Способ и устройство для измерения длин интерференционным методом

Л 49371 АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИ роиства для ренционным мерения длинметодом.ц,заявленному 9 март188748). соба и интому свидетельству У. О, Швар193 б.гбда (спр. о перв. М а опублико аио 3", августа 1936 вторского свидетельства выд Обычно измерение какой-либо длины при помощи интерференции света заключается в следую 1 рих этапах:а 1 измерение первичного эталона,.б) оптическое сравнение первичного эталона с последующим, превышающим его длину в несколько раз (так называемое оптическое умножение" ), повто. рение этого процесса до тех пор, пока не будет достигнута длина последнего подлежащего определению эталона.Если первичный эталон был измерен непосредственно в длинах волй, то величина последнего эталона может быть выражена в длинах световых волн.До настоящего времени оптическое умножение" давало возможность сравни-вать какой. либо эталон с другим, превышающим его в 2 - 8 раз и в исключительных случаях в 10 раз. При этом переход от длины последнего концевого эталона к штриховой мере осуществляется обычно при помощи вспомогательныхплиток, притираемых к зеркалам, в ред-: ких случаях пользуются двумя сторонами зеркала, учитывая толщину последнего,В отличие от методов, применявшихся до сих пор, предлагаемый диференциальный метод дает возможность перехода от длины одного эталона к длине следующего, превышающего его в 30, 50 и более раз, причем этот метод обладает, кроме того, еще некоторыми преимуществами, например, от сутствием необходимости применения всп смога тел ьн ых пл иток.На фиг. 1 и 2 чертежа дана схема одного из вариантов применения диференциального метода.В 5 установлен точечный источник света, от которого при помощи объектива О, получают три параллельных пучка 1, 11 и П 1, расположенных один над другим. Средний пучок 1 П проходит через вырез а в зеркале Т, (фиг. 2), отражается от средины зеркала Т, и возвращается через второй вырез Ь зеркала Т проходит через диафрагму В и объектив О., и дает в фокальной плоскости последнего изображение Р источника света. Верхний пучок П проходит несколько выше выреза а, а потому отражается от зеркала Т, и верхнего зеркала эталона Е несколько раз, причем в случае, если эти зеркала параллельны друг другу, в результате последнего отражения от зеркала Т, пучок П поступает в объектив Оа параллельно пучку 111. Нижний пучок 1 отражается многократно между зеркалом Т, и нижним зеркалом эталона Е и в результате также попадает в точку Р,При условии, что перед объективом О, пучки поступают через диафрагму В с вырезами для каждого пучка, они могут в точке Г дать явление интерференции, если оптические длины пучковравны. Это может иметь место, еслидлина У, или У, укладывается несколькораз без остатка в общем расстоянииЕ, + Уг или соответственно Х, + У, или,другими словами, обозначая кратностьувеличения расстояния У, через и, и кратность увеличения У 2 через ггпучки У и УУУбудут интерферировать при У, и, =Е,++Р а пучки 77 и УУУ - при Р, гг,=Е+УПрактически этого добиться трудно.Допустим, что зеркала установлены так,что У, гг,=Е,+У,+Ь,; Р,л,=Е+У,+Ь.где Ь, и Ь 2 - небольшие поправки, измеряемые путем передвижения последнего зеркала 7, или при помощи комненсатора, Положим еще, что гг, - а,=1;расстояние, между плоскостями зеркалнашего исходного эталона обозначимчерез Е, тогда имеем следующие соотношения:1) У., - У,:Е, . (1)2) Е,=гг, У, - У,+Ь, (2)3) У 2 гг 2 У 2 У 2+ гР)4) ггг - пг =1(4)Отсюда получаемЕ -- Е пг (и 2 1)+(Ь 2 -- Ь) лг+ Ьз (5)Зная величину основного эталона Е,кратность увеличения исходного расстояния гг, и измерив величину поправокЬ и Ь., можно получить величину всего расстояния Е,. Величины поправокЬ, и Ь,. будут равны нулю при условиях:У,= -- г 2 ---- (б)ЕЕп - 1 пэ - 2В этом случае длина основного эта.