便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域和光學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法；該裝置由光源、準(zhǔn)直鏡、反射鏡、以及反饋成像系統(tǒng)組成；該方法通過調(diào)整反射鏡，使反射光束回到反饋成像系統(tǒng)像面中心，再利用反射鏡上的角度偏轉(zhuǎn)測量裝置來得到被測物表面的角度變化；由于本發(fā)明在傳統(tǒng)自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)上增加了反射鏡，因此能夠避免被測物反射光偏離測量系統(tǒng)而導(dǎo)致無法測量的問題，進而具有在相同工作距離下增加自準(zhǔn)直工作范圍，或在相同工作范圍下增加工作距離的優(yōu)勢；此外，準(zhǔn)直鏡、反饋成像系統(tǒng)、反射鏡等的具體設(shè)計，使本發(fā)明還具有小型便攜、測量精度高；尤其低采樣頻率下具有高測量精度；以及快速測量的技術(shù)優(yōu)勢。
【專利說明】
便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域和光學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及便攜式組合調(diào)零高精度 大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在精密測量技術(shù)領(lǐng)域、光學(xué)工程領(lǐng)域、尖端科學(xué)實驗領(lǐng)域和高端精密裝備制造領(lǐng) 域中，迫切需求在大工作距下進行大工作范圍、高精度激光自準(zhǔn)直技術(shù)。它支撐著上述領(lǐng)域 技術(shù)與儀器裝備的發(fā)展。
[0003] 在精密測量技術(shù)與儀器領(lǐng)域，激光自準(zhǔn)直儀與圓光柵組合，可以進行任意線角度 測量;激光自準(zhǔn)直技術(shù)與多面棱體組合，可以進行面角度測量和圓分度測量;最大工作距離 從幾米至上百米;分辨力從0.1角秒至0.001角秒。
[0004] 在光學(xué)工程領(lǐng)域和尖端科學(xué)實驗領(lǐng)域，激光自準(zhǔn)直儀與兩維互為垂直的兩個圓光 柵組合，可以進行空間角度的測量；由兩路激光自準(zhǔn)直儀組成位置基準(zhǔn)，可以進行兩兩光軸 夾角或平行性的測量。角度工作范圍幾十角秒至幾十角分。
[0005] 在尖端科學(xué)實驗裝置和高端精密裝備制造領(lǐng)域，采用激光自準(zhǔn)直儀可以測量尖端 科學(xué)實驗裝置和高端精密裝備回轉(zhuǎn)運動基準(zhǔn)的角回轉(zhuǎn)精度，測量直線運動基準(zhǔn)的空間直線 精度和兩兩運動基準(zhǔn)的平行度和垂直度。
[0006] 激光自準(zhǔn)直技術(shù)具有非接觸、測量精度高、使用方便等優(yōu)點，在上述領(lǐng)域中具有廣 泛應(yīng)用。
[0007] 傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀如圖1所示，該系統(tǒng)包括光源1、透射式準(zhǔn)直鏡21、以及反饋成像系統(tǒng) 6;光源1出射的光束，經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡21準(zhǔn)直成平行光束后，入射到被測物5的反射面;從 被測物5反射面反射的光束，由反饋成像系統(tǒng)6采集成像。這種結(jié)構(gòu)下，只有從被測物5表面 反射的光束近原路返回，才能被反饋成像系統(tǒng)6采集成像，進而實現(xiàn)有效測量。這個近原路 返回的條件限制，使得該系統(tǒng)存在以下兩方面缺點：
[0008] 第一、被測對象5反射鏡面法線與激光自準(zhǔn)直儀光軸夾角的范圍不能太大，否則會 造成反射光束偏離激光自準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，進而導(dǎo)致無法實現(xiàn)自準(zhǔn)直和微角度測 量；
[0009] 第二、被測對象5反射鏡面距離測量激光自準(zhǔn)直儀入瞳不能太遠，否則只要反射光 軸與自準(zhǔn)直儀光軸偏離微小角度就會造成反射光束偏離激光自準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，進 而導(dǎo)致無法實現(xiàn)自準(zhǔn)直和微角度測量。
[0010] 以上兩個問題，使傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀器只能限定在小角度、小工作距離下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀所存在的兩個問題，本發(fā)明公開了 一種便攜式組合調(diào)零高精度 大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法，同傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀相比，具有在相同工作距離下顯著增加自準(zhǔn) 直工作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下顯著增加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢。
[0012] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0013] 便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，包括光源、反射式準(zhǔn)直鏡、反射鏡、 以及反饋成像系統(tǒng)，所述反射鏡上設(shè)置有角度調(diào)整測量裝置;光源出射的光束，經(jīng)過反射式 準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡反射，入射到被測物的表面;從被測物表面反射的光 束，再經(jīng)過反射鏡反射后，由反饋成像系統(tǒng)采集成像；
[0014] 所述反饋成像系統(tǒng)為以下兩種形式中的：
[0015] 第一、反饋成像系統(tǒng)包括圖像傳感器成像系統(tǒng)和四象限探測器成像系統(tǒng)；
[0016]所述圖像傳感器成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡焦點處的 圖像傳感器;從被測物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射后，先后經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡投 射、第一反饋分光鏡反射、由圖像傳感器采集成像;在被測物表面與光軸垂直的條件下，圖 像傳感器所成點像在像面中心位置；
[0017] 或
[0018] 所述圖像傳感器成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡、第一反饋物鏡和設(shè)置在第一反饋 物鏡焦點處的圖像傳感器;從被測物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射后，先后經(jīng)過第一 反饋分光鏡反射、第一反饋物鏡透射、由圖像傳感器采集成像;在被測物表面與光軸垂直的 條件下，圖像傳感器所成點像在像面中心位置；
[0019] 所述四象限探測器成像系統(tǒng)包括第二反饋分光鏡和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡焦點處 的四象限探測器;從被測物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射后，先后經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡 投射、第一反饋分光鏡反射、由四象限探測器采集成像;在被測物表面與光軸垂直的條件 下，四象限探測器所成點像在像面中心位置；
[0020] 或
