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利用反射式圆光栅的振镜转角测量

刘永坤 丁红昌 向阳 吕思航

刘永坤, 丁红昌, 向阳, 吕思航. 利用反射式圆光栅的振镜转角测量[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2020-0179
引用本文: 刘永坤, 丁红昌, 向阳, 吕思航. 利用反射式圆光栅的振镜转角测量[J]. 中国光学. doi: 10.37188/CO.2020-0179
LIU Yong-kun, DING Hong-chang, Xiang Yang, LÜ Si-hang. Rotational angle measurement of galvanometer using reflective circular grating[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2020-0179
Citation: LIU Yong-kun, DING Hong-chang, Xiang Yang, LÜ Si-hang. Rotational angle measurement of galvanometer using reflective circular grating[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2020-0179

利用反射式圆光栅的振镜转角测量

doi: 10.37188/CO.2020-0179
基金项目: 国家重点研发计划重大科学仪器设备开发(No. 2017YFF0105304);吉林省科技发展计划重点研发项目(No. 20200401117GX)
详细信息
    作者简介:

    刘永坤(1995—),男,河南郸城人,硕士研究生,2018年于长春理工大学获得学士学位,现为长春理工大学硕士研究生,主要从事光学测量的研究以及镜头设计。E-mail:1169818336@qq.com

    丁红昌(1980—)男,辽宁抚顺人,博士,副教授,博士生导师,2016年于长春理工大学获得博士学位,现为长春理工大学博士生导师,主要从事光学在线检测的研究,E-mail: dinghc@cust.edu.cn

    向阳:向 阳(1968—)男,吉林长春人,硕士,教授,硕士生导师,1996年于长春理工大学获得硕士学位,主要从事光学镜头设计以及光学检测设备的研究。E-mail:xyciom@163.com

    吕思航(1996—),男,浙江永康人,硕士研究生,2018年于长春理工大学获得学士学位,现为长春理工大学硕士研究生,主要从事光学设计方面的研究,E-mail:952858529@qq.com

  • 中图分类号: O436.1; O713+.1

Rotational angle measurement of galvanometer using reflective circular grating

Funds: Supported by the National Key Scientific Instrument and Equipment Development Projects (No. 2017YFF0105304); Jilin Province Science and Technology Development Plan focuses on Research and Development Projects (No. 20200401117GX)
More Information
  • 摘要: 为了实现振镜旋转角度的高精度测量,设计了一种利用反射式圆形衍射光栅的角度测量系统,对该系统的测量原理、测量过程、测量精度等进行了相应的设计、仿真与验证。设计与振镜同轴的反射镜,搭配反射式圆光栅以及光敏检测器件,利用反射式圆光栅产生的±1级衍射光干涉,把振镜转角位移量转化为干涉条纹光强的变化,以实现振镜转角的测量。实验结果表明:该测量系统能实现振镜±10°的角度测量,测量精度为10″。实现了振镜旋转角度的高精度测量,并且该装置结构紧凑,满足扫描振镜的小巧化设计需求。
  • 图  1  振镜转角测量光路

    Figure  1.  Optical path of measurement of galvanometer’s rotational angle

    图  2  初始入射光路示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the initial incident light path

    图  3  改进的初始入射光路图

    Figure  3.  Improved initial incident light path diagram

    图  4  反射式圆光栅光路图

    Figure  4.  Optical path diagram of reflective circular grating

    图  5  单个栅面上的光路图

    Figure  5.  Optical path diagram on a single grating surface

    图  6  干涉光路图

    Figure  6.  Interference optical path diagram

    图  7  干涉条纹光强图

    Figure  7.  Light intensity diagram of interference fringes

    图  8  不同初始入射角的干涉条纹光强图

    Figure  8.  Interference fringe intensity diagrams at different initial incident angles

    图  9  实验装置图

    Figure  9.  Experimental setup diagram

    图  10  振镜转角测量结果

    Figure  10.  Measurement results of galvanometer’s rotational angle

    图  11  误差散点图

    Figure  11.  Error scatter plot

    表  1  角度测量结果

    Table  1.   Angle measurement results (°)

    测量次数实际转动角单位测量角单位误差值单位
    1−10.0005−10.00420.0037
    2−8.9998−9.00330.0035
    3−7.9999−8.00300.0031
    4−7.0002−7.00300.0028
    5−6.0000−6.00270.0027
    6−4.9989−5.00240.0035
    7−3.9995−4.00180.0023
    8−2.9994−3.00120.0018
    9−2.0000−2.00270.0027
    10−1.0003−1.00120.0009
    110.99981.00090.0011
    121.99972.00120.0015
    133.00033.00240.0021
    144.00024.00240.0022
    154.99955.00210.0026
    165.99986.00270.0029
    176.99887.00270.0039
    188.00028.00330.0031
    198.99959.00300.0035
    209.999710.00360.0039
    均值0.00269
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-10
  • 修回日期:  2020-11-10
  • 网络出版日期:  2021-04-09

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