專利名稱：測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明揭示一種測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)，屬于測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
測量極小旋轉(zhuǎn)角度的儀器包括扭秤，但是，扭秤的分辨率和精確性需要進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)包括，一個可以轉(zhuǎn)動的反射鏡，一個固定的反射鏡，一個光源，一個光接收器。固定的反射鏡與可以轉(zhuǎn)動的反射鏡形成一個波導系統(tǒng)；在旋轉(zhuǎn)前，固定的反射鏡與可以轉(zhuǎn)動的反射鏡相互平行。把光源和光接收器設置在固定的反射鏡的與可以轉(zhuǎn)動的反射鏡相對立的一面，即，固定的反射鏡的后面， 使得光源的光束以入射角α從波導系統(tǒng)的一端進入波導并照射到可以轉(zhuǎn)動的反射鏡上， 光束在可以轉(zhuǎn)動的反射鏡和固定的反射鏡形成的波導中經(jīng)過多次反射，最終從波導的另一端射出并達到光接收器。所述的固定的反射鏡設置在一個獨立的支持系統(tǒng)上。把可以轉(zhuǎn)動的反射鏡固定在需要測量的轉(zhuǎn)動物體上，當可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與需要測量的轉(zhuǎn)動物體共同轉(zhuǎn)動一個極小的角度θ后，光源的光束第一次照射到可以轉(zhuǎn)動的反射鏡上的入射角成為(α + Θ)，光束被可以轉(zhuǎn)動的反射鏡第一次反射向固定的反射鏡并以(α +2Θ)的入射角入射，光束被固定的反射鏡反射并以(α +3Θ)的入射角第二次入射可以轉(zhuǎn)動的反射鏡，如此多次反射，每次被反射，其入射角增加一，因此，可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與需要測量的轉(zhuǎn)動物體共同轉(zhuǎn)動的角度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，提高了測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的分辨率和精確性?？梢赞D(zhuǎn)動的反射鏡有幾種設置方式(1)可以轉(zhuǎn)動的反射鏡固定在被測試的旋轉(zhuǎn)物體上，使得可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與被測試的旋轉(zhuǎn)物體旋轉(zhuǎn)相同的角度。(2)可以轉(zhuǎn)動的反射鏡固定在懸掛被測試的物體的懸絲上，使得可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與被測試的旋轉(zhuǎn)物體旋轉(zhuǎn)相同的角度。(3)可以轉(zhuǎn)動的反射鏡是鍍在被測試的物體的表面上的一層反射膜，鍍有反射膜的一面與固定的反射鏡相對形成波導。


圖Ia展示在先的卡文迪許扭秤。圖Ib展示在先的卡文迪許扭秤的光學系統(tǒng)的工作原理。圖加展示本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的一個實施例的截面圖。圖2b展示本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的一個實施例的截面圖。圖2c展示本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的一個實施例的截面圖。圖3展示應用本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)于卡文迪許扭秤的示意圖。具體實施例雖然本發(fā)明的實施例將會在下面被描述，但下列各項描述只是說明本發(fā)明的原理，而不是局限本發(fā)明于下列各項實施例的描述。本發(fā)明的優(yōu)勢如下1.結(jié)構(gòu)簡單，體積小，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.提高了測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的分辨率和精確性。圖Ia和圖Ib展示在先的卡文迪許扭秤的結(jié)構(gòu)和工作原理的示意圖?？ㄎ牡显S扭秤的結(jié)構(gòu)包括棒103，分別固定在棒103的兩端的球體Illa和球體111b，懸掛棒103的懸絲102，固定在懸絲102上的反射鏡，光源107，光接收器108和兩個大球11 和112b。為了描述方便，把旋轉(zhuǎn)前的反射鏡標記為反射鏡106b，把旋轉(zhuǎn)后的反射鏡標記為反射鏡106a。在引入兩個大球11 和112b之前，光源107發(fā)出的光束120c被反射鏡106b反射后成為光束120b，照射在光接收器108上，形成影像B。引入大球11 和112b，其萬有引力分別吸引球體Illa和球體111b，使得棒103、懸絲102和反射鏡旋轉(zhuǎn)，直到懸絲102的轉(zhuǎn)矩與大球11 和112b對球體Illa和球體Illb的萬有引力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩相等，棒103、懸絲 102和反射鏡106a的旋轉(zhuǎn)停止，轉(zhuǎn)過了一個極小的角度Θ。光源107發(fā)出的光束120c被反射鏡106a反射后成為光束120a，照射在光接收器108上，形成影像A。反射鏡旋轉(zhuǎn)前反射的光束在光接收器108上形成的影像B和反射鏡旋轉(zhuǎn)后反射的光束在光接收器108上形成的影像A形成一個位移AB，根據(jù)AB的長度可以推出旋轉(zhuǎn)的角度。但是，由于旋轉(zhuǎn)的角度很小，位移AB也很小，因此，測量的分辨率和精確性較低。圖2a、圖2b和圖2c展示本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的實施例和工作原理的示意圖。本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括一個可以轉(zhuǎn)動的反射鏡，為了描述方便，轉(zhuǎn)動前稱其為反射鏡206b，轉(zhuǎn)動后稱其為反射鏡206a，一個固定的反射鏡206c，一個光源207，一個光接收器208a。設置固定的反射鏡206c與可以轉(zhuǎn)動的反射鏡互相平行，形成一個開放的波導。把光源207和光接收器208a設置在固定的反射鏡 206c的后面，使得光源207的光束220c以入射角α照射到可以轉(zhuǎn)動的反射鏡上，光束在可旋轉(zhuǎn)前的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206b或旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a與固定的反射鏡206c 形成的波導中經(jīng)過多次反射，最終從波導中射出并達到光接收器208a或光接收器208。