SU1450761A3 - Устройство дл измерени относительных перемещений двух объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и.предназначено -дл  измерени  перемещений. Цель изобретени  - повышение разрешающей способности за счет использо- вани  мелких дифракционных решеток с шагом 40 мм. При освещении прозрачной и отражательной решеток световым пучком происходит взаимодействие изображени  прозрачной решетки с отражательной решеткой, что. приводит к образованию интер ференционной картины, детектированию .интерференционной картины и получению соответствующих выходных сиунат лов, несущих информацию об относительном перемещении двух элементов. Это обеспечиваетс  фазоным смеще- : нием или сдвигом выходных сигналов вследствие того, что оптическа  длина пути при прохождении света от прозрачной.решетки к отражательной отлична от длины пути при обратном прохождении света от отражательной решетки к прозрачной. Это происходит благодар  тому, что свет в пр мом и обратном направлени х проходит через разные толщины материала, показатель преломлени  которого от- личен от показател  преломлени  окружающей среды. При этом прозрачна  решетка предпочтительно имеет ступенчатый профиль с пр моугольньми ступен ми одинаковой, высоты, что создает прозрачную -.решетку монотонно возрастающей толщины. Высота каж- дой ступени ступенчатой прозрачной решетки определ ет сдвиг фазы, который не зависит от рассто ни  между решетками. 5 з.п. ф-лы, 3 ил. § СУ) с СП 05

Description

О

Изобретение относитс  к измерительной технике, к устройствам дл  измерени  относительных перемещений основанным на использовании интер- ференционных муаровых полос, по которым .-можно измер ть линейные и угловые перемещени .

Цель изобретени  - повышение разрешающей способности за счет ис-. пользовани  дифракционных решеток с шагом 40 мм.

На фиг. 1 изображена оптическа  схема устройства; на фиг. 2 - схема прозрачной и отражательной решеток, на фиг. 3 - оптическа  схема устройства , вариант.

Устройство содержит источник 1 оптического излучени  и последовательно установленные по ходу излучени  коллимирующую линзу 2, прозраную решетку 3, скрепл емую с одним из объектов, выполненную из материала с показателем преломлени , отличным от показател  преломлени  среды, имеющую монотонно измен ющуюс  Оптическую толщину, и стрца- жательную масштабную рещетку 4, скрепл емую с другим объектом, три детектора 5-7, расположенных со стороны источника 1 фокальной плоскости линзы 2 в зоне формировани  нулевого пор дка и положительного и отрицательного первых пор дков дифракционного изображени  соответствено . Прозрачна  рещетка 3 ориентирована так, что оптические длины путей света в направлении от прозрачной решетки 3 к отражательной решетке 4 и от отражательной решетки 4 к прозрачной различны.

Кроме того, решетка 3 может имет монотонно возрастающую оптическую толщину, выполнена со ступенчатым профилем и установлена так, что ее профиль обращен к отражательной решетке 4 штрихи которой вьшолне- ны в виде канавок пр моугольной формы , а устройство снабжено оптическим элементом, установленным между прозрачной З- и отражательной 4 решетками.и имеющим монотонно увеличивающуюс  оптическую.толщину и ступенчатьш профиль, ступеньки которого имеют одинаковую высоту и ширину.

Устройство работает следующим образом .

При -освещении прозрачной 3 и отражательной 4 решеток световым пучком от источника- 1 оптического излучени  изображение прозрачной решетки 3, скрепл емой с объектом, взаимодействует с отражательной решеткой 4, что приводит к образованию интерференционной картины. Вследствие того,что оптическа  длина пути при прохождении света от прозрачной решетки 3 к отражательной отлична от длины пути при обратном прохождении света от отражательной решетки 4 к прозрачной из-за того, что свет проходит через разные толщины материала,

показатель преломлени .которых отличен от показател  преломлени  окружающей среды, . происходит фазовое сме

щение или сдвиг выходных сигналов, регистрируемых фотодете кторамЦ 5-7, установленными в фокальной плоскости линзы 2 в зоне формировани  нулевого пор дка и положительного и отрицательного первых пор дков дифракционного изображени  соответственно. Эти сигналы несут информацию об от- .носительном перемещениц двух объектов .

Различные оптические пути достигают с помощью ступенчатого профил  прозрачной решетки 3. В другом варианте прозрачна  решетка обычна, а элемент с шаговым профилем помещаетс  между прозрачной 3 и о-тража- . тельной 4 решетками и служит дл  получени  необходимой разности оптической длины пути.

Высота шага профильной прозрачной решетки 3 определ ет фазовое смещение выходных Сигналов. Предпочтительно она должна быть такой, чтобы обеспечить сдвиг фазы на 120 . В предпочтительном варианте проз-

рачна  решетка 3 имеет пр моугольный профиль. Она должна об.еспечивать максимальное пропускание света и максимальный-контраст полос в первом дифракционном пор дке.

Отражательна  решетка должна обладать 100-процентным отражением и предпочтительно изготавливаетс  из прочного и долговечного материала . Профиль канавок пр моугольный. В практическом варианте компоненты 1-3 и 5-7 должны находитьс  на счи- тьшающей головке, подвижной относи- тельнр отражательной штриховой решетки 4, Выходные сигналы с фотодетекторов 5-7 характеризуют в этом :Случае величину и направление пере- мещени  считывающей головки относительно ; неподвижной решетки 4. Таким образом, линейные и угловые относительные перемещени  объектов могут быть измерены.

Claims (5)

1. Устройство дл  измерени  отно сительных перемещений двух объектов содержащее источник оптического излучени  и последовательно установленные по ходу излучени  коллими- рующую линзу, прозрачную решетку, скрепл емую с одним из объектов, и отражательную масштабную решетку, скрепл емую с другим объектом, и три детектора, расположенных со стороны источника в фокальной плоскости линзы в зоне формировани  нулевого пор дка и положительного и отрицательного первых пор дков дифракционного изображени  соответственно ., .отличающеес  тем, что, с целью повьщ1ени  разрешающей способности, прозрачна  решетка выполнена из материала с показателем преломлени , отличным от показател  преломлени  среды, имеет монотонно измен ющуюс  оптиче45076

скую толщину и ориентирована так, что оптические длин пут;ей света в направлении от прозрачной решетки к g отражательной решетке и от отражательной решетки к прозрачной различны .

2.Устройство поп 1, отли- чающеес   тем, что прозрач10 на  решетка имеет-монотонно возрастающую оптическую толщину.

3.Устройство по пп. 1-2, о т сличающеес  тем, что прозрачна  решетка выполнена со ступен- 15 чатым профилем и установлена так,

что ее профиль обращен к отражательной решетке.

4.Устройство по п. 1, о т л и - чающеес  тем, что оно снабг

20 жено оптическим элементом, установленным между прозрачной и отражатйль- ной решетками и имеющим монотонно увеличивающуюс  оп тическую толщину и ступенчатый профиль.

25

5.Устройство по пп. 3-4, отличающеес  тем, что все ступеньки.профил  имеют одинаковую высоту и ширину 1-5.

6,Устройство по пп. 1-5, отличающеес  тем, что штрихи отражательной решетки выполнены в виде канавок пр моугольной формы.

Фаг.1

аг, J

r

Wui,i