专利名称：远离物体微位移测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物体微位移(灵敏度为偏移0.001mm，倾斜1″量级)检测装置，特别是当两个物体相距较远(如1m以上)时的微位移测量装置，属光电测量仪器领域。
对于小型物体的微位移测量，可用“读数显微镜”等常规仪器进行测量，但是如果两个物体相距较远时，如天文望远镜的主镜与副镜(或焦面)之间的距离可达2m以上，为了保证良好的光学质量，要求它们之间始终保持严格的同轴度(至于轴向位移则可用调焦方法很容易地加以校正，本申请不作讨论)，允许误差仅为百分之几毫米(移动)和几个角秒(转角)，用常规测量仪器无法完成监测微位移及根据检测结果进行实时校正，必须有一种测量装置，能够测量由于重力、风力、温度等变化而引起的物体之间的微位移，且能够将此装置直接按装于二个被测物体上(如天文望远镜的主、副镜)，因此体积小、重量轻，精度高也是主要指标。
本实用新型的目的就是提供一种远离物体微位移测量装置，它由点光源与成像物镜、球面镜及平面镜组成测量光路，由CCD器件得出测量结果。并将光源、成像物镜及CCD附着在一个被测物体上(“固定体”，如天文望远镜之主镜)，将球面镜和平面镜附着于另一个被测物体上(“移动体”，如天文望远镜之副镜)，即构成本实用新型之测量装置。这里所说的“固定体”与“移动体”均为相对概念。
本实用新型由以下技术方案实现远离物体微位移测量装置，包括光源、光学元件及光信号读数处理器组成的光路，其特征是设置2条光路，一条为球面镜光路，另一条为平面镜光路，球面镜光路由一点光源发出光经成像物镜后获得第一像点，再经球面镜反射后再次成象于CCD器件上形成第二像点；平面镜光路由另一点光源发出光经成像物镜并通过一平面镜反射成象于CCD器件上；将光路中的点光源、成像物镜及CCD器件置于“固定体”上，球面镜及平面镜置于“活动体”上。二条光路中可分别设置各自的成像物镜，二条光路也可设置一个共用的成像物镜。二个点光源可位于同一方向，采用偏轴成像光路。二个点光源也可位于不同方向，采用同轴成像光路，此时需在光路中设置分光棱镜。在光源与成象物镜之间需设置一分光棱镜；在球面镜和平面镜的反射光路上可设置另一分光棱镜也可不设置分光棱镜，但需采用球面镜偏轴成象于CCD之结构。球面镜与平面镜为分离的独立镜或内心为球面，外圈为平面的迭合镜。
以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型测量原理兼一种实施结构图；图2为本实用新型中共用物镜的一种实施结构；图3为本实用新型中共用物镜的另一种实施结构。
参看图1，球面镜光路由固体激光源1发出的光经成像物镜2后，成像于3点，(此成像点可由光源与物镜之间的物距调整得到合适位置)然后再经球面镜4反射至CCD接收器上二次成像于5点；平面镜光路由固体激光源1’发生的光经成象物镜2’后射向平面镜6并反射至同一CCD接收器上成象于5’点(二条光路也可不用同一CCD器件)。将二个点光源1、1’及成像物镜2、2’以及CCD接收器相对集中装在“固定”的物体上形成一个部件(图中虚线框A)，将球面镜4和平面镜6相对集中形成另一个部件(图中虚线框B)装在“活动”的物体上。当“活动”物体相对于“固定”物体有微小位移时，CCD上的两上象点5及5’就会相应的移动，读出后即可计算出位移量。
设成象物镜到平面镜和球面镜之间的距离为L(即两个被测物体间距离)。
则倾斜量Df＝2L·θ(Df为平面镜光路中CCD象点移动量，θ为平面镜倾斜角位移，以弧度表示)平移量Ds-Df＝[(2L/R)-1]·d(Ds为球面镜光路中CCD象点移动量，其中包括了倾斜量Df，因此要扣除后才得到平移量。R为球面镜曲率半径，d为其横向位移)可见，由于L值较大，Df及Ds值可明显的得到放大。如以一天文望远镜主、副镜为例，若取球面镜光路中物距＝88mm，L＝2750mm，第一象点于物镜后2454mm处，球面镜曲率R＝500mm，则Ds-Df＝10d。平面镜光路中物距＝86.3mm，Df＝5500θ。物镜采用焦距f＝85mm的望远镜物镜。
