Измерительный преобразователь перемещений

(5) ЫИ КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОСУДАРСТВЕННПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСК Ермохин терферомет,тоэлекнформа 974,(46) 30.05.91. Бюл. М 20(57) Изобретение относится к иэмери"тельной технике и может быть использовано для"прецизионных измеренийперемещений в микроэлектронике, электронографии и т.д. Цель изобретенияповышение разрешающей способностий упрощение конструкции преобразователя за счет использования эффектадвулучепредомления для создания разности фаз интерферирующих волн световых пучков. Излучение источникапроходит модулятор, выполненный ввиде последовательно установленныхполяризатора 2 и двух одинаковых поформе клиньев 3, 4, один из которыхсвязан с контролируемым объектом.Клинья 3, 4 изготовлен иэ оптически анизотропного материала. Входнаягрань клина 3 и выходная грань клина 4 расположены перпендикулярносветовому пучку, оптические оси материалов клиньев 3, 4 перпендикулярнысветовому пучку и ребрам острых углов клиньев. Прилежание грани клиньев 3, 4 параллельны между собой. На выходе поляризатора 2 излучение становится плоскополяриэованным подо углом 45 к оптическим осям клиньев 3, 4. На выходе клиньев образуются две составляющие, взаимно сдвинутые о Фазе на угол , пропорциональный суммарной толщине й в просвечиваемом участке. Часть излучения, прошедшая через разделительную призму 5; поступает сквозь анализатор 6 и линзу 9 на торец световода 11, вторая ветвь излучения сквозь четвертьволновую фазосдвигающую пластинку 7, второй анализатор 8 и вторую линзу 10 посту- а пает на торец световода 12. С выхоЩ дов световодов 11 и 12 световые пучки поступают соответственно на фотоприемники 13 н 14, сигналы с которых С подаются на блоки 1516 вычитания. Прн движении связанного с контролируемым объектом клина 3 меняются величины Й и, следовательно, 8, что приводит к изменению фототоков, снимаемых с фотоприемников 13, 14, пропорционально сов о/2 для излучения, отклоненного призмой 5, и пропорционально сов (3+7/2)/2 для излучения,не отклоненного призмой 5 и прошедшего через фаэосдвигающую пластинку 7. В блоках 15, 16 из значений фотото" ков вычитаются постоянные составляющие. Полученные значения фототоков подаются на вход квадратурного сумматора 15, сигнал на выходе которого линейно связан с контролируемым перемещением клина 3. 2 нл.Изобретение относится к измери-. тельной технике и может быть исполь" эовано для прецизионных измерений перемещений в микроэлектронике, алек" трояографии и т.д.Цель изобретения - повышение разрешающей способности и упрощение конструкции преобразователя за счет использования эФфекта двулучепреломлеяия для создания разности фаз интерферирующих волн световых пучков.На фиг. 1 представлена Функциональная схема измерительного преоб" раэователя перемещений; на фиг 2 - 15 графики изменения фототоков на выходах Фотоприемников.Устройство содержит источник 1 излучения,- Модулятор, выполненный в виде поляризатора 2 и оптических 20 клиньев Э, 4, изготовленных из оптически анизотропного.материала. Далее в ходе излучения установлена разделительная призма 5, перекрывающая часть излучения и отклоняющая ее на некото рый угол э в одной из ветвей разде.ленного излучения установлен первый анализатор 6, в другой ветви - четвертьволяовая Фазосдвигающая пластинка 7 и второй анализатор 8, За анализаторами 6,8 в каждой иэ ветвей излучения последовательно установлено о линзе 9,10, световоду 11,2 н фотоприемнику 13,14, Схема обработки сигналов содержит подключенные к выходам фотоприемников 1 Э, 14 блока 5, 16 вычитания и квадратурный сумматор 7, подключенный к выходам блоков 15,16 вычитания.В качестве источника 1 используется одномодовый лазер, Клинья 3 и 4 40 изготовлены из оптически анизотропно" го материала, например нэ исландско" го шпата. Входная грань клина Э и выходная грань клина 4 расположены перпендикулярно световому пучку, Оп тические оси 0-0 материала клиньев 3 и 4 перпендикулярны световому пуч. ку и ребрам острых углов клиньев. Прилежащие грани клиньев Э и 4 параллельны между собой. Направление 50 движения перемещаемого клина параллельно взаимно прилежащим гранямклиньев 3 н 4 н перпендикулярно реб"рам углов клиньев, Указанные взаимное . расположение светового пучка и клиньев и направление движения перемещаемого клина обеспечивают неизменность положения светового пучка в пространстве при движении клина Э. Приэва 5 выполнена в виде стеклянного клина,фаэосдвигающая пластинка 7 создает четвертьволновой (й/2) Фазовый сдвиг составляющих второй (яеотклояеяяой) частоты светового пучка. Ось наибольшей скорости фаэосдвигающей пластинки 7 параллельна оптической осям клиньев 3 и 4, Плоскости поляризации поляризатора 2 и анализаторов 6 и 8 составляют с оптическими осями клиньев 3 и 4 угол 45Устройство работает следующим образом.