移的參考 光束，S光透過第二四分之一波片10變?yōu)閳A偏光后，在第一平面反射鏡11的A點處反射再 次經(jīng)過第二四分之一波片10,圓偏光變成P光，該P光經(jīng)過第二偏振分光棱鏡9透射到第一 直角棱鏡15,經(jīng)第一直角棱鏡15兩次反射后透過第二偏振分光棱鏡9和第二四分之一波 片10,并在第一平面反射鏡11的B點反射，再透過第二四分之一波片10,兩次通過第二四 分之一波片10改變一次線偏光的偏振態(tài)，P光變?yōu)榱?S光，該S光再經(jīng)過第二偏振分光棱 鏡9反射到第二直角棱鏡16,光束經(jīng)過第二直角棱鏡16兩次反射，再次入射到第二偏振分 光棱鏡9并反射后，透過第二四分之一波片10變?yōu)閳A偏光，并在第一平面反射鏡11的C點 反射，再次通過第二四分之一波片10,偏振光變?yōu)镻光，該P光最終透過第二偏振分光棱鏡 9,出射到第二小孔光闌17,此時的P光作為偏振干涉測量的參考光束；
[0044] 通過第一四分之一波片7產(chǎn)生的橢圓偏光，經(jīng)過第二偏振分光棱鏡9透射所產(chǎn)生 的P光，作為測量光束，入射到第三四分之一波片12,橢圓偏光由第二平面反射鏡14在D 點被反射再次經(jīng)過第三四分之一波片12,變?yōu)?5°線偏振光，入射到第二偏振分光棱鏡9 被分成P光和S光，其中P光用于測量二維角位移的光束，光沿原路返回，經(jīng)過第一四分之 一波片7和第一偏振分光棱鏡5,變?yōu)镾光反射至平凸透鏡6并聚焦，由四象限光電探測器 8來接收檢測光斑在兩個方向上的偏移，偏移量的大小與反射回來的光束角度成線性關(guān)系， 可用于測量二維角位移；該S光是用作偏振干涉測量線位移的測量光束，S光入射到第一直 角棱鏡15并經(jīng)兩次反射，入射到第二偏振分光棱鏡9并反射，透過第四四分之一波片13,之 后S光變?yōu)閳A偏光，在第二平面反射鏡14的E點反射再次通過第三四分之一波片12,變?yōu)?P光，該P光透射經(jīng)過第二偏振分光棱鏡9,到第二直角棱鏡16兩次反射，再次透過第二偏 振分光棱鏡9,透過第四四分之一波片13,在第二平面反射鏡14的F點反射，通過第四四分 之一波片13,其光偏振態(tài)發(fā)生一次變換，最后變?yōu)镾光，由第二偏振分光棱鏡9反射，出射到 第二小孔光闌17。從干涉部分出射的兩路正交的線偏光P光和S光，通過第五四分之一波 片18,線偏光變?yōu)樽?、右旋的圓偏光，通過消偏振分光鏡19將其平分成兩路光，其中一路光 經(jīng)過第四偏振分光棱鏡22形成兩路相位差為180°的干涉信號，分別由第二光電二極管D 2 和第四光電二極管D4接收；另一路光經(jīng)過二分之一波片20改變圓偏光的旋向，再經(jīng)過第三 偏振分光棱鏡21也形成兩路相位差為180°的干涉信號，分別由第一光電二極管D 1和第三 光電二極管D3接收，四路正交的干涉信號的相位差分別為90°，用來測量一維線位移。
[0045] 由偏振片4、第一四分之一波片7和平凸透鏡6膠合在第一偏振分光棱鏡5的三個 鏡面上組成的長方體結(jié)構(gòu)形成光學(xué)組件一，第一四分之一波片7快軸方向與其所在平面的 水平軸夾角為27. 36°。
[0046] 由第二四分之一波片10、第三四分之一波片12、第四四分之一波片13和第一直角 棱鏡15、第二直角棱鏡16膠合在第二偏振分光棱鏡9的鏡面上組成的結(jié)構(gòu)形成光學(xué)組件 二，其中第三四分之一波片12快軸方向與其所在平面的水平軸夾角為22. 5°，第二四分之 一波片10、第四四分之一波片13快軸方向與其所在平面的水平軸夾角為45°。
[0047] 第五四分之一波片18快軸方向與所在平面的水平軸夾角為45°，二分之一波片 20快軸方向與所在平面的水平軸夾角為22. 5°。
[0048] 可同時實現(xiàn)三維位移測量的激光測量方法，首先進(jìn)行準(zhǔn)直調(diào)節(jié)，使穩(wěn)頻氦氖激光 1、第一平面反射鏡11、第二平面反射鏡14以及光學(xué)系統(tǒng)對準(zhǔn)，并固定好所有光學(xué)元件，緩 慢移動第二平面反射鏡14,包括以下步驟：
