同步测量绝对寻址距离与偏摆角度的光学系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光学系统、一种光学干涉系统以及一种同步测量绝对寻址距离与偏摆角度的光学方法，其中，该光学系统包括聚焦透镜、双折射分光元件以及分光元件。该双折射分光元件用以将聚焦透镜聚焦的光束分光，形成偏极态相互正交的第一偏极光与第二偏极光。该分光元件用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成第一参考光与第二参考光，部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上反射形成第一物光与第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光与第二参考光干涉形成第一干涉光与第二干涉光，再由该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。

【技术实现步骤摘要】
同步测量绝对寻址距离与偏摆角度的光学系统与方法
本专利技术涉及一种光学系统与方法，特别是指一种可以同时测量绝对寻址距离与偏摆角度的光学系统与测量方法。
技术介绍
随着市场上的需求、光学元件和电子元件的蓬勃发展，建立具有纳米层级分辨率的系统已非难事。目前市场上常看见的测量仪包括白光干涉仪、菲佐干涉仪和麦克森干涉仪，并搭配相移术及相位分析等技术，便可让分辨率达到次微米或者纳米绝对距离测量的层级。在这些精密测量的系统中，如果环境或机台自身的机构工作而产生的振动、机台基准位置的校正或待测物放置位置的校正等条件没有良好的调整与控制状态，可能使测量的结果产生很大的误差。而这些会影响测量结果的原因之中，机台位置与待测物放置的校正是一个重要要素。因此，在现有技术中，例如中国台湾专利公告第I452262号专利，其公开了一种同时测量位移及倾角的干涉仪系统，其包含一光源组、一干涉仪组、一视准仪及一信号处理模块，该光源组设有一发射出非偏振光束的发射器，该干涉仪组设有一偏振分光镜、一角隅棱镜、两个一维位置灵敏传感器、一反射镜板、两个波长延迟片及一偏振片，该视准仪接收该干涉仪组所产生的测量光束为光源且设有一镀膜片、一二维位置灵敏传感器及一聚焦透镜，该信号处理模块接收两个一维位置灵敏传感器的信号以及二维位置灵敏传感器的信号，并分别以一信号处理器进行信号处理，可得到角隅棱镜的位移以及倾角。此外，如Shyh-TsongLin等人公开的相移与角度扫描式Savart剪切干涉仪论文(Angularscanningwhitelightshearinginterferometer,15thInternationalConferenceonExperimentalMechanics,22-27/July,2012)公开了一种测量对象斜率轮廓的技术。在该技术中，如图1所示，利用设置转台10上的Savart棱镜11当做一个剪切机制，利用两剪切波前所形成的光程差，同时运用由待测物12与Savart棱镜11的夹角所产生相移。在本技术中，通过旋转Savart棱镜11角度Δα，检偏板13穿透轴在X轴方向。光线沿着Z轴穿过起偏板14与分光镜15后，光线会变成线性偏极光，通过Savart棱镜11将光剪移为两道光eo与oe，且剪切距离为S。当光由待测物12反射回来之后，再次经过Savart棱镜11将两道光合并，通过分光镜15导引至检偏板13，进而产生干涉而被光传感器16感测。现有技术中也有利用马达上的光学尺或陶瓷压电元件的内部传感器来进行测量，但其精度及功能皆无法由用户进行弹性修改。此外，现有技术的方式也无法实时得知待测物的倾斜角，需经过扫描及大量运算后才能得知，进而影响测量的效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学系统，其利用双折射元件的特性形成两道相互正交的光路，并在两道光路离开系统时，部分反射形成参考光以及部分穿透形成测物光。当测物光由待测物反射回到系统时，由于测物光与参考光之间的光程差而产生干涉，通过该干涉信息可以同时快速测量出对象上的两位置的绝对距离、表面形貌与偏斜姿态，例如：翻滚(roll)、俯仰(pitch)与偏摆(yaw)。此外，根据距离与倾斜的信息，可以用来调整对象于空间中的姿态并减少因倾斜而造成的误差。由于绝对距离及倾斜度测量具有定位及阿贝误差校正的优点，因此本专利技术提供的光学系统可应用于各式工具机的校正，并使工具机的精度提升。本专利技术提供一种光学干涉系统，通过内有聚焦透镜以及Savart棱镜的光学系统，使得光束形成两道偏极性相互正交的平行光，最后经过特殊镀膜的分光镜同时产生反射及穿透现象。经穿透现象的光打到待测物后再反射回测量系统，如此便会使在测量系统出口反射回去的光与待测物反射回去的光进行干涉。之后，以此信号侦测每个单一波长的光强度，并反推出每一波长的相位值，便可利用这两个信息重建出等效波长的相位值，以得到等效波长的光程差，并以此作为光学系统与待测物之间的绝对距离。通过本专利技术的系统可以形成多点测量，进而测得对象的倾斜状态。在一实施例中，本专利技术提供一种光学系统，包括一聚焦透镜、一双折射分光元件以及一分光元件。该聚焦透镜用以聚焦一光束。该双折射分光元件用以将聚焦的光束分光，以形成偏极态相互正交的第一偏极光以及第二偏极光。该分光元件用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成一第一参考光以及一第二参考光，以及部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上，从而反射形成一第一物光以及一第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光以及该第二参考光干涉形成一第一干涉光以及一第二干涉光，该第一干涉光与第二干涉光通过该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。在另一实施例中，本专利技术提供一种光学干涉系统，包括有：一光源模块、一导光元件以及一光学系统。该光源模块用以产生一侦测光束。该导光元件与该光源耦接，用以导引该侦测光束。该光学系统与该导光元件耦接，该光学系统还具有聚焦透镜、双折射分光元件以及分光元件。该聚焦透镜用以聚焦该光束。该双折射分光元件用以将聚焦的光束分光，以形成偏极态相互正交的第一偏极光以及第二偏极光。