[0021] 所述四象限探測器成像系統(tǒng)包括第二反饋分光鏡、第二反饋物鏡和設(shè)置在第二反 饋物鏡焦點處的四象限探測器;從被測物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射后，先后經(jīng)過 第二反饋分光鏡反射、第二反饋物鏡透射、由四象限探測器采集成像;在被測物表面與光軸 垂直的條件下，四象限探測器所成點像在像面中心位置；
[0022] 第二、反饋成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡、以及由導(dǎo)軌承載的圖像傳感器和四象 限探測器，所述導(dǎo)軌共有兩個停頓位置，一個停頓位置使圖像傳感器像面中心對應(yīng)反射式 準(zhǔn)直鏡的焦點位置，另一個停頓位置使四象限探測器像面中心對應(yīng)反射式準(zhǔn)直鏡的焦點位 置；
[0023] 或
[0024] 反饋成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡、第一反饋物鏡、以及由導(dǎo)軌承載的圖像傳感 器和四象限探測器，所述導(dǎo)軌共有兩個停頓位置，一個停頓位置使圖像傳感器像面中心位 于第一反饋物鏡的焦點位置，另一個停頓位置使四象限探測器像面中心位于第一反饋物鏡 的焦點位置；
[0025] 所述角度調(diào)整測量裝置包括設(shè)置在反射鏡上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測量裝 置、以及萬向軸，角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器;角度偏轉(zhuǎn)測量裝置包括第一 金屬片、第二金屬片、對應(yīng)第一金屬片位置的第一電容傳感器、以及對應(yīng)第二金屬片位置的 第二電容傳感器;第一驅(qū)動器、第一金屬片、以及萬向軸在一條直線上，第二驅(qū)動器、第二金 屬片、以及萬向軸在一條直線上，并且第一驅(qū)動器與萬向軸的連線垂直第二驅(qū)動器與萬向 軸的連線。
[0026] 在上述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0027] 步驟a、點亮光源，圖像傳感器成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器 和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到圖像傳感器像面中心區(qū)域；
[0028] 步驟b、四象限探測器成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器像面中心位 置A x和A y，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到四象限探測器像 面中心位置；
[0029] 步驟c、讀取第一電容傳感器的電容變化A C1，以及第二電容傳感器的電容變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化A 0和A(j>，進而得到被測物表面的角度變化A a和A 其 43, A 0 = f 1 ( A Cl, A C2), Acp==i2(AC 1 ,AC2), Aa==D(AG，Ao)fllAp=r4(AerA(p);fl、f2、f3、f4 表示4個函數(shù)。
[0030]上述便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，還包括波前探測系統(tǒng)和波前補 償系統(tǒng)；
[0031 ]所述波前探測系統(tǒng)包括波前探測分光鏡、以及空氣擾動波前探測器和反射鏡形變 波前探測器中的至少一個;所述波前探測分光鏡設(shè)置在反射鏡與被測物之間，空氣擾動波 前探測器設(shè)置在波前探測分光鏡的反射光路上，反射鏡形變波前探測器設(shè)置在反射鏡的二 次反射光路上；
[0032]所述波前補償系統(tǒng)包括補償光源、補償準(zhǔn)直鏡、以及透射式液晶空間光調(diào)制器;補 償光源出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間光調(diào)制器調(diào) 制，入射到波前探測分光鏡上。
[0033]在上述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)僅包括波前探測分光鏡和空氣 擾動波前探測器；
[0034] 包括以下步驟：
[0035]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0036]步驟b、點亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)；
[0037]步驟c、Gl=GA_GB，得到空氣擾動造成的波前變化；
[0038] 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣 擾動；
[0039] 步驟e、圖像傳感器成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū) 動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到圖像傳感器像面中心區(qū)域；
[0040] 步驟f、四象限探測器成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器像面中心位 置A x和A y，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到四象限探測器像 面中心位置；
[0041 ] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化A C1，以及第二電容傳感器的電容變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化A 0和Atp，進而得到被測物表面的角度變化A a和A 其中， A 0 = fl( AC1，AC2)，A(p=f2(ACl，AC2)，Aa=l、3(M,A(f>)和鄧=叫燦，~.；)：^142』3、料表示 4個函數(shù)。
[0042]在上述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)僅包括波前探測分光鏡和反射 鏡形變波前探測器；
[0043] 包括以下步驟：
[0044] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0045] 步驟b、點亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 反射鏡形變波前探測器分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)；
[0046]步驟c、G2=GC_GD，得到空氣擾動和反射鏡形變共同造成的波前變化；
[0047] 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣 擾動和反射鏡形變；
[0048] 步驟e、圖像傳感器成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū) 動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到圖像傳感器像面中心區(qū)域；
[0049] 步驟f、四象限探測器成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器像面中心位 置A x和A y，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到四象限探測器像 面中心位置；
[0050] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化A C1，以及第二電容傳感器的電容變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物表面的角度變化△ a和A 其中， A 0 = fl( A Cl，A C2)，Acp=Q(ACl，AC2)，Aa=l3(A9，Aip)和如=1、4(燦，~(>)辻142汀3、料表示 4個函數(shù)。
