Устройство для измерения относительных перемещений двух объектов

айн ГмбХ В 19 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(72) Роберт Мартин Петтигрю (С )(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОсителъных пеРемещений дВух ОБьектОВ(57) Изобретение относится к изме"рительной технике и предназначенодля измерения перемещений. Цельизобретения - повышение разрешающей способности за счет использования мелких дифракционных решеток с шагом 40 мм. При освещениипрозрачной и отражательной решеток световым пучком происходит взаимодействие изображения прозрачнойрешетки с отражательной решеткой,что. приводит к образованию интер,ференционной картины, детектированию,интерференционной картины и получению соответствующих выходных сигналов, несущих информацию об относительном перемещении двух элементов.Это обеспечивается фазоным смещением или сдвигом выходных сигналоввследствие того, что оптическаядлина пути при прохождении света отпрозрачной. решетки к отражательнойотлична от длины пути при обратномпрохождении света от отражательнойрешетки к прозрачной. Это происходит благодаря тому, что свет в прямом и обратном направлениях проходит через разные толщины материала,показатель преломления которого отличен от показателя преломления окружающей среды. При этом прозрачнаярешетка предпочтительно имеет ступенчатый профиль с прямоугольнымиступенями одинаковой высоты, чтосоздает прозрачную . решетку монотонновозрастающей толщины. Высота каждой ступени ступенчатой прозрачнойрешетки определяет сдвиг фазы, который не зависит от расстояния между решетками. 5 з.п, ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к измерительной технике, к устройствам дляизмерения относительных перемещений,основанным на использовании интер-ференционных муаровых полос, по которым,.можно измерять линейные и угловые перемещения.Цель изобретения - повышениеразрешающей способности за счет использования дифракционных решетокс шагом 40 мм,На.фиг, 1 изображена оптическаясхема устройства; на Фиг. 2 - схемапрозрачной и отражательной решеток,на фиг3 - оптическая схема устройства, вариант,Устройство содержит источник 1оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения коллимирующую линзу 2, прозрачную решетку 3, скренляемую с однимиз объектов, выполненную из материала с показателем преломления, отличным от показателя преломлениясреды, имеющую монотонно изменяющуюся оптическую толщину, и отрцажательную масштабную решетку 4,скрепляемую с другим объектом, тридетектора 5-7, расположенных со стороны источника 1 фокальной плоскости линзы 2 в зоне формирования нулевого порядка и положительного иотрицательного первых порядков дифракционного изображения соответственно. Прозрачная решетка 3 ориентирована так, что оптические длины пу"тей света в направлении от прозрачной решетки 3 к отражательной решетке 4 и от отражательной решетки4 к прозрачной различны,Кроме того, решетка 3 может иметьмонотонно возрастающую оптическуютолщину, выполнена со ступенчатым 45профилем и установлена так, что еепрофиль обращен к отражательнойрешетке 4, штрихи которой выполнены в виде канавок прямоугольной формы, а устройство снабжено оптическим элементом, установленным меж. ду прозрачной 3 и отражательной 4решетками.и имеющим монотонно увеличивающуюся оптическую. толщину иступенчатый профиль, ступеньки которого имеют одинаковую высоту иширину,Устройство работает следующим образом. При освещении прозрачной 3 и отражательной 4 решеток световым пучком от источника 1 оптического излучения изображение прозрачной решетки 3, скрепляемой с объектом, взаимодействует с отражательной решеткой 4, что приводит к образованию интерференционной картины. Вследствие того,что оптическая длина пути при прохождении света от прозрачной решетки 3 к отражательной отлична отдлины пути при обратном прохождениисвета от отражательной решетки 4 кпрозрачной из-за того, что свет проходит через разные толщины материала,показатель преломления. которых отличенот показателя преломления окружающей среды,. происходит Фазовое смещение или сдвиг выходных сигналов,регистрируемых Фотодетекторамц 5-7,установленными в Фокальной плоскостилинзы 2 в зоне Формирования нулевого порядка и положительного и отрицательного первых порядков дифракционного изображения соответственно,Эти сигналы несут информацию об от-носительном перемещениц двух объектов.Различные оптические пути достигают с помощью ступенчатого профиляпрозрачной решетки 3, В другом варианте прозрачная решетка обычна, аэлемент с шаговым профилем помещается между прозрачной 3 и отражательной 4 решетками и служит для получения необходимой разности оптической длины пути,Высота шага 11 ДЕ профильной прозрачной решетки 3 определяет фазовоесмещение выходных сигналов. Предпочтительно она должна быть такой,очтобы обеспечить сдвиг фазы на 120В предпочтительном варианте прозрачная решетка 3 имеет прямоугольныйпрофиль. Она должна обеспечиватьмаксимальное пропускание света имаксимальный контраст полос в первомдифракционном порядке. Отражательная решетка должна обладать 100-процентным отражением и предпочтительно изготавливается из прочного и долговечного материала. Профиль канавок прямоугольный. В практическом варианте компоненты 1-3 и 5-7 должны находиться на считывающей головке, подвижной относитежно отражательной штриховой ре450761 зветки 4, Выходные сигналы с фотодетекторов 5-7 характеризуют в этом случае величину и направление перемещения считывающей головки относительно; неподвижной решетки 4. Таким образом, линейные и угловые относительные перемещения объектов могут быть измерены. формула изоб ретения 1. Устройство для,измерения относительных перемещений двух объектов, содержащее источник оптического излучения и последовательно установленные по ходу излучения коллимиРующую линзу, прозрачную решетку, скрепляемую с одним иэ объектов, и отражательную масштабную решетку, скрепляемую с другим объектом, и три детектора, расположенных со стороны источника в фокальной плоскости линзы в зоне формирования нулевого порядка и положительного и отрицательного первых порядков дифракционного изображения соответственно,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, прозрачная решетка выполнена из материала с показателем преломления, отличным от показателя преломления среды, имеет монотонно изменяющуюся оптическую толщину и ориентирована так,что оптические длин путей света инаправлении от прозрачйой решетки котражательной решетке и от отражательной решетки к прозрачной различны.2. Устройство по и, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что прозрач О ная решетка имеет монотонно возрастающую оптическую толщину.3. Устройство по пп. 1-2, о т -,л и ч а ю щ е е с я тем, что прозрачная решетка выполнена со ступен чатым профилем и установлена так,что ее профиль обращен к отражательной решетке.4. Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что оно снаб-, 2 О жено оптическим элементом, установленным между прозрачной и отражательной решетками иимеющим монотонно увеличивающуюся оптическую толщину иступенчатый профиль.25 5, Устройство по пп. 3-4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что все ступеньки. профиля имеют одинаковуювысоту и ширину 1-5.Зо 6, Устройство по пп, 1-5, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что штрихи отражательной решетки выполнены в виде канавок прямоугольной формы.1450761 ставитель В. Климо Техред М,Ходанич ректор Н,Корол едактор А, Козори каз 6984/ пис изводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Государственно по делам изобретени113035, Москва, Ж, Р Тираж 680комитета ССи открытийушская наб.,