[发明专利]双缝干涉条纹解码光谱共焦位移传感器及其位移测量方法

权利要求书

1.双缝干涉条纹解码光谱共焦位移传感器，其特征在于：

自上而下依次设置有宽带点光源（1）、无色差分光镜（2）和色散透镜组（3），无色差分光镜（2）一侧依次为共焦针孔（4）、无色差准直透镜（5）、干涉双缝屏（6）、适配透镜（7）、矩形光阑（8）和线阵CCD（9）；

共焦针孔（4）、无色差准直透镜（5）、干涉双缝屏（6）和适配透镜（7）共光轴，共焦针孔（4）位于无色差准直透镜（5）的前焦面上；

矩形光阑（8）位置偏离该光轴，开孔方向与干涉条纹方向一致；

线阵CCD（9）紧贴放置于矩形光阑（8）后，仅接受到透过矩形光阑（8）的干涉条纹；线阵CCD（9）感光面尺寸与矩形光阑（8）通光孔径的尺寸相同。

2.根据权利要求1所述的双缝干涉条纹解码光谱共焦位移传感器，其特征在于：

所述宽带点光源（1）工作在可见光范围，具体波段为400nm—760nm。

3.根据权利要求2所述的双缝干涉条纹解码光谱共焦位移传感器，其特征在于：

所述矩形光阑（8）下边界离开光轴的距离小于400nm光源波长对应的干涉条纹的半宽度；矩形光阑（8）上边界离开光轴的距离大于760nm光源波长对应的干涉条纹的半宽度，该距离还小于400nm光源波长对应的一个半条纹宽度。

4.双缝干涉条纹解码光谱共焦位移传感器的位移测量方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：宽带点光源（1）出射光，透过无色差分光镜（2）后，经色散透镜组（3）会聚，不同波长的光产生光谱色散，在空间形成一系列的聚焦点，实现了位移-波长编码；

步骤二：经被测物体（10）表面反射的某一波长的单色光，反向透过色散透镜组（3），被无色差分光镜（2）反射后，到达共焦针孔（4）；由于针孔滤波作用，仅有被测物体（10）表面反射的该波长单色光可以通过共焦针孔，并且形成点光源出射；

步骤三：该点光源经无色差准直透镜（5）出射，整形成单色平面光波；该单色平面光波垂直入射到干涉双缝屏（6），每一个狭缝为一个柱面波光源，干涉双缝屏（6）后形成分波前干涉的干涉场；设置于干涉双缝屏（6）后的适配透镜（7），将干涉条纹放大；固定设置的矩形光阑（8）仅允许包含该波长的单色光+1级干涉暗条纹的光斑可以透过，并被线阵CCD（9）所接收；

步骤四：根据线阵CCD（9）所接受到的光斑信息，判读暗条纹的中心位置O1，且记录线阵CCD（9）结构延长线与光轴的交点为O；根据经典杨氏双缝干涉理论，即可得到被测物体（10）表面该反射波长为：

；

其中：

λ表示被测物体表面反射光波长，k为线性放大率，d为双缝宽度，D为双缝至线阵CCD接受面之间的距离，β为适配透镜的放大倍率，e为干涉条纹的宽度即2×∣O1- O∣；

当矩形光阑（8）下边界位置与400nm光源波长对应的干涉条纹+1级暗条纹的中心位置重合，且上边界位置与760nm光源波长对应的干涉条纹+1级暗条纹的中心位置重合时，位移测量分辨率R_distance与测量范围L之间的关系为：

；

其中：α为线阵CCD的暗条纹中心位置判断细分数，A为线阵CCD的像素数。

5.此时，被测物体在初始位置处，表面反射的λ1的单色光波长为：

；

物体沿着色散透镜组（3）的光轴移动一定距离S后，其表面反射的λ2的单色光，对应的+1级干涉暗条纹中心位置为O2，解码计算其对应的波长为：

；

且移动的距离S为：

。