该分光元件，用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成一第一参考光以及一第二参考光，以及部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上，从而反射形成一第一物光以及一第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光以及该第二参考光干涉形成一第一干涉光以及一第二干涉光，该第一干涉光与第二干涉光通过该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。在又一实施例中，本专利技术提供一种光学干涉系统，包括：一光源、一极化单元、一耦合器、一导光模块以及一光学系统。该光源用以提供多个光束，每一个光束具有一波长。该极化单元用以将该多个光束偏极化。该耦合器用以将该多个偏极化光束合成一侦测光束。该导光模块与该耦合器相耦接，以导引该侦测光束。该光学系统与该导光模块耦接，用以接收该侦测光束，该光学系统还具有一聚焦透镜、一双折射分光元件以及分光元件。该聚焦透镜用以聚焦该侦测光束。该双折射分光元件用以将聚焦的侦测光束分光，以形成偏极态相互正交的第一偏极光以及第二偏极光。该分光元件用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成一第一参考光以及一第二参考光，以及部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上而反射形成一第一物光以及一第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光以及该第二参考光干涉形成一第一干涉光以及一第二干涉光，该第一干涉光与第二干涉光通过该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。该光学系统还包括一第一分光模块、一第二分光模块、一光感测模块以及一运算处理装置。该第一分光模块用以将该合光光束分成对应不同波长的分光光束。该第二分光模块用以将不同波长的分光光束分成对应不同偏极态的第一干涉光以及第二干涉光。该光感测模块用以感测不同波长的的第一干涉光与第二干涉光，以产生相应的干涉光强信息。该运算处理装置根据该干涉光强信息决定该对象上相应该第一干涉光与该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，其特征在于，包括：一聚焦透镜，用以聚焦一光束；一双折射分光元件，用以将聚焦的光束分光，以形成偏极态相互正交的第一偏极光以及第二偏极光；以及一分光元件，用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成一第一参考光以及一第二参考光，以及部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上，从而反射形成一第一物光以及一第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光以及该第二参考光干涉形成一第一干涉光以及一第二干涉光，该第一干涉光与第二干涉光通过该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。

【技术特征摘要】
2015.12.23 TW 1041434771.一种光学系统，其特征在于，包括：一聚焦透镜，用以聚焦一光束；一双折射分光元件，用以将聚焦的光束分光，以形成偏极态相互正交的第一偏极光以及第二偏极光；以及一分光元件，用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成一第一参考光以及一第二参考光，以及部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上，从而反射形成一第一物光以及一第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光以及该第二参考光干涉形成一第一干涉光以及一第二干涉光，该第一干涉光与第二干涉光通过该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，该分光元件的材质为双折射晶体材料。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，该光束为红外线或具有多波长的光束。4.一种光学干涉系统，其特征在于，包括：一光源模块，用以产生一侦测光束；一导光元件，与该光源模块耦接，用以导引该侦测光束；一光学系统，与该导光元件耦接，该光学系统包括：一聚焦透镜，用以聚焦该侦测光束；一双折射分光元件，用以将聚焦的光束分光，以形成偏极态相互正交的第一偏极光以及第二偏极光；以及一分光元件，用以将该第一偏极光与第二偏极光分光，使部分第一偏极光与第二偏极光由该分光元件反射形成一第一参考光以及一第二参考光，以及部分第一偏极光与第二偏极光穿透该分光元件投射至一对象上，从而反射形成一第一物光以及一第二物光，该第一物光与该第二物光进入该分光元件，从而分别与该第一参考光以及该第二参考光干涉形成一第一干涉光以及一第二干涉光，该第一干涉光与第二干涉光通过该双折射分光元件合光，形成不相互干涉的一合光光束。5.根据权利要求4所述的光学干涉系统，其特征在于，该分光元件的材质为双折射晶体材料。6.根据权利要求4所述的光学干涉系统，其特征在于，该导光元件为光纤。7.根据权利要求4所述的光学干涉系统，其特征在于，进一步包括：一光传感器，用以接收该第一干涉光与第二干涉光，以产生相应的干涉光强信息；以及一运算处理装置，根据该干涉光强信息决定该对象上相应该第一干涉光与该第二干涉光的位置深度以及横向相隔距离，进而决定该对象的一倾角。8.根据权利要求4所述的光学干涉系统，其特征在于，该光源模块为红外线光源模块或具有多波长的光束的光源模块。9.根据权利要求4所述的光学干涉系统，其特征在于，该光源模块进一步包括：一光源，用以提供多个光束，每一个光束具有一波长；一极化单元，用以将该多个光束偏极化；一耦合器，用以将该多个偏极化光束合成一侦测光束；以及一导光模块，与该耦合器相耦接，以导引该侦测光束。10.根据权利要求9所述的光学干涉系统，其特征在于，该导光模块进一步包括：一第一光纤，与该耦合器耦接；一循环器，与该第一光纤相耦接；以及一第二光纤，与该循环器以及该光学系统相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮嘉，尤泽龙，
申请(专利权)人：陈亮嘉，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71