[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

说明书

本发明属于光学计量与测量技术领域，具体涉及一种高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置。所述测量装置包括：激光器、空间滤波器、参考反射镜、电动三维位移台、汇聚透镜、高速CCD相机；本发明采用参考反射镜与FSM光路折转的方式，将FSM偏转角度提高为2ⁿ倍，可以实现较高分辨率的测量。当FSM的倾斜角度分辨率为0.02″时，当光线反射四次后，其光束最小偏向角约为0.001″，该方法较自准直法的分辨率有明显的提升。本发明采用TEM00模式的激光光斑作为测量目标，可以避免自准直仪测量时十字线目标亮度损失较大的问题。

技术领域

本发明属于光学计量与测量技术领域，具体涉及一种高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置。

背景技术

二维快速控制反射镜(FSM)以其系统集成度高、转动惯量小、动态性能高等优点，广泛应用于光电跟踪系统、激光通信、自适应光学等领域，其动态角度的分辨率及测量误差直接决定着光电系统的指示精度。

目前，通常使用的FSM控制角度范围大约为1.0～15°以内，控制带宽约为100Hz～3000Hz，角度分辨率约为0.2～0.02。但是，随着工艺的提高，其角度范围及角度分辨率正在逐步提高，某些FSM的角度分辨率已经达到了0.004，甚至更高。

目前，针对二维快速控制反射镜动态角度测量主要采用自准直法。2007年西安理工大学苏力的硕士学位论文及2009年湖北工业大学何海霞的硕士论文均对基于光电自准直法的二维小角度测量技术进行了介绍。该方法通常采用自准直仪发射一个光学十字目标，该目标经过FSM反射后其十字中心会发生变化，通过测量光电接收器上十字中心的线量变化可以计算出FSM的角度变化。

该方法优点是测量原理简单，操作简便。但存在以下缺点：

(1)目前，采用光电自准直法的分辨率只能达到0.01(国外最高能达到0.005)，难以满足目前FSM角度分辨率0.004以及更高分辨率的测量需求。

(2)目前国内外生产的光电自准直仪主要是用于静态测试,其响应频率不高，还无法满足3000Hz等高速测量的需要。

(3)采用自准直仪进行测量时，亮度损失较大，自准直像比较暗，对测量精度有一定影响。

为了解决以上问题，且随着二维快速控制反射镜性能的不断提升，迫切需要研制一种新的高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，如何提出一种高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种高分辨率二维快速控制反射镜动态角度测量装置，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；