SU1525446A1 - Интерферометр дл измерени линейных перемещений объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещений и длин объектов, в частности в производстве интегральных микросхем. Цель изобретени  - повышение точности измерени  линейных перемещений объекта - достигаетс  за счет увеличени  количества циклов отражени  путем введени  дополнительных световозвращающих систем. Луч света от когерентного источника 1 проходит через пластинку 2 λ/8, разбиваетс  делителем 3 пучка на два луча. Каждый из этих лучей направл етс  в одну из ветвей интерферометра, состо щую из последовательно расположенных первой световозвращающей системы, например, 14, уголкового отражател  18 и второй световозвращающей системы 16. Количество циклов отражени  луча системами 14 и 16 определ етс  геометрическими параметрами отражателей в световозвращающих системах и параметром когерентного излучени  источника 1 - диаметром пучка.Друга  ветвь интерферометра выполнена аналогично. После отражени  в обоих ветв х интерферометра лучи интерферируют на делителе 3 пучка. Фотоэлектронный блок 12 регистрирует количество интерференционных полос и направление их смещени  в результате перемещени  каретки 13. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещений и длин объектов, в частности в производстве интегральных микросхем.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  линейных перемещений объекта за счет увели - чени  количества циклов отражени  луча путем введени  дополнительных световозвращающих систем.

На фиг.1 представлена принципиальна  схема интерферометра; на фиг.2 - схема световозвращающей системы; на

фиг.З --схема световозвращающей системы, вид слева; на фиг.4 - взаимное расположение уголковьк отражателей в световозвращающей системе; на Лиг.5 - ход луча в световозвра- щаксщх системах одной ветви интерферометра; на фиг.6 - функциональна  схема фотоэлектронного блока.

Интерферометр дл  измерени  линейных перемещений объекта (фиг.1) содержит источник 1 когерентного излучени , установленные по ходу излучени  первую пластинку 2 и делитель 3 пучка излучени , который

сл

О)

оптически св зай с зеркалами 4 и 5, второй пластинкой 6 Л/8, котора  оптически св зана с зеркалом 7, и вторым делителем 8 пучка, с которым оптически св зано зеркало 9, два полроида 10 и 11, оптически св занные с делителем 8 пучка и зеркалом 9, фотоэлектронный блок 12, входы которого оптически св заны t пол роидами 10 и 11, каретку 13, две световоз- вращающие системы 14 и 15, установленные в каждой ветви интерферометра одна из которых оптически св зана с зеркалом 5, а втора  - с зеркалом 7, две световозвращающие системы

16и 17, установленные в каждой ветви интерферометра, два дополнительных уголковых отражател  18 и 19, оптически св зывающие световозвращающие системы 14, 15 и 16, 17 соответственно . Кажда  из световозвра- щенных систем состоит из уголкового отражател  соответственно 2О-23, укрепленного на каретке 13, двух уголковых отражателей, соответственно 24, 25, 26, 27 и 28, 29, 30, 31

и двух зеркал 32 и 33 (фиг.З), оптически св занных с уголковым отражателем соответственно 20, 21, 22, 23 и установленных таким образом, что уголковых отражателей соответственно 24 и 28 (фиг,1), 25 и 29, 26 и 30, 27 и 31 Перпендикул рны ребру уголкового отражател  соответственно 20, 21V 22, 23, биссектрисы пр мых углов смещень: параллельно одна другой на рассто ние, определ емое дл  уголковых отражателей 24, 25 28, 29 светопозвращательных систем 14 и 15 по формуле