[0051]在上述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)同時包括波前探測分光鏡、空 氣擾動波前探測器和反射鏡形變波前探測器；
[0052] 包括以下步驟：
[0053]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0054]步驟b、點亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測器分別得到GC和GD兩 組數(shù)據(jù)；
[0055] 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反 射鏡形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變造成的波前變化；
[0056]步驟 d、
[0057]按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣擾動；
[0058] 或
[0059] 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣擾動和 反射鏡形變；
[0060] 或
[0061] 按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償反射鏡形變；
[0062] 步驟e、圖像傳感器成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū) 動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到圖像傳感器像面中心區(qū)域；
[0063] 步驟f、四象限探測器成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器像面中心位 置A x和A y，利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使點像回到四象限探測器像 面中心位置；
[0064] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化A C1，以及第二電容傳感器的電容變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化A 0和A(p.，進而得到被測物表面的角度變化A a和A 其中， A 0 = fl( A Cl，A C2)，Acp=f2(ACl，AC2). Ac尸和邱=1、4仏9，~)汁142汀3、料表示 4個函數(shù)。
[0065] 有益效果：
[0066]同傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀相比，本發(fā)明增加了反射鏡以及設(shè)置在反射鏡上的角度調(diào)整測量 裝置，這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠在被測物入射光和反射光之間具有較大偏角或存在較大橫向位 移的情況下，通過角度調(diào)整測量裝置調(diào)整反射鏡姿態(tài)，確保反射光原路返回并被反饋成像 系統(tǒng)接收，進而有效避免被測物反射光偏離測量系統(tǒng)而導(dǎo)致無法測量的問題，進而使得本 發(fā)明具有在相同工作距離下顯著增加自準(zhǔn)直工作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下顯著增 加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢。
[0067]除此之外，本發(fā)明還具有以下幾技術(shù)優(yōu)勢：
[0068]第一、選擇反射式準(zhǔn)直鏡，雖然增加了制作難度、提高了制作成本，但是這種結(jié)構(gòu) 具有以下三方面不可替代的技術(shù)優(yōu)勢:首先反射式準(zhǔn)直鏡有利于儀器小型化，制作便攜式 儀器;其次反射式準(zhǔn)直鏡無色差，光源頻段越寬，其測量精度的優(yōu)勢越明顯；第三是通過鍍 膜技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)反射式準(zhǔn)直鏡的吸熱遠遠小于透射式，有效避免準(zhǔn)直鏡熱變形問題的發(fā) 生，這不僅使整個系統(tǒng)能夠匹配大功率光源，而且也有利于保證系統(tǒng)測量精度；
[0069] 第二、選擇圖像傳感器和四象限探測器共同作為反饋成像系統(tǒng)中的成像器件，結(jié) 合了圖像傳感器面積大以及四象限探測器位置分辨率高的優(yōu)勢；其中，圖像傳感器能夠確 保在被測物反射光與入射光偏角較大的情況下，反射光仍能夠進入光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，不會 超出接收范圍；在此基礎(chǔ)上，再利用反射鏡實現(xiàn)反射光快速實時回位補償，將反射光調(diào)整到 四象限探測器所在位置，又能根據(jù)四象限探測器的高位置分辨率優(yōu)勢來獲得更高的角度測 量精度;因此，將圖像傳感器和四象限探測器相結(jié)合，不僅使得本發(fā)明自準(zhǔn)直工作范圍或工 作距離得到極大延展，而且有利于提高角度測量精度；
[0070] 第三、選擇電容傳感器作為角度偏轉(zhuǎn)測量裝置，利用電容傳感器的超高位移靈敏 度特性和在微小角度范圍內(nèi)線位移易于轉(zhuǎn)換為角位移的優(yōu)良特性，使得本發(fā)明能夠在低采 樣頻率(20Hz及以下)條件下具有非常高的測量精度，角度最高測量分辨力可從傳統(tǒng)自準(zhǔn)直 儀的0.005角秒提高到0.0005角秒，提高一個數(shù)量級；
[0071] 第四、本發(fā)明還采用了以下技術(shù):第一驅(qū)動器、第一金屬片、以及萬向軸在一條直 線上，第二驅(qū)動器、第二金屬片、以及萬向軸在一條直線上，并且第一驅(qū)動器與萬向軸的連 線垂直第二驅(qū)動器與萬向軸的連線;這種兩條連線相互垂直的二維設(shè)置，使得不同連線方 向的數(shù)據(jù)互不干涉，無需解耦運算，這樣能夠方便標(biāo)定，簡化計算過程，提高測量速度。
【附圖說明】
[0072] 圖1是傳統(tǒng)自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0073] 圖2是本發(fā)明便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例一的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0074] 圖3是角度調(diào)整測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0075] 圖4是圖像傳感器成像系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0076] 圖5是四象限探測器成像系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0077]圖6是本發(fā)明便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例二的第一種 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0078]圖7是本發(fā)明便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例二的第二種 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0079]圖8是本發(fā)明便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例三的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0080] 圖9是本發(fā)明便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例四的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0081] 圖10是本發(fā)明便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例五的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0082] 圖中：1光源、22反射式準(zhǔn)直鏡、3反射鏡、4角度調(diào)整測量裝置、411第一驅(qū)動器、412 第二驅(qū)動器、421第一金屬片、422第二金屬片、423第一電容傳感器、424第二電容傳感器、43 萬向軸、5被測物、6反饋成像系統(tǒng)、61第一反饋分光鏡、62第二反饋分光鏡、63第一反饋物 鏡、64第二反饋物鏡、65圖像傳感器、66四象限探測器、68導(dǎo)軌、7波前探測系統(tǒng)、71波前探測 分光鏡、72空氣擾動波前探測器、73反射鏡形變波前探測器、8波前補償系統(tǒng)、81補償光源、 82補償準(zhǔn)直鏡、83透射式液晶空間光調(diào)制器。 具體實施例
