CN110850659B - 一种微尺度激光测量扫描装置 - Google Patents

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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

一种微尺度激光测量扫描装置
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，到达第二平面反射镜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)，到达第二平面反射镜(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。
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