[发明专利]微纳操控平台位移及旋转角的精密测量系统及其测量方法

摘要

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位移及旋转角的精密测量系统，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，以及位于与第一轴线垂直的第二轴线上的第三激光干涉仪；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，使得第一激光干涉仪发射的入射光线与出射光线平行，第二直角镜片部分，使得第二激光干涉仪发射的入射光线与出射光线平行以及第三直角镜片部分，使得第三激光干涉仪发射的入射光线与出射光线平行。本发明还提供了一种微纳操控平台位移及旋转角的测量方法。本发明提供的测量系统及其测量方法能够实现空间多自由度的测量且测量精度高。

主权项

1.一种微纳操控平台位移及旋转角的精密测量系统，所述测量系统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；以及位于与第一轴线垂直的第二轴线上的第三激光干涉仪，该第三激光干涉仪与第一激光干涉仪、第二激光干涉仪位于同一水平面内，且第三激光干涉仪的发射孔的中心轴线与第一激光干涉仪的发射孔的中心轴线垂直；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；光学组件还包括与第三激光干涉仪对应的第三直角镜片部分，该第三直角镜片部分包括第一直角镜面和第二直角镜面，且第三激光干涉仪发射的入射光线与该入射光线经第三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；所述的测量系统的使用方法包括：S1：将位移平台的运动分解成沿沿第一轴线的平移运动、第二轴线的平移运动和绕平台中心点的旋转运动，设位移平台沿第二轴线的平移距离为a₁，沿第一轴线的平移距离为a₂，以及绕平台中心点的旋转角度为θ；S2：由第一激光干涉仪测得第一轴线上的第一光程差Y₁₁；由第二激光干涉仪测得第一轴线上的第二光程差Y₂₂；由第三激光干涉仪测得第二轴线上的光程差X₁₁；S3：通过以下公式计算得出第一激光干涉仪因位移平台沿第一轴线平移运动接收到的光程差Y₁、第一激光干涉仪因位移平台绕平台中心点旋转运动接收到的光程差Y₂和沿第一轴线的平移距离a₂；Y₁₁＝Y₁+Y₂，Y₂₂＝‑Y₁+Y₂，Y₁＝2a₂；S4:设在绕平台中心点的旋转运动中，位移平台旋转前第一直角镜片部分的第一直角镜面的第一反射点与位移平台旋转后第一直角镜片部分的第一直角镜面的第一反射点之间的距离为m，位移平台旋转前第一直角镜片部分的第二直角镜面的第二反射点与位移平台旋转后第一直角镜片部分的第二直角镜面的第二反射点之间的距离为n，则令α＝m/n，并已知L₀为位移平台未运动前第一直角镜片部分的入射光线与出射光线之间的距离，则通过下式计算得出位移平台的旋转角度θ：S5：通过下式计算得出位移平台沿第二轴线上的平移距离a₁：X₁₁＝X₁+X₂，X₁＝2a₁，式中，X₁为第三激光干涉仪因位移平台沿第一轴线平移运动接收到的光程差；X₂为第三激光干涉仪因位移平台绕平台中心点旋转运动接收到的光程差，X₂＝Y₂。