8i« 0,5 d (j ч- 1),

а дл  уголковых отражателей 26, 27, 30, 31 световозвращанвдих систем 16,

17по формуле

5, 0,5-d -j, где d - ширина луча когерентного

света;

j - натуральнее число, определ емое из выражени  I6j + 48J + 16 п,

п - коэффициент умножени  оптической разности хода лучей света,

а середины зеркал 32 и 33 наход тс  н-а биссектрисах пр мых углов уголковых отражателей соответственно 24, 25, 26, 27 и 28, 29, 30, 31. От кра  уголкового отражател  соответ0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ственно 28, 29, 30, 31 параллельно его ребру выполнено дл  луча света окно 34 (фиг.4) длиной, равной длине ребра этого отражател , и шириной , определ емой по формуле

JO. d(j + 1)42, при этом дополнительный уголковый отражатель соответственно 18 и 19 оптически св зан через это окно 34 с отражател ми соответственно 20, 21,

22, 23, а рассто ние между его краем и краем сггражател  соответственно 28, 29, 30 и 31 равно ширине луча света, причем рассто ние между ребром и краем отражател , соответственно , 28, 29, 30, 31 выбрано из соотношени 

b dj:n i 16li2 32

Оптические оси пластинок 2 и 6 Л/8 параллельны плоскости пол риза- ции луча света, выход щего из источника 1. Оптическа  плоскость пол роида 10 параллельна плоскости пол ри- 3aiuiH одной из- ортогональных составл ющих луча света, упавшего на него, а оптическа  плоскость пол роида 11 перпендикул рна оптической плоскости пол роида 10. Делители 3 и 8 пучка выполнены таким образом, что разбивают падающий на них луч света на два луча света одинаковой интенсивности .

Фотоэлектронный блок 12 (фиг.6) содержит фотоприемники 35 и 36, входы которых оптически св заны со своими пол роидами 10, 11 (фиг.1), а их выходы электрически св заны с входами блока 37 определени  направлени  перемещени , а выход фотоприемника 35 также св зан с одним из входов реверсивного счетчика 38, второй вход которого св зан с выходом блока 37. выход реверсивного счетчика 38  вл етс  выходом интерферометра.

Интерферометр работает следующим образом.

Луч от источника 1 когерентного излучени  проходит пластинку 2 /8, в результате чего образуютс  два ортогонально пол ризованных оптических сигнгша, разбиваетс  делителем 3 пучка на два луча. Один из этих лучей зеркалами 4 и 5 направл етс  ,на световозвращающую систему 14 первой ветви интерферометра, отразившись от которой луч с помощыо отражател  18 направл етс  на световоз

515

вращающую систему 16; -отразившись световозвращающей системой 16, луч с помощью отражател  18 снова попадает на световозвращающую систему 14 и возвращаетс  с помощью зеркал 5 и 4 на делитель 3 пучка. Ход луча во второй ветви аналогичный. Сначала луч проходит через пластинку 6 и направл етс  зеркалом 7 на световозвращающую систему 15, затем через отражатель 19 входит в световоавра- щающую систему 17, через отражатель 19 снова направл етс  на световозвращающую систему 15 и через зеркало 7 и пластинку 6 А/8 возвращаетс  на делитель 3 пучка, где интерферирует с пучком из первой ветви. Ход луча в световозвращающей системе по сн етс  на фиг.5, где М,, М, ..., Mgg- точки отраже

ни  от отражателей;

М

м:

«1

23

М

la

М

и

М

ta

М

2i

МззMSZ ,

- точки входов в окно дл  луча света; точки выходов из окна дл  луча света.

При перемещении каретки 13 ход луча света в одной ветви интерферометра увеличиваетс , а в другой уменьшаетс . Разность хода лучей в обеих ветв х интерферометра определ етс  по формуле

Д ,

где п - коэффициент умножени  оптического хода луча; Пр - показатель преломлени 

среды, в которой распро- ст.ран ет   излучение; X - перемещение каретки 13. С другой стороны разность хода определ етс  выражением

где

п

Х N

(N + ЛК),

-длина волны излучени ;

-целое число длин волн.