[0083]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進一步詳細(xì)描述。
[0084] 具體實施例一
[0085]本實施例是便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0086]本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。 該自準(zhǔn)直裝置包括光源1、反射式準(zhǔn)直鏡22、反射鏡3、以及反饋成像系統(tǒng)6,所述反射鏡3上 設(shè)置有角度調(diào)整測量裝置4;光源1出射的光束，經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡22準(zhǔn)直成平行光束后，再 由反射鏡3反射，入射到被測物5的表面;從被測物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射 后，由反饋成像系統(tǒng)6采集成像；
[0087] 所述反饋成像系統(tǒng)6包括圖像傳感器成像系統(tǒng)和四象限探測器成像系統(tǒng)；
[0088] 所述圖像傳感器成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡61和設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡21焦點 處的圖像傳感器65;從被測物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射后，先后經(jīng)過透射式準(zhǔn) 直鏡21投射、第一反饋分光鏡61反射、由圖像傳感器65米集成像;在被測物5表面與光軸垂 直的條件下，圖像傳感器65所成點像在像面中心位置；
[0089]所述四象限探測器成像系統(tǒng)包括第二反饋分光鏡62、第二反饋物鏡64和設(shè)置在第 二反饋物鏡64焦點處的四象限探測器66;從被測物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射 后，先后經(jīng)過第二反饋分光鏡62反射、第二反饋物鏡64透射、由四象限探測器66采集成像； 在被測物5表面與光軸垂直的條件下，四象限探測器66所成點像在像面中心位置；
[0090] 所述角度調(diào)整測量裝置4包括設(shè)置在反射鏡3上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測量裝 置、以及萬向軸43,角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412;角度偏轉(zhuǎn)測量裝置 包括第一金屬片421、第二金屬片422、對應(yīng)第一金屬片421位置的第一電容傳感器423、以及 對應(yīng)第二金屬片422位置的第二電容傳感器424;第一驅(qū)動器411、第一金屬片421、以及萬向 軸43在一條直線上，第二驅(qū)動器412、第二金屬片422、以及萬向軸43在一條直線上，并且第 一驅(qū)動器411與萬向軸43的連線垂直第二驅(qū)動器412與萬向軸43的連線;如圖3所示。
[0091] 需要說明的是：
[0092] 第一、在本實施例中，圖像傳感器成像系統(tǒng)還可以選擇如下結(jié)構(gòu):包括第一反饋分 光鏡61、第一反饋物鏡63和設(shè)置在第一反饋物鏡63焦點處的圖像傳感器65;從被測物5表面 反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射后，先后經(jīng)過第一反饋分光鏡61反射、第一反饋物鏡63透 射、由圖像傳感器65采集成像;在被測物5表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器65所成點 像在像面中心位置;如圖4所示，在該附圖中，省略了四象限探測器成像系統(tǒng)。
[0093] 第二、在本實施例中，四象限探測器成像系統(tǒng)還可以選擇如下結(jié)構(gòu):包括第二反饋 分光鏡62和設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡21焦點處的四象限探測器66;從被測物5表面反射的光束， 再經(jīng)過反射鏡3反射后，先后經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡21投射、第一反饋分光鏡61反射、由四象限 探測器66采集成像;在被測物5表面與光軸垂直的條件下，四象限探測器66所成點像在像面 中心位置;如圖5所示，在該附圖中，省略了圖像傳感器成像系統(tǒng)。
[0094]具體實施例二
[0095]本實施例是便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0096]本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，與具體實施例一的不同 在于反饋成像系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu);本實施例反饋成像系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)為以下兩種形式中的一種： [0097]第一、反饋成像系統(tǒng)6包括第一反饋分光鏡61、以及由導(dǎo)軌68承載的圖像傳感器65 和四象限探測器66,如圖6所示;所述導(dǎo)軌68共有兩個停頓位置，一個停頓位置使圖像傳感 器65像面中心對應(yīng)反射式準(zhǔn)直鏡22的焦點位置，另一個停頓位置使四象限探測器66像面中 心對應(yīng)反射式準(zhǔn)直鏡22的焦點位置；
[0098]第二、反饋成像系統(tǒng)6包括第一反饋分光鏡61、第一反饋物鏡63、以及由導(dǎo)軌68承 載的圖像傳感器65和四象限探測器66，如圖7所示;所述導(dǎo)軌68共有兩個停頓位置，一個停 頓位置使圖像傳感器65像面中心位于第一反饋物鏡63的焦點位置，另一個停頓位置使四象 限探測器66像面中心位于第一反饋物鏡63的焦點位置。
[0099]具體實施例三
[0100] 本實施例是便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0101] 本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。 在具體實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置 有波前探測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8;
[0102] 所述波前探測系統(tǒng)7包括波前探測分光鏡71和空氣擾動波前探測器72;所述波前 探測分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測物5之間，空氣擾動波前探測器72設(shè)置在波前探測分光 鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測器73設(shè)置在反射鏡3的二次反射光路上；
