[发明专利]微纳操控平台三自由度的测量系统及其测量方法

说明书

本发明涉及微纳操控平台的激光检测技术领域，公开了一种微纳操控平台三自由度的测量系统，微纳操控平台包括平台底座和位移平台，该测量系统包括：位于第一轴线上的第一激光干涉仪和第二激光干涉仪，以及设在位移平台上构造成十字形的光学组件，该光学组件包括第一直角镜片部分和第二直角镜片部分；还包括图像传感器以及设置在经第一直角镜片部分反射后的出射光线的光路上的分光镜，经分光镜反射的分光光路与所述图像传感器的感光面垂直。本发明还提供了一种微纳操控平台三自由度的测量方法。本发明提供的测量系统及其测量方法能够实现空间三自由度的测量且测量精度高。

技术领域

本发明涉及微纳操控平台的激光检测技术领域，特别是涉及一种微纳操控平台三自由度的测量系统及其测量方法。

背景技术

随着微纳操控技术的发展及应用，多自由度尤其是实现旋转自由度的微纳操控平台日益得到关注，而角位移和线位移的精密测量是影响其发展的重要因素。

激光干涉仪因分辨率高、非接触、受环境影响小、反应灵敏等优点广泛应用于各种精密测量系统中。激光干涉仪是根据参考光束和测量光束之间的干涉来进行位移测量，若两道光束光程差没有变化时，探测器会在相长性和相消性干涉的两极之间找到稳定的信号；若光程差有变化时，探测器会在每一次光程变化时，在相长性和相消性干涉的两极之间找到变化信号，这些变化会被计算并用来测量两个光程之间的差异变化。目前存在的激光干涉仪往往只能测单独的平移运动或单独的角位移。当有光程差变化时，激光干涉仪无法判断此变化是由平移运动产生的还是由微纳操控平台旋转产生的，因此导致微纳操控平台在做非定中心的旋转运动即既有平移运动又有旋转运动时无法对平移运动和角位移进行解耦并同时测量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种微纳操控平台三自由度的测量系统，该测量系统能够在微纳操控平台做非定中心的旋转运动即既有平移运动又有旋转运动时对平移运动和角位移进行解耦并同时测量，且测量精度高、结构简单。

本发明的另一个目的是提供一种微纳操控平台三自由度的测量方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微纳操控平台三自由度的测量系统，所述微纳操控平台包括平台底座以及位于所述平台底座上的位移平台，其特征在于，包括：

位于第一轴线上的第一激光干涉仪和第二激光干涉仪，第一激光干涉仪的发射孔的中心轴线与第二激光干涉仪的发射孔的中心轴线共线；以及

设在位移平台上构造成十字形的光学组件，该光学组件包括与第一激光干涉仪对应的第一直角镜片部分，该第一直角镜片部分包括第一直角镜面和第二直角镜面，且第一激光干涉仪发射的入射光线与该入射光线经第一直角镜片部分的第一直角镜面和第二直角镜面反射后的出射光线平行，光学组件还包括与第二激光干涉仪对应的第二直角镜片部分，该第二直角镜片部分包括第一直角镜面和第二直角镜面，且第二激光干涉仪发射的入射光线与该入射光线经第二直角镜片部分的第一直角镜面和第二直角镜面反射后的出射光线平行；以及

还包括图像传感器以及设置在经第一直角镜片部分反射后的出射光线的光路上的分光镜，经分光镜反射的分光光路与所述图像传感器的感光面垂直。

其中，光学组件包括设置在位移平台上的光学组件底座，在光学组件底座上设置有构造成十字形的四个卡槽，在每个卡槽中均设置有玻璃片，其中，靠近第一激光干涉仪的两个玻璃片形成第一直角镜片部分，靠近第二激光干涉仪的两个玻璃片形成第二直角镜片部分，其中，靠近第一激光干涉仪的两个玻璃片面向第一激光干涉仪的一面均涂覆有反光膜，靠近第二激光干涉仪的两个玻璃片面向第二激光干涉仪的一面均涂覆有反光膜。

本发明还提供了一种微纳操控平台三自由度的测量方法，其包括：