由于本装置中象距L较长，且光路成象质量要求不高(只求象点“重心”坐标即可)，因此，在具体设置器件时，尽可能简化结构，缩小尺寸。主要有以下几种方式1.两条光路共用一个成象物镜，而分别调整点光源物距以满足各自成象共轭距要求(如图2、图3实例)。2.采用“偏轴”成象，它在图1中获得的好处是二条分离的光路可共用一个CCD；而在图2中获得的好处是将两个点光源馈入到共用物镜时省去分光棱镜。3.平面镜和球面镜可迭起来成为“同心结构”(二者法线可作适当偏离)，例如图3中所示的同轴光路所用的方式，这是利用了在此位置二光束粗细不同的特点；对于偏轴光路(如图1)也可采用此“同心结构”，只是二者法线偏离角要更大一些而已。4.对于共有CCD的所有情况，二光路在CCD上的象点可以重迭(或者距离很近)，这时只要使二光源轮流工作即可予以区分。图2中，7及7’为2根光导纤维，图3中8和9为二个分光棱镜，其中分光棱镜8是必须的，而分光棱镜9可省去，但球面镜必须采用偏轴成象于CCD上的光路结构。图2及图3中，其他标号含义同图1。
本实用新型的优点及效果1.本装置的测量精度可达0.001mm平移和1″转角。
2.对于一定焦距的成象物镜和球面镜而言，本装置可以通过调焦在较大范围内适用于不同物距的情况，如更换不同焦距的成象物镜和球面镜，则可适用于更大范围。
3.体积小、重量轻、精度高，可用于位移量实时校正或调整的闭环控制系统。
权利要求1.远离物体微位移测量装置，包括光源、光学元件及光信号读数处理器组成的光路，其特征是设置2条光路，一条为球面镜光路，另一条为平面镜光路，球面镜光路由一点光源发出光经成像物镜后获得第一像点，再经球面镜反射后再次成象于CCD器件上形成第二像点；平面镜光路由另一点光源发出光经成像物镜并通过一平面镜反射成象于CCD器件上；将光路中的点光源、成像物镜及CCD器件置于“固定体”上，球面镜及平面镜置于“活动体”上。
2.根据权利要求1所述的远离物体微位移测量装置，其特征是二条光路中分别设置各自的成像物镜。
3.根据权利要求1所述的远离物体微位移测量装置，其特征是二条光路设置一个共用的成像物镜。
4.根据权利要求3所述的远离物体微位移测量装置，其特征是二个点光源位于同一方向，采用偏轴成像光路。
5.根据权利要求3所述的远离物体微位移测量装置，其特征是二个点光源位于不同方向，采用同轴成像光路，此时需在光路中设置分光棱镜。
6.根据权利要求5所述的远离物体微位移测量装置，其特征是在光源与成象物镜之间设置一分光棱镜；在球面镜和平面镜的反射光路上设置另一分光棱镜或不设置分光棱镜，采用球面镜偏轴成象于CCD之结构。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的远离物体微位移测量装置，其特征是球面镜与平面镜为分离的独立镜或内心为球面，外圈为平面的迭合镜。
专利摘要远离物体微位移测量装置,包括光源、光学元件及光信号读数处理器组成的光路,其特征是设置2条光路,一条为球面镜光路,另一条为平面镜光路,球面镜光路由一点光源发出光经成像物镜后获得第一像点,再经球面镜反射后再次成象于CCD器件上形成第二像点;平面镜光路由另一点光源发出光经成像物镜并通过一平面镜反射成象于CCD器件上;将光路中的点光源、成像物镜及CCD器件置于“固定体”上,球面镜及平面镜置于“活动体”上。
文档编号G01C3/00GK2515653SQ01244750
公开日2002年10月9日 申请日期2001年7月11日 优先权日2001年7月11日
发明者胡企千, 王永, 周遵源, 倪厚坤, 文新荣 申请人:中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所, 中国科学院南京天文仪器研制中心