[0103]所述波前補償系統(tǒng)8包括補償光源81、補償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補償光源81出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測分光鏡71上。
[0104]具體實施例四
[0105]本實施例是便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0106]本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。 在具體實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置 有波前探測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8;
[0107]所述波前探測系統(tǒng)7包括波前探測分光鏡71和反射鏡形變波前探測器73;所述波 前探測分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測物5之間，空氣擾動波前探測器72設(shè)置在波前探測分 光鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測器73設(shè)置在反射鏡3的二次反射光路上；
[0108]所述波前補償系統(tǒng)8包括補償光源81、補償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補償光源81出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測分光鏡71上。
[0109] 具體實施例五
[0110]本實施例是便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0111]本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所 示。在具體實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置還 設(shè)置有波前探測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8;
[0112]所述波前探測系統(tǒng)7包括波前探測分光鏡71、空氣擾動波前探測器72和反射鏡形 變波前探測器73;所述波前探測分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測物5之間，空氣擾動波前探 測器72設(shè)置在波前探測分光鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測器73設(shè)置在反射鏡3 的二次反射光路上；
[0113]所述波前補償系統(tǒng)8包括補償光源81、補償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補償光源81出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測分光鏡71上。
[0114]對于以上自準(zhǔn)直裝置實施例，還有以下三點需要說明：
[0115] 第一、所述角度調(diào)整裝置中的第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412,既可以選擇驅(qū)動 速度較快的步進電機或伺服電機驅(qū)動器，又可以選擇驅(qū)動精度較高的壓電陶瓷驅(qū)動器，還 可以將步進電機或伺服電機驅(qū)動器與壓電陶瓷驅(qū)動器混合使用;本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù) 實際需要進行合理選擇。
[0116] 第二、雖然具體實施例三、具體實施例四、以及具體實施例五，都是在具體實施例 一的基礎(chǔ)上設(shè)置波前探測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8,但是在具體實施例二的基礎(chǔ)上設(shè)置波前 探測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8,也成立。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠結(jié)合具體實施例一所述系統(tǒng)與 具體實施例二所述系統(tǒng)之間的不同，輕而易舉地將這三個在具體實施例二基礎(chǔ)上設(shè)置波前 探測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8的系統(tǒng)搭建出來，因此在此處不再詳細(xì)說明。
[0117] 第三、在以上所有自準(zhǔn)直裝置實施例中，角度偏轉(zhuǎn)測量裝置都只包括兩對金屬片 和電容傳感器的組合，這種設(shè)計是默認(rèn)反射鏡3在工作過程中不產(chǎn)生平移而做出的；如果考 慮到反射鏡3在工作中產(chǎn)生平移而影響測量精度，可以在萬向軸43位置處放置第三對金屬 片和電容傳感器的組合，以抵消三個電容傳感器產(chǎn)生的相同平移，確保測量精度。
[0118]具體實施例六
[0119] 本實施例是在具體實施例一所述便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上 實現(xiàn)的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0120] 本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0121] 步驟a、點亮光源1，圖像傳感器65成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū) 動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到圖像傳感器65像面中心區(qū)域；
[0122] 步驟b、四象限探測器66成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器66像面中 心位置A x和A y，利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到四象 限探測器66像面中心位置；
[0123] 步驟c、讀取第一電容傳感器423的電容變化A C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物5表面的角度變化A a和 A 其中，A Q = f 1 ( A Cl，A C2)，A(p=:f2(ACI .AC2)， A?=:D(A(iA(p)和 Ap^r^Ah/Acp); fl、f2、 f3、f4表示4個函數(shù)。
[0124] 需要說明的是，如果本實施例是在具體實施例二所述系統(tǒng)上實現(xiàn)的方法，那么在 點像回到圖像傳感器65像面中心區(qū)域后，導(dǎo)軌68從一個停頓位置調(diào)整到另一個停頓位置， 使四象限探測器66像面中心對應(yīng)透射式準(zhǔn)直鏡21的焦點位置，再使四象限探測器66進行成 像。
[0125] 本發(fā)明的主創(chuàng)新點在于增加了反射鏡3以及設(shè)置在反射鏡3上的角度調(diào)整測量裝 置4,這種結(jié)構(gòu)能夠在被測物5入射光和反射光之間具有較大偏角或存在較大橫向位移的情 況下，通過角度調(diào)整測量裝置調(diào)4整反射鏡姿態(tài)，使反射光原路返回并被反饋成像系統(tǒng)6接 收，有效避免被測物反射光偏離測量系統(tǒng)而導(dǎo)致無法測量的問題。
[0126] 然而，反射鏡3的引入，其面型誤差會傳遞到最終結(jié)果中，降低系統(tǒng)的測量精度；同 時，工作距離的增加又使得反射鏡3與被測物5之間的空氣擾動不可忽略，也會降低系統(tǒng)的 測量精度。可見，要想實現(xiàn)高精度測量，就必須考慮到反射鏡3面型誤差以及反射鏡3與被測 物5之間空氣擾動對測量結(jié)果的影響，為此，設(shè)計了具體實施例七、具體實施例八、以及具體 實施例九。
