185865.9A patent/CN110850659B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW340903B (en) * | 1997-01-29 | 1998-09-21 | Yuh Jou | The optical heterodyne profilmeter |
US6320665B1 (en) * | 1998-12-29 | 2001-11-20 | Bryan Kok Ann Ngoi | Acousto optic scanning laser vibrometer for determining the dynamic properties of an object |
CN102022977A (zh) * | 2010-10-26 | 2011-04-20 | 中国航天科工集团第三研究院第八三五八研究所 | 双轴mems扫描的外差干涉系统及方法 |
CN104897270A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-09 | 哈尔滨工业大学 | 基于单声光调制和偏振分光的迈克尔逊外差激光测振仪 |
CN106290167A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 | 声光偏转器与共振扫描器的并行扫描装置 |
CN108168465A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-06-15 | 西安交通大学 | 一种共光路激光外差干涉法滚转角高精度测量装置及方法 |
CN109375230A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-02-22 | 北京仿真中心 | 一种高精度激光回波频率调制系统和方法 |
CN209148138U (zh) * | 2018-12-19 | 2019-07-23 | 山东神戎电子股份有限公司 | 一种低噪声的激光外差干涉光路系统 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111725697A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-09-29 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种多波长激光束产生方法及装置 |
CN112432602A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-02 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种双光束激光干涉法发动机叶尖间隙测量方法及装置 |
CN112432602B (zh) * | 2020-11-25 | 2021-12-28 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种双光束激光干涉法发动机叶尖间隙测量方法及装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110850659B (zh) | 2023-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104614558B (zh) | 一种面、线ccd组合的原子力探针扫描测量系统及测量方法 | |
CN101238348B (zh) | 表面的测量装置和方法 | |
US5369488A (en) | High precision location measuring device wherein a position detector and an interferometer are fixed to a movable holder | |
CN100463759C (zh) | 模块化的激光直刻装置 | |
CN201063094Y (zh) | 模块化的激光直刻装置 | |
CN101105390A (zh) | 合成波干涉纳米表面三维在线测量系统及方法 | |
CN110850659B (zh) | 一种微尺度激光测量扫描装置 | |
CN203310858U (zh) | 基于探测具有纳米级表面微结构的参考模型的测量系统 | |
CN104730293A (zh) | 一种白光干涉原子力扫描探针的标定装置及其标定方法 | |
CN101105391A (zh) | 合成波干涉纳米表面三维在线测量方法及系统 | |
CN1101713A (zh) | 应变测定装置 | |
JP2012083274A (ja) | 白色干渉法による振動測定装置及び振動測定方法 | |
US5606409A (en) | Laser ranging system calibration device | |
CN105136024B (zh) | 光路切换装置及集成多个测头的微纳米测量系统 | |
CN110307805B (zh) | 一种用于表面三维形貌测量的白光干涉系统 | |
CN115420367A (zh) | 一种凹面反射聚焦型激光测振仪校准装置及方法 | |
JP2008292236A (ja) | 三次元形状測定装置 | |
Kuang et al. | A novel method to enhance the sensitivity for two-degrees-of-freedom straightness measurement | |
US3232165A (en) | Interferometer having plural slit source | |
JPH095059A (ja) | 平面度測定装置 | |
CN109916315B (zh) | 一种基于分离式光栅的测量装置 | |
CN209512777U (zh) | 一种基于分离式光栅的测量装置 | |
CN113030109A (zh) | 一种用于物体表面检测的微探针系统 | |
KR102552859B1 (ko) | 고속 고정밀 공초점 센서 | |
CN104266583A (zh) | 多自由度测量系统 |
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 |