Излучение от источника 1 последовательно проходит поляризатор 2, клинья 3,4 и разделительную призму 5,Часть излучений, прошедшая черезпризму 5., поступает сквозь анализатор 6 и линзу 9 на торец световода11, а вторая ветвь излучения. сквозьчетвертьволновую фаэосдвигающую пластинку 7, второй анализатор 8 и вто"рую линзу 10 поступает яа торец световода., 12. С выходов световодов 1и 12 световые пучки поступают соответственно на Фотоприемники 13 и 14,сигналы с выходов которых подаютсяна входы блоков 5 и 16 вычитания.Световой пучок, ставший на выходеполяризатора 2 плоскополяризованяымпод углом 45 к оптическим осям клиньев 3 и 4, распадается в клиньях надве составляющие, которые на выходеклина 4 взаимно сдвинуты по фазе наугол , пропорциональный суммарнойтолщине д клиньев в просвечиваемомучастке,В связи с изменением Д, а следовательно, н 3 при движении перемещаемого клина 3, связываемого с контролируеааи объектом, величина ф, излучения, отклоненного призмой 5, на выходе иэ анализатора 6 изменяется по Формулеф ф"и сов 2 фс 8(1)а величина ф излучения, яе прошедшего сквозь йриэму 5, изменяется по ФормулеЧасти ф, и Ф излучения создаютна выходах фотоприемников 13 и 14соответственно фототоки 1, и 1,выражаемые соотношениями51, К,ф, (3)1 КФ (4)где К, и К - коэффициенты преобразования фотоприемников 13 и 14. Гра"фики изменения значений 1, и 1 взависимости от Ь, построенные с .учетом (1) и (4), приведены на фиг. 2.В блоках 5 и 16 вычитания иззначений 1, и 1 вычитаются постоянные составляющие, равные половинамих максимальных значений. С выходовблоков 15,и 6 вычитания значения1 и 1, косинусоидально связанные сперемещением Ь Ь перемещаемого. клинаЭ и взаимно сдвинутые по фазе на четверть периода, подают на вход квадратурного сумматора 17. Сигнал навыходе квадратурного сумматора, пред"ставляющий из себя векторную суммудвух,косинусоидальных сигналов, взаимно сдвинутых по фазе на % /2, линей.но связан с перемещением ЬЬ клина 3.Основным преимуществом предлагае"мого преобразователя является то, З 0что при. знаЧительно более простойконструкции он имеет лучшую разрешающую способность по перемещению..Так, фазовый сдвиг Е2 е при клинеиэ исландского шпата и -п, 0,172,у 6 и длине волны излучения лазера%0,63 соответствует перемещениюЬЬ ф.4 мкм,Реализуя разрешение по фазовомусдвигу, можно при вышеуказанных параметрах получить разрешение по перемещению до 0,04 мкм.Формула изобретения: Измерительный преобразователь перемещений, содержащий последовательно установленные источник излучения, модулятор, фотоприемники и подключенную к ним схему обработки сигналов, о т л и ч.а ю щ и й с я тем, что,- с целью повышения разрешающей способности и упрощения конструкции преоб" разователя, он снабжен установленными по ходу излучения между модулятором и фотоприемниками разделительной призмой, предназначенной для деления излучения на две ветви, анализатором, установленным на одной иэ ветвей разделенного излучения, четвертьволно вой фазосдвигающей пластинкой и анализатором, установленными во второй ветви разделенного излучения, модулятор выполнен в виде размещенных по ходу излучения поляризатора и двух клиньев иэ оптически анизотропного материала, которыеустановлены так, что пучок излучения перпендикулярен входной грани первого по ходу излучения клина и выходной грани второго клина, взаимно прилежащие . грани клиньев параллельных друг другу, клинья ориентированы так, что их оптические оси перпендикулярны пучку излучения и ребрам острых углов клиньев, один иэ клиньевустанов-. лен с возможностью перемещений в направлении, параллельном взаимно нрилежащим граням клиньев, и предназначен,аля связи с контролируемым обьектом, поляризатор и анализаторы уста" новлены так, что плоскости их поляризации составляют с оптическими осяоми клиньев углы 45, четвертьволновая пластинка расположена так, что ось наибольшей скорости фаэосдвигающей пластинки параллельна оптическим осям клиньев, а схема обработки сигналов выполнена в ниде блоков вычитания, входы которых подключены к выходам фотоприемников, и квадратур- ного сумматора, подключенного к выходам бЛоков вычитания..Тводственно-полиграфическое предприягие, г. Ужгород, ул, Проектная ВЙИИПИ Госуд по делам иМЗО 35, Иосква,раж 391 Оарственного комитета ССС обретений и открытий 3-35, Раушская наб., д.