[0127] 具體實施例七
[0128] 本實施例是在具體實施例三所述便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上 實現(xiàn)的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0129] 本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0130] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0131] 步驟b、點亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，空氣擾動波前探測器72分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)；
[0132] 步驟c、Gl=GA_GB，得到空氣擾動造成的波前變化；
[0133] 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償 空氣擾動；
[0134] 步驟e、圖像傳感器65成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器411和第 二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到圖像傳感器65像面中心區(qū)域；
[0135] 步驟f、四象限探測器66成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器66像面中 心位置A x和A y，利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到四象 限探測器66像面中心位置；
[0136] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化A C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物5表面的角度變化A a和 其中，A Q = fl( ACl，AC2)，Aq)=:r2(ACl,AC2)，Aa==l3(Af),Aq))和鄰=「4(/1(->，八9)辻1、1^2、 f3、f4表示4個函數(shù)。
[0137] 在具體實施例三的裝置上實施本實施例的方法，能夠利用空氣擾動波前探測器72 將空氣擾動進行分離，進而利用波前補償系統(tǒng)8對空氣擾動進行補償，最終實現(xiàn)無空氣擾動 影響的高精度測量。
[0138] 具體實施例八
[0139] 本實施例是在具體實施例四所述便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上 實現(xiàn)的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0140]本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0141] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0142] 步驟b、點亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，反射鏡形變波前探測器73分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)；
[0143] 步驟c、G2=GC_GD，得到空氣擾動和反射鏡形變共同造成的波前變化；
[0144] 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償 空氣擾動和反射鏡形變；
[0145] 步驟e、圖像傳感器65成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器411和第 二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到圖像傳感器65像面中心區(qū)域；
[0146] 步驟f、四象限探測器66成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器66像面中 心位置A x和A y，利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到四象 限探測器66像面中心位置；
[0147] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化A C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化A 0和4(|>，進而得到被測物5表面的角度變化A a和 厶0;其中，八0 =打（八〇1，八〇2)，厶9=12(么〇1,況：2)，么薩13(燦，,_)和4[}=1'4(燦，~[)):1142、 f3、f4表示4個函數(shù)。
[0148] 在具體實施例四的系統(tǒng)上實施本實施例的方法，能夠利用反射鏡形變波前探測器 73將空氣擾動與反射鏡形變進行整體分離，進而利用波前補償系統(tǒng)8對空氣擾動與反射鏡 形變進行整體補償，最終實現(xiàn)無空氣擾動和反射鏡形變影響的高精度測量。
[0149] 具體實施例九
[0150]本實施例是在具體實施例五所述便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上 實現(xiàn)的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0151] 本實施例的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0152] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0153] 步驟b、點亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，空氣擾動波前探測器72分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測器73分別得到GC 和⑶兩組數(shù)據(jù)；
[0154] 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反 射鏡形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變造成的波前變化；
[0155]步驟 d、
[0156]按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償空氣擾 動；
[0157] 或
[0158] 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償空氣擾 動和反射鏡形變；
[0159] 或
[0160]按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償反射鏡形 變；
[0161]步驟e、圖像傳感器65成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器411和第 二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到圖像傳感器65像面中心區(qū)域；
[0162] 步驟f、四象限探測器66成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器66像面中 心位置A x和A y，利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使點像回到四象 限探測器66像面中心位置；
[0163] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化A C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物5表面的角度變化A a和 其中，A Q = fl( AC1，AC2)，A(p=f2(ACl，AC2). A(i=G(Ae,A(p)和 Ap=f4(Ae，A(p);fl、f2、 f3、f4表示4個函數(shù)。
