[发明专利]高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置

权利要求书

1.一种高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：激光器(1)、空间滤波器(2)、参考反射镜(3)、电动三维位移台(4)、汇聚透镜(5)、高速CCD相机(6)；

所述激光器(1)采用TEM₀₀模式，输出圆形光斑的激光光束，作为测试目标；

所述空间滤波器(2)包括：显微物镜(2-1)、小孔光阑(2-2)、准直物镜(2-3)和可变光阑(2-4)；其用于对输入的激光光束进行会聚，同时在光斑会聚的位置上通过小孔光阑(2-2)实现空间滤波整形，滤波后的激光光束通过准直物镜(2-3)形成准直出射光束，该准直出射光束发射至被测二维快速控制反射镜；

所述参考反射镜(3)为平面反射镜，安装在电动三维位移台(4)之上，接收经过被测二维快速控制反射镜的反射光束，并在经过与被测二维快速控制反射镜之间多次反射之后，输出激光光束；

所述电动三维位移台(4)用于沿定义为Z轴的光轴方向以及垂直Z轴的X轴和Y轴进行三维移动，控制光线的折转次数；

所述汇聚透镜(5)与高速CCD相机(6)通过标准接口相连接，对经过参考反射镜(3)的激光光束进行接收。

2.如权利要求1所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：计算机采集处理系统(7)；

所述计算机采集处理系统(7)分别连接高速CCD相机(6)以及外部控制器。

3.如权利要求2所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述外部控制器连接被测二维快速控制反射镜，用于控制被测二维快速控制反射镜运动。

4.如权利要求1所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述激光器(1)与空间滤波器(2)、参考反射镜(3)、汇聚透镜(5)及高速CCD相机(6)共光轴。

5.如权利要求1所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述激光器(1)采用TEM₀₀模式，输出圆形光斑，避免了自准直法测量中十字线目标亮度损失较大的问题。

6.如权利要求1所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述高速CCD相机(6)，其开窗帧频大于3000Hz，用于实现控制带宽为3000Hz下的高频动态角度测量。

7.如权利要求1所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置的工作方式为，激光器(1)产生圆形光斑作为测量目标，经过空间滤波器(2)整形后进入被测二维快速控制反射镜，经被测反射镜反射后进入参考反射镜(3)；当待测二维快速控制反射镜的反射镜面倾斜一个微小角度α角时，每经过一次反射，光束就倾斜2α角；若光线在待测二维快速控制反射镜与参考反射镜(3)之间反射n次后，则出射光线就倾斜了2ⁿα，这样使二维快速反射镜角度测量的分辨率提高了2ⁿ倍，经过反射后的光束经过(5)与高速CCD相机(6)进行接收；使得高速CCD相机(6)会得到激光光斑的初始位置D(x₀,y₀,t₀)；

当外部控制器控制二维快速控制反射镜运动时，高速CCD相机(6)的CCD靶面上的光斑图像位置就发生了变化，变为D(x,y,t,n)，由此，通过D(x₀,y₀,t₀)和D(x,y,t,n)，可得到待测二维快速控制反射镜的偏转角度α。

8.如权利要求7所述的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，其特征在于，所述通过D(x₀,y₀,t₀)和D(x,y,t,n)，可得到待测二维快速控制反射镜的偏转角度α，具体为：

通过下式得到快速控制反射镜的偏转角度α：

上式中，f为物镜的焦距。