测量极小旋转角度的光学系统的制作方法

专利名称：测量极小旋转角度的光学系统的制作方法
技术领域：
本发明揭示一种测量极小旋转角度的光学系统，属于测量技术领域。
背景技术：
测量极小旋转角度的仪器包括扭秤，但是，扭秤的分辨率和精确性需要进一步提高。

发明内容
本发明提供一种测量极小旋转角度的光学系统，它的结构包括，一个可以转动的反射镜，一个固定的反射镜，一个光源，一个光接收器。固定的反射镜与可以转动的反射镜形成一个波导系统；在旋转前，固定的反射镜与可以转动的反射镜相互平行。把光源和光接收器设置在固定的反射镜的与可以转动的反射镜相对立的一面，即，固定的反射镜的后面， 使得光源的光束以入射角α从波导系统的一端进入波导并照射到可以转动的反射镜上， 光束在可以转动的反射镜和固定的反射镜形成的波导中经过多次反射，最终从波导的另一端射出并达到光接收器。所述的固定的反射镜设置在一个独立的支持系统上。把可以转动的反射镜固定在需要测量的转动物体上，当可以转动的反射镜与需要测量的转动物体共同转动一个极小的角度θ后，光源的光束第一次照射到可以转动的反射镜上的入射角成为(α + Θ)，光束被可以转动的反射镜第一次反射向固定的反射镜并以(α +2Θ)的入射角入射，光束被固定的反射镜反射并以(α +3Θ)的入射角第二次入射可以转动的反射镜，如此多次反射，每次被反射，其入射角增加一，因此，可以转动的反射镜与需要测量的转动物体共同转动的角度θ被放大了，而形成在光接收器上的光源的影像的位移更是被放大多倍，因此，提高了测量极小旋转角度的光学系统的分辨率和精确性。可以转动的反射镜有几种设置方式(1)可以转动的反射镜固定在被测试的旋转物体上，使得可以转动的反射镜与被测试的旋转物体旋转相同的角度。(2)可以转动的反射镜固定在悬挂被测试的物体的悬丝上，使得可以转动的反射镜与被测试的旋转物体旋转相同的角度。(3)可以转动的反射镜是镀在被测试的物体的表面上的一层反射膜，镀有反射膜的一面与固定的反射镜相对形成波导。