[0164] 在具體實施例五的裝置上實施本實施例的方法，能夠利用空氣擾動波前探測器72 和反射鏡形變波前探測器73將空氣擾動和反射鏡形變進行單獨分離，進而選擇性地對空氣 擾動進行單獨補償、對反射鏡形變進行單獨補償、或?qū)諝鈹_動與反射鏡形變進行整體補 償，最終實現(xiàn)無空氣擾動、或無反射鏡形變、或無空氣擾動和反射鏡形變影響的高精度測 量。
[0165] 本實施例還有一個優(yōu)點，那就是將空氣擾動和反射鏡形變單獨分離后，能對每一 部分對結(jié)果的影響大小進行單獨評估，不僅能夠找出空氣擾動和反射鏡形變中，誰是影響 測量精度的主要矛盾，而且能夠?qū)Ψ瓷溏R變形進行單獨評估，同時對反射鏡加工質(zhì)量進行 有效評價。
[0166] 還需要說明的是，如果具體實施例三、具體實施例四、以及具體實施例五是基于具 體實施例二而搭建的裝置，那么在具體實施例七、具體實施例八、以及具體實施例九中，在 點像回到圖像傳感器65像面中心區(qū)域后，導(dǎo)軌68從一個停頓位置調(diào)整到另一個停頓位置， 使四象限探測器66像面中心對應(yīng)透射式準(zhǔn)直鏡21的焦點位置，再使四象限探測器66進行成 像。
【主權(quán)項】
1.便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，其特征在于，包括光源（1 )、反射式準(zhǔn) 直鏡(22)、反射鏡(3)、以及反饋成像系統(tǒng)(6)，所述反射鏡(3)上設(shè)置有角度調(diào)整測量裝置 (4) ;光源（1)出射的光束，經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡(22)準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡(3)反射， 入射到被測物(5)的表面;從被測物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，由反饋 成像系統(tǒng)(6)采集成像； 所述反饋成像系統(tǒng)(6)為以下兩種形式中的： 第一、反饋成像系統(tǒng)(6)包括圖像傳感器成像系統(tǒng)和四象限探測器成像系統(tǒng)； 所述圖像傳感器成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡(61)和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡（22)焦點 處的圖像傳感器(65);從被測物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，先后經(jīng)過反 射式準(zhǔn)直鏡（22)投射、第一反饋分光鏡(61)反射、由圖像傳感器(65)采集成像;在被測物 (5) 表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器(65)所成點像在像面中心位置； 或 所述圖像傳感器成像系統(tǒng)包括第一反饋分光鏡(61)、第一反饋物鏡(63)和設(shè)置在第一 反饋物鏡(63)焦點處的圖像傳感器(65);從被測物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡(3) 反射后，先后經(jīng)過第一反饋分光鏡(61)反射、第一反饋物鏡(63)透射、由圖像傳感器(65)采 集成像;在被測物(5)表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器(65)所成點像在像面中心位 置； 所述四象限探測器成像系統(tǒng)包括第二反饋分光鏡(62)和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡（22)焦 點處的四象限探測器(66);從被測物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，先后經(jīng) 過反射式準(zhǔn)直鏡(22)投射、第一反饋分光鏡(61)反射、由四象限探測器(66)采集成像;在被 測物(5)表面與光軸垂直的條件下，四象限探測器(66)所成點像在像面中心位置； 或 所述四象限探測器成像系統(tǒng)包括第二反饋分光鏡(62)、第二反饋物鏡(64)和設(shè)置在第 二反饋物鏡(64)焦點處的四象限探測器(66);從被測物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡 (3)反射后，先后經(jīng)過第二反饋分光鏡(62)反射、第二反饋物鏡(64)透射、由四象限探測器 (66)采集成像;在被測物(5)表面與光軸垂直的條件下，四象限探測器(66)所成點像在像面 中心位置； 第二、反饋成像系統(tǒng)(6)包括第一反饋分光鏡(61)、以及由導(dǎo)軌(68)承載的圖像傳感器 (65)和四象限探測器(66)，所述導(dǎo)軌(68)共有兩個停頓位置，一個停頓位置使圖像傳感器 (65)像面中心對應(yīng)反射式準(zhǔn)直鏡(22)的焦點位置，另一個停頓位置使四象限探測器(66)像 面中心對應(yīng)反射式準(zhǔn)直鏡(22)的焦點位置； 或 反饋成像系統(tǒng)(6)包括第一反饋分光鏡(61)、第一反饋物鏡(63)、以及由導(dǎo)軌(68)承載 的圖像傳感器(65)和四象限探測器(66)，所述導(dǎo)軌(68)共有兩個停頓位置，一個停頓位置 使圖像傳感器(65)像面中心位于第一反饋物鏡(63)的焦點位置，另一個停頓位置使四象限 探測器(66)像面中心位于第一反饋物鏡(63)的焦點位置； 所述角度調(diào)整測量裝置(4)包括設(shè)置在反射鏡(3)上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測量裝 置、以及萬向軸(43)，角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412);角度偏轉(zhuǎn)測 量裝置包括第一金屬片(421)、第二金屬片(422)、對應(yīng)第一金屬片(421)位置的第一電容傳 感器(423)、以及對應(yīng)第二金屬片(422)位置的第二電容傳感器(424);第一驅(qū)動器(411)、第 一金屬片(421)、以及萬向軸(43)在一條直線上，第二驅(qū)動器(412)、第二金屬片(422)、以及 萬向軸（43)在一條直線上，并且第一驅(qū)動器（411)與萬向軸（43)的連線垂直第二驅(qū)動器 (412)與萬向軸(43)的連線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置，其特征在于，還 包括波前探測系統(tǒng)(7)和波前補償系統(tǒng)(8); 所述波前探測系統(tǒng)（7)包括波前探測分光鏡（71)、以及空氣擾動波前探測器(72)和反 射鏡形變波前探測器(73)中的至少一個;所述波前探測分光鏡(71)設(shè)置在反射鏡(3)與被 測物(5)之間，空氣擾動波前探測器(72)設(shè)置在波前探測分光鏡(71)的反射光路上，反射鏡 形變波前探測器(73)設(shè)置在反射鏡(3)的二次反射光路上； 所述波前補償系統(tǒng)(8)包括補償光源(81)、補償準(zhǔn)直鏡(82)、以及透射式液晶空間光調(diào) 制器(83);補償光源(81)出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡(82)準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式 液晶空間光調(diào)制器(83)調(diào)制，入射到波前探測分光鏡(71)上。3. 