[发明专利]一种位移测量光学系统

说明书

本发明公开了一种位移测量光学系统，包括激光光源、第一偏振分光棱镜、导光棱镜组、反射镜、偏振变换元件、第二偏振分光棱镜、光电转换器和处理系统。本发明位移测量光学系统，采用偏振分光元件对光源输出光进行分光，以偏振光作为参考光和测量光，基于激光干涉测量原理实现对物体位移的测量，可实现对大范围位移的高精度测量，并且与现有技术相比，本光学系统分光时对光源输出光能量损失小，提高了光源能量利用率，并且具有紧凑结构。

技术领域

本发明涉及光学干涉测量技术领域，特别是涉及一种位移测量光学系统。

背景技术

在高精密要求的科学实验和仪器制造等领域，经常需要对目标的直线位移量进行纳米量级的高精度测量。在现有的光学测量手段中，具有较高精度的测量方法包括光栅尺测量和激光干涉测量，光栅尺测量虽具有成本低的优势，但其测量精度大致只能达到微米量级；与光栅尺测量相比，激光干涉测量则具有纳米量级的测量精度。

然而，原有的激光干涉测量系统中，由于是采用非偏振分光元件对激光器输出光强进行分光，导致了约50％的光能量反射回激光器方向，进而造成光学能量利用率的降低；因此可见原有激光干涉测量系统对光源的能量利用率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种位移测量光学系统，基于窄带宽激光干涉测量原理实现对大范围位移的高精度测量，并提高了对光源能量的利用率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种位移测量光学系统，包括激光光源、第一偏振分光棱镜、导光棱镜组、反射镜、偏振变换元件、第二偏振分光棱镜、光电转换器和处理系统；

所述第一偏振分光棱镜位于所述激光光源的出射光光路上，第一偏振分光棱镜将光源光分成偏振方向正交并且传播方向相垂直的两束光；

经所述第一偏振分光棱镜反射的一束光进入所述导光棱镜组，在所述导光棱镜组内改变偏振状态，被引导入射至所述第二偏振分光棱镜的第一入射面；

经所述第一偏振分光棱镜透射的另一束光，经过偏振变换元件改变偏振状态后出射至所述反射镜，反射光原路返回到所述第一偏振分光棱镜，被反射并经过偏振变换元件改变偏振方向后，入射至所述第二偏振分光棱镜的第二入射面，所述反射镜可沿其光路方向移动，用于连接被测物体；

第一束光进入所述第二偏振分光棱镜后形成的出射光，与第二束光进入所述第二偏振分光棱镜后形成的出射光汇合发生干涉，干涉光由所述光电转换器接收；

所述处理系统用于根据所述光电转换器记录的干涉条纹及光强信息计算获得待测物体的位移量。

可选地，在所述导光棱镜组中第一束光的传播光路上设置有用于改变光偏振状态的偏振变换元件；

第一束光经偏振变换元件变换为圆偏振光后入射至所述第二偏振分光棱镜，所述第二偏振分光棱镜将本束光分成传播方向垂直的两束出射光，分别与第二束光被所述第二偏振分光棱镜分成的传播方向垂直的两束出射光汇合发生干涉；

所述光电转换器包括用于接收第一路干涉光的第一光电转换器和用于接收第二路干涉光的第二光电转换器；

所述处理系统具体用于根据所述第一光电转换器记录的干涉条纹及光强信息以及所述第二光电转换器记录的干涉条纹及光强信息确定待测物体的位移量和移动方向。

可选地，所述导光棱镜组包括第一直角反射棱镜、导光棱镜和第二直角反射棱镜；

所述第一直角反射棱镜的直角面均为反射面，经所述第一偏振分光棱镜反射的第一束光由所述第一直角反射棱镜的斜面入射，以45度角入射到其直角面，并被反射至另一直角面，后被反射进入所述导光棱镜；