把可以轉(zhuǎn)動的反射鏡固定在需要測量的轉(zhuǎn)動物體上，當可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與需要測量的轉(zhuǎn)動物體共同轉(zhuǎn)動一個極小的角度一后，光源的光束220c第一次照射到旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a上的入射角成為(Ct + Θ)，光束220c被旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a第一次反射向固定的反射鏡206c并以(α + 2Θ )的入射角入射，光束被固定的反射鏡206c反射并以(α + 3Θ)的入射角第二次入射旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a， 如此多次反射，每次反射，其入射角增加θ。最后，光束220a從波導中射出到光接收器208 或光接收器208a上形成影像A’。因此，可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與需要測量的轉(zhuǎn)動物體共同轉(zhuǎn)動的角度一被放大了。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，提高了測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的分辨率和精確性。在圖加的實施例中，為了展示本發(fā)明的優(yōu)勢，假定如果沒有固定的反射鏡206c， 旋轉(zhuǎn)前的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206b把光束220c反射到光接收器208b，形成影像B，旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a把光束220c反射到光接收器20 ，形成影像A。AB小于A，B，。在有固定的反射鏡206c的情況下，旋轉(zhuǎn)前的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206b和固定的反射鏡206c把光束220c經(jīng)過多次反射，成為光束220a，在光接收器208上形成影像B’，旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a和固定的反射鏡206c把光束220c經(jīng)過多次反射，成為光束 220a,在光接收器208上形成影像A，。AB小于A，B，。在圖2b的實施例中，在固定的反射鏡206c上有一個窗口 210，使得旋轉(zhuǎn)前的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206b和固定的反射鏡206c把光束220c經(jīng)過多次反射，成為光束220a，在光接收器208上形成影像B’。旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a和固定的反射鏡206c把光束 220c經(jīng)過多次反射，成為光束220a，在光接收器208上形成影像A’。在圖2c的實施例中，光束220c照射在可以轉(zhuǎn)動的反射鏡206a的旋轉(zhuǎn)軸的位置。圖3展示本發(fā)明的測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)應用于卡文迪許扭秤?？梢赞D(zhuǎn)動的反射鏡固定在懸絲102上。旋轉(zhuǎn)后的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡406a和固定的反射鏡406c把光源107的光束經(jīng)過多次反射，照射到光接收器108上，形成影像。上面的具體的描述并不限制本發(fā)明的范圍，而只是提供一些本發(fā)明的具體化的例證。因此本發(fā)明的涵蓋范圍應該由權(quán)利要求和它們的合法等同物決定，而不是由上述具體化的詳細描述和實施例決定。
權(quán)利要求
1.一種測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的光學系統(tǒng)包括一個可以轉(zhuǎn)動的反射鏡，一個固定的反射鏡，一個光源，一個光接收器，其中，所述的固定的反射鏡與所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡形成一個波導系統(tǒng)；在旋轉(zhuǎn)前，所述的固定的反射鏡與所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡相互平行；所述的固定的反射鏡設置在一個獨立的支持系統(tǒng)上；使得所述的光源所發(fā)出的光從所述的波導系統(tǒng)的一端進入，經(jīng)過數(shù)次反射，從所述的波導系統(tǒng)的另一端射出，到達所述的光接收器。
2.權(quán)利要求1的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡固定在被測試的旋轉(zhuǎn)物體上，使得所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與所述的被測試的旋轉(zhuǎn)物體旋轉(zhuǎn)相同的角度。
3.權(quán)利要求1的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡固定在懸掛被測試的物體的懸絲上，使得所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與所述的被測試的旋轉(zhuǎn)物體旋轉(zhuǎn)相同的角度。
4.權(quán)利要求1的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡是鍍在被測試的物體的表面上的一層反射膜。
5.權(quán)利要求1的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的光源和所述的光接收器設置在所述的固定的反射鏡的與所述的可以轉(zhuǎn)動的反射鏡相對的一面。
全文摘要
本發(fā)明提供一個光學系統(tǒng)，包括，可以轉(zhuǎn)動的反射鏡，固定的反射鏡，光源，光接收器。固定的反射鏡與可以轉(zhuǎn)動的反射鏡形成一個波導系統(tǒng)。在旋轉(zhuǎn)前，固定的反射鏡與可以轉(zhuǎn)動的反射鏡相互平行。把光源和光接收器設置在固定的反射鏡的后面，使得光源的光束以入射角α從波導系統(tǒng)的一端進入并照射到可以轉(zhuǎn)動的反射鏡上，光束在波導中經(jīng)過多次反射?？梢赞D(zhuǎn)動的反射鏡轉(zhuǎn)動角度后，每次被反射，其入射角增加因此，可以轉(zhuǎn)動的反射鏡與需要測量的轉(zhuǎn)動物體共同轉(zhuǎn)動的角度被放大了。最終從波導的另一端射出并達到光接收器，形成在光接收器上的光源的影像的位移被放大多倍。提高了測量極小旋轉(zhuǎn)角度的光學系統(tǒng)的分辨率和精確性。
文檔編號G02B17/06GK102288135SQ20111019113
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者彭暉 申請人:亞威朗光電(中國)有限公司