25

30

счета световых полос, причем в зав симости от направлени  движени  ка ретки 13 вместе с отражател ми 20- 23 этот сдвиг либо отрицательный, либо положительный. Направление пе мещени  по двум сигналам от фотоприемников 35 и 36 определ етс  в блоке 37, который управл ет реверсивным счетчиком 38, определ ющим число импульсов, по вл ющихс  на вы ходе фотоприемника 35, представл ющим его в двоичном коде, а также определ ющим знак перемещени , при этом логической единице на знаковом выходе реверсивного счетчика 38 соответствует положительное перемещение , а логическому нулю - отрицательное . Коды числа световых полос и знака  вл ютс  выходной информа- 35 цией интерферометра.

Claims (2)

1. Интерферометр дл  измерений линейньк перемещений объекта, содер жащий каретку, предназначенную дл  св зи с объектом, и последовательно установленные источник когерентног излучени , пластинку А/8 и делите 45 пучка излучени -на две ветви, в одн из которых последовательно установл ны два зеркала и световозвращающа  .система, выполненна  в виде трех уголковых отражателей, расположенны

укладывающихс  в рассто - 50 последовательно так, что второй по

HC n

6

.

При перемещении каретки J3 перед окнами фотоприемников 35 и 36 (фиг.б) проход т световые полосы, причем кажда  светова  полоса соответствует изменению оптической разнести хода на одну длину волны света в данной среде. Фотоприемники 35 и 36 преобразуют оптические сигналы на своих входах в последовательности электрических импульсов, сдвинутых друг относительно друга по фазе на

90 , что Необходимо дл  реверсивного

счета световых полос, причем в зависимости от направлени  движени  каретки 13 вместе с отражател ми 20- 23 этот сдвиг либо отрицательный, либо положительный. Направление перемещени  по двум сигналам от фотоприемников 35 и 36 определ етс  в блоке 37, который управл ет реверсивным счетчиком 38, определ ющим число импульсов, по вл ющихс  на выходе фотоприемника 35, представл ющим его в двоичном коде, а также определ ющим знак перемещени , при этом логической единице на знаковом выходе реверсивного счетчика 38 соответствует положительное перемещение , а логическому нулю - отрицательное . Коды числа световых полос и знака  вл ютс  выходной информа- цией интерферометра.

Формула изобретени 

1. Интерферометр дл  измерений линейньк перемещений объекта, содержащий каретку, предназначенную дл  св зи с объектом, и последовательно установленные источник когерентного излучени , пластинку А/8 и делитель пучка излучени -на две ветви, в одной из которых последовательно установлены два зеркала и световозвращающа  система, выполненна  в виде трех уголковых отражателей, расположенных

последовательно так, что второй по

ние U ;

UN - дробное число, соответствующее изменению оптической разности в пределах одной длины волны излучени .

Таким образом, перемещение х карет13 можно представить как

ходу излучени  уголковый отражатель установлен на каретке и ориентирован так, что его ребро перпендикул рно ребрам двух других уголковых отража- телей, и двух зеркал, установленных по одному на первом и третьем по ходу излучени  уголковых отражателей нормально биссектрисам соответствующих npflhe ix углов отражателей, на краю грани первого по ходу излучени уголкового отражател  выполнено прозрачное окно, а в другой ветви последовательно установлены втора  пластина , зеркало и втора  свето возвращающа  система, выполненна  аналогично первой и ориентированна  так, что биссектри{:ы пр5{мьп угло вторых излу1ени  уголковых отражателей обеих еветовоэвращающих систем параллельны, второй делитель пучка излучени , установленный на выходе излучени  из обеих ветвей, зеркало, установленное по ходу отраженного вторым делителем пучка излучени , два пол роида, один из которых оптически св зан с зеркалом, а другой установлен по ходу прошед- шего через делитель пучка излучени , фотоэлектронный блок, оптически св занный с пол роидами, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  перемещений объекта, он снабжен двум  уголковыми отражател ми, установленными по