[0049] (1)二維角位移偏擺角和俯仰角參數(shù)的測量：測量鏡的移動所引起的偏擺角θ γ 和俯仰角θ Ρ，由四象限探測器來接收計算得到，計算公式為：
[0050] θ γ= r Y/2f, Θ P= r P/2f,
[0051] 其中f為平凸透鏡的焦距，rYS偏擺角所引起的位移偏移，rP為俯仰角所引起的 位移偏移，
[0052] 四象限探測器的四個象限所接收的信號設(shè)為V1Q = 1，2, 3,4)，可以由下邊公式測 量：
[0053]
[0054] 其中心和1^是標(biāo)定常數(shù)，?￥和?河由下式來確定，并計算出0碑0。，
[0055]
[0056] (2) -維線位移參數(shù)的測量：從第二小孔光闌17出射的測量光束和參考光束即P 光和S光的振動方程可以用下式表示： CN 105157576 A m ~P 7/7 頁
[0057]
[0058]
[0059] 其中a為兩光束的振幅，n為測量光束所通過的光程，r 2為參考光束所通過的光 程，ω為初始相位，
[0060] 從第二小孔光闌17出射的兩路正交的線偏光P光和S光，通過第五四分之一波片 18變?yōu)樽笥倚膱A偏光，由消偏振分光鏡19將其平分成兩路光，其中一路光經(jīng)過第四偏振 分光棱鏡22形成兩路相位差為180°的干涉信號，分別由第二光電二極管D 2和第二光電二 極管D4接收，另一路光經(jīng)過二分之一波片20,改變圓偏光的旋向，再經(jīng)過第三偏振分光棱鏡 21也形成兩路相位差為180°的干涉信號，分別由第一光電二極管D1和第三光電二極管D 3 接收，四路正交的干涉信號的相位差分別為90°，用來測量一維線位移。最終的干涉信號可 表示為：
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 其中En'中η代表第一、第二、第三、第四光電探測器，干涉光信號由光電傳感器接 收并被轉(zhuǎn)換為正交的電信號，經(jīng)過后級電路處理，并結(jié)合數(shù)據(jù)細(xì)分采集卡，從而來實現(xiàn)高速 實時動態(tài)測量位移的要求。
【主權(quán)項】
1. 可同時實現(xiàn)三維位移測量的激光測量裝置，其特征在于：包括有穩(wěn)頻氦氖激光，穩(wěn) 頻氦氖激光器出射光路的后方設(shè)置有第二偏振分光棱鏡，且穩(wěn)頻氦氖激光器光出射端正對 第二偏振分光棱鏡后鏡面的左側(cè)，穩(wěn)頻氦氖激光器與第二偏振分光棱鏡之間的穩(wěn)頻氦氖激 光器出射光路的后方還依次設(shè)置有光隔離器、第一小孔光闌、第一偏振分光棱鏡，第一偏振 分光棱鏡的后鏡面緊貼設(shè)置有偏振片，第一偏振分光棱鏡的前鏡面緊貼設(shè)置有第一四分之 一波片，第一偏振分光棱鏡的左鏡面緊貼設(shè)置有平凸透鏡，第一偏振分光棱鏡的左鏡面外 設(shè)置有對準(zhǔn)平凸透鏡的四象限探測器，所述第二偏振分光棱鏡左鏡面緊貼設(shè)置有第二四分 之一波片，第二偏振分光棱鏡前鏡面左側(cè)緊貼設(shè)置有第三四分之一波片，第二偏振分光棱 鏡前鏡面右側(cè)緊貼設(shè)置有第四四分之一波片，第二偏振分光棱鏡右鏡面前側(cè)緊貼設(shè)置有第 一直角棱鏡，第二偏振分光棱鏡后鏡面右側(cè)緊貼設(shè)置有第二直角棱鏡，且第一、第二直角棱 鏡分別通過各自斜邊面緊貼于第二偏振分光棱鏡對應(yīng)鏡面上，第二偏振分光棱鏡左鏡面外 設(shè)置有第一平面反射鏡，第二偏振分光棱鏡前鏡面外設(shè)置有第二平面反射鏡，且第一平面 反射鏡正對第二四分之一波片，第二平面發(fā)射鏡正對第三四分之一波片和第四四分之一波 片，還包括消偏振分光棱鏡、第三偏振分光棱鏡、第四偏振分光棱鏡，所述消偏振分光棱鏡 的左鏡面正對第二偏振分光棱鏡的右鏡面后側(cè)，且消偏振分光棱鏡的左鏡面緊貼設(shè)置有第 五四分之一波片，消偏振分光棱鏡的左鏡面與第二偏振分光棱鏡之間還設(shè)置有第二小孔光 闌，所述第三偏振分光棱鏡通過其前鏡面緊貼設(shè)置于消偏振分光棱鏡的后