лона равна:Е - г, (7)Хп (п 2 - ЦКратность увеличения исходного расстояния равнас.,э = - - = гг, (гг, - 1) (8)ЕТак, например, для измерения 3-метрового расстояния при гг, = б, и, = 5 требуется эталон длиной всего в 150 ммпо формуле (7); кратность увеличенияисходного расстояния равна 20 по формуле (8), Это дает возможность непосредственного измерения исходного эталона в длинах волн и перехода в одинприем к 3-метровому расстоянию никакими применявшимися до сего времени способамы этого нельзя было достичь. От расстояния Е, между отражающими поверхностями зеркал необходимо перейти к расстоянию Е 2 междуштрихами, нанесенными на зеркалах,и к расстоянию Е, между осями микро.скопов, Вводя следующие обозначения:х - расстояние между поверхностьюи штрихом зеркала 7;у - расстояние между поверхностьюи" штрихом зеркала 7;и, - отсчет на штрих зеркала 7;. помикроскопу Мгт, - отсчет на штрих зеркала 72 помикроскопу М 2имеем:Е = Е, - (х - у)Ез = Ег - (и, - пг:)отсюда;Ез.=г (х - у) - (т, - т,)(9)Величина х - у является постояннойдля данной установки и может бытьопределена с большой точностью интерференционных путей (без вспомогательных плиток), но можно эту величину ине определять, а сделать два приемаизмерений, переставив зеркала 7; и 7;взаимно. Тогда второе измерение даетдля Е величинуЕ, =Е, - (у - х) - (и, - пг,)(10)из формул (9) и (10) получают:У.з - ,г Е 1+У.г (пг 1 т 2) (тЗ т 2 А(11)В последней формуле символы обозначают:Е, - расстояние между осями микроскопов ГЕ, - расстояние между поверхностямизеркал г и 7., согласно формуле (5), полученное при первомприеме,Е, - то же, но при втором приемес переставленными зеркаламипгт; - отсчеты на штрихи зеркал попервому и второму микроскопупри первом приемеит, - то же, при втором приеме с переставленными зеркалами.Отсюда видно, что переход от концевой меры (поверхности зеркал) к линейной мере или, что то же самое, -к осям микроскопов осуществляется безвспомогательных плиток, притираемыхк зеркалам, т, е, устраняется один изисточников ошибок, присущих большинству применявшихся до сего времениспособов. Вместе с этим совершенноотпадает необходимость измерения толщины серебряного слоя на зеркалах.Поэтому предлагаемый метод можетбыть применен с успехом для измеренияв длинах волн образцовых мер различной длины (1 - 3 - 4 лю), а также дляком парирования инва рных 24 - 48 метро-,вых проволок, отличаясь простотой технологического процесса при сохраненииточности, присущей интерференционнымметодам. Возможно, что метод удается 1применить также для высоко точныхбазисных измерений, преимущественнодля контрольных базисов, ибо при по-мощи 2-метрового концевого жезла,с зеркалами (в свою очередь измерен-ного в длинах волн) - за один приемможно измерить расстояние в 60 метров,Йа фиг. 3 чертежа дано нескольковариантов, отличающихся от первоговарианта лишь взаимным расположе-нием зеркал. В соответствии с этим не-;сколько изменяются формулы (1) - (11);методика измерений для всех вариантоводинакова,На фиг. б чертежа дано видоизмене.ние устройства, в котором примененыдва ступенчатых эталона Еи Е, раз.личных длин,Концевой эталон Е может быть изготовлен либо в виде бруска из достаточно стабильного материала, либо в виде кварцевого, стеклянного или металличе. ского жезла, к которому притерто на молекулярный контакт (или приварено) два зеркала.Предмет изобретения.1. Способ измерения длин интерфе. ренционным методом, основанный на сличении между собою двух длин, ограниченных взаимно параллельными отражающими плоскостями, путем использования многократных отражений между ними нескольких световых пучков, исходящих от общего источника света, отличающийся тем, что, с целью получения возможно большего коэфициента кратности между эталонным расстоянием и измеряемым, на основе измерения диференциальной разности хода трех или, более световых пучков, приближенно различной кратности, определяют иско. мую длину Е как функцию исходного расстояния, Е.2, Устройство для осуществления способа по и. 1, состоящее из четырех взаимно параллельных зеркал, отличаю. щееся тем, что в качестве исходного расстояния Е применен известный ступенчатый эталон,3. Видоизменение устройства по и. 2, отличающееся применением двух ступенчатых эталонов Е, и Е различных длин.