在權(quán)利要求1所述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、點亮光源（1)，圖像傳感器(65)成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū) 動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回到圖像傳感器(65)像面中心 區(qū)域； 步驟b、四象限探測器(66)成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器(66)像面中 心位置AX和A y，利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回 到四象限探測器(66)像面中心位置； 步驟c、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化A C1，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化A 0和Af，進而得到被測物(5)表面的角度變化A a 和 A0;其中，A 0 = fl( A Cl，A C2)，A(p=f2(ACl，M2) Aa=G(A(-)，Aq>)和:Ap=r4(M.A(pHfl、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。4. 在權(quán)利要求2所述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)(7)僅包括波前探測分 光鏡(71)和空氣擾動波前探測器(72); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器(72)分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化； 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償 空氣擾動； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器(411)和第 二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回到圖像傳感器(65)像面中心區(qū)域； 步驟f、四象限探測器(66)成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器(66)像面中 心位置AX和A y，利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回 到四象限探測器(66)像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化A C1，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物(5)表面的角度變化A a和 A0;其中，A 0 = fl( AC1，AC2)，A(p=l2(/ACl，AC2}, 和么 |3:=f4(A9，A(p);fl、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。5. 在權(quán)利要求2所述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)(7)僅包括波前探測分 光鏡(71)和反射鏡形變波前探測器(73); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 反射鏡形變波前探測器(73)分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反射鏡形變共同造成的波前變化； 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償 空氣擾動和反射鏡形變； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器(411)和第 二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回到圖像傳感器(65)像面中心區(qū)域； 步驟f、四象限探測器(66)成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器(66)像面中 心位置AX和A y，利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回 到四象限探測器(66)像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化A C1，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物(5)表面的角度變化A a和 A 其中，A 0 = fl( A Cl，A C2)，Acp=r2(ACl，AC2)，Aa=i3(A9,A(p)和A|3=ft(Aft，A{p);n、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。6. 在權(quán)利要求2所述便攜式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式組合調(diào)零高精度大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)(7)同時包括波前探測 分光鏡(71 )、空氣擾動波前探測器(72)和反射鏡形變波前探測器(73); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器(72)分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測器(73)分別得到 GC和⑶兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G1 = GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反射鏡 形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變造成的波前變化； 步驟d、 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償空氣擾 動； 或 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源（81)，補償空氣擾 動和反射鏡形變； 或 按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償反射鏡形 變； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，根據(jù)點像偏離像面中心方向，利用第一驅(qū)動器(411)和第 二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回到圖像傳感器(65)像面中心區(qū)域； 步驟f、四象限探測器(66)成像，得到步驟a結(jié)束后點像偏離四象限探測器(66)像面中 心位置AX和A y，利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使點像回 到四象限探測器(66)像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化A C1，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化A 0和Acp，進而得到被測物(5)表面的角度變化A a和 A 其中，A 0 = f 1( A Cl，A C2)，Aq)=:f2(ACl，AC2), Aa=13(A9，Aq))和Af3=r4(Af)，/A({))；：f 1、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)D
【文檔編號】G01B7/30GK106052547SQ201610638928
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月7日 公開號201610638928.1, CN 106052547 A, CN 106052547A, CN 201610638928, CN-A-106052547, CN106052547 A, CN106052547A, CN201610638928, CN201610638928.1
【發(fā)明人】譚欣然, 王超, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)