图Ia展示在先的卡文迪许扭秤。图Ib展示在先的卡文迪许扭秤的光学系统的工作原理。图加展示本发明的测量极小旋转角度的光学系统的一个实施例的截面图。图2b展示本发明的测量极小旋转角度的光学系统的一个实施例的截面图。图2c展示本发明的测量极小旋转角度的光学系统的一个实施例的截面图。图3展示应用本发明的测量极小旋转角度的光学系统于卡文迪许扭秤的示意图。具体实施例虽然本发明的实施例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本发明的原理，而不是局限本发明于下列各项实施例的描述。本发明的优势如下1.结构简单，体积小，易于使用。2.把形成在光接收器上的光源的影像的位移放大多倍。3.提高了测量极小旋转角度的光学系统的分辨率和精确性。图Ia和图Ib展示在先的卡文迪许扭秤的结构和工作原理的示意图。卡文迪许扭秤的结构包括棒103，分别固定在棒103的两端的球体Illa和球体111b，悬挂棒103的悬丝102，固定在悬丝102上的反射镜，光源107，光接收器108和两个大球11 和112b。为了描述方便，把旋转前的反射镜标记为反射镜106b，把旋转后的反射镜标记为反射镜106a。在引入两个大球11 和112b之前，光源107发出的光束120c被反射镜106b反射后成为光束120b，照射在光接收器108上，形成影像B。引入大球11 和112b，其万有引力分别吸引球体Illa和球体111b，使得棒103、悬丝102和反射镜旋转，直到悬丝102的转矩与大球11 和112b对球体Illa和球体Illb的万有引力产生的转矩相等，棒103、悬丝 102和反射镜106a的旋转停止，转过了一个极小的角度Θ。光源107发出的光束120c被反射镜106a反射后成为光束120a，照射在光接收器108上，形成影像A。反射镜旋转前反射的光束在光接收器108上形成的影像B和反射镜旋转后反射的光束在光接收器108上形成的影像A形成一个位移AB，根据AB的长度可以推出旋转的角度。但是，由于旋转的角度很小，位移AB也很小，因此，测量的分辨率和精确性较低。图2a、图2b和图2c展示本发明的测量极小旋转角度的光学系统的结构的实施例和工作原理的示意图。本发明的测量极小旋转角度的光学系统的结构包括一个可以转动的反射镜，为了描述方便，转动前称其为反射镜206b，转动后称其为反射镜206a，一个固定的反射镜206c，一个光源207，一个光接收器208a。设置固定的反射镜206c与可以转动的反射镜互相平行，形成一个开放的波导。把光源207和光接收器208a设置在固定的反射镜 206c的后面，使得光源207的光束220c以入射角α照射到可以转动的反射镜上，光束在可旋转前的可以转动的反射镜206b或旋转后的可以转动的反射镜206a与固定的反射镜206c 形成的波导中经过多次反射，最终从波导中射出并达到光接收器208a或光接收器208。把可以转动的反射镜固定在需要测量的转动物体上，当可以转动的反射镜与需要测量的转动物体共同转动一个极小的角度一后，光源的光束220c第一次照射到旋转后的可以转动的反射镜206a上的入射角成为(Ct + Θ)，光束220c被旋转后的可以转动的反射镜206a第一次反射向固定的反射镜206c并以(α + 2Θ )的入射角入射，光束被固定的反射镜206c反射并以(α + 3Θ)的入射角第二次入射旋转后的可以转动的反射镜206a， 如此多次反射，每次反射，其入射角增加θ。最后，光束220a从波导中射出到光接收器208 或光接收器208a上形成影像A’。因此，可以转动的反射镜与需要测量的转动物体共同转动的角度一被放大了。而形成在光接收器208或光接收器208a上的光源的影像的位移A’ B’ 更是被放大多倍，因此，提高了测量极小旋转角度的光学系统的分辨率和精确性。在图加的实施例中，为了展示本发明的优势，假定如果没有固定的反射镜206c， 旋转前的可以转动的反射镜206b把光束220c反射到光接收器208b，形成影像B，旋转后的可以转动的反射镜206a把光束220c反射到光接收器20 ，形成影像A。AB小于A，B，。在有固定的反射镜206c的情况下，旋转前的可以转动的反射镜206b和固定的反射镜206c把光束220c经过多次反射，成为光束220a，在光接收器208上形成影像B’，旋转后的可以转动的反射镜206a和固定的反射镜206c把光束220c经过多次反射，成为光束 220a,在光接收器208上形成影像A，。AB小于A，B，。在图2b的实施例中，在固定的反射镜206c上有一个窗口 210，使得旋转前的可以转动的反射镜206b和固定的反射镜206c把光束220c经过多次反射，成为光束220a，在光接收器208上形成影像B’。旋转后的可以转动的反射镜206a和固定的反射镜206c把光束 220c经过多次反射，成为光束220a，在光接收器208上形成影像A’。在图2c的实施例中，光束220c照射在可以转动的反射镜206a的旋转轴的位置。图3展示本发明的测量极小旋转角度的光学系统应用于卡文迪许扭秤。可以转动的反射镜固定在悬丝102上。旋转后的可以转动的反射镜406a和固定的反射镜406c把光源107的光束经过多次反射，照射到光接收器108上，形成影像。上面的具体的描述并不限制本发明的范围，而只是提供一些本发明的具体化的例证。因此本发明的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体化的详细描述和实施例决定。
权利要求
1.一种测量极小旋转角度的光学系统，其特征在于，所述的光学系统包括一个可以转动的反射镜，一个固定的反射镜，一个光源，一个光接收器，其中，所述的固定的反射镜与所述的可以转动的反射镜形成一个波导系统；在旋转前，所述的固定的反射镜与所述的可以转动的反射镜相互平行；所述的固定的反射镜设置在一个独立的支持系统上；使得所述的光源所发出的光从所述的波导系统的一端进入，经过数次反射，从所述的波导系统的另一端射出，到达所述的光接收器。
2.权利要求1的光学系统，其特征在于，所述的可以转动的反射镜固定在被测试的旋转物体上，使得所述的可以转动的反射镜与所述的被测试的旋转物体旋转相同的角度。
3.权利要求1的光学系统，其特征在于，所述的可以转动的反射镜固定在悬挂被测试的物体的悬丝上，使得所述的可以转动的反射镜与所述的被测试的旋转物体旋转相同的角度。
4.权利要求1的光学系统，其特征在于，所述的可以转动的反射镜是镀在被测试的物体的表面上的一层反射膜。
5.权利要求1的光学系统，其特征在于，所述的光源和所述的光接收器设置在所述的固定的反射镜的与所述的可以转动的反射镜相对的一面。
全文摘要
本发明提供一个光学系统，包括，可以转动的反射镜，固定的反射镜，光源，光接收器。固定的反射镜与可以转动的反射镜形成一个波导系统。在旋转前，固定的反射镜与可以转动的反射镜相互平行。把光源和光接收器设置在固定的反射镜的后面，使得光源的光束以入射角α从波导系统的一端进入并照射到可以转动的反射镜上，光束在波导中经过多次反射。可以转动的反射镜转动角度后，每次被反射，其入射角增加因此，可以转动的反射镜与需要测量的转动物体共同转动的角度被放大了。最终从波导的另一端射出并达到光接收器，形成在光接收器上的光源的影像的位移被放大多倍。提高了测量极小旋转角度的光学系统的分辨率和精确性。
文档编号G02B17/06GK102288135SQ20111019113
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者彭晖 申请人:亚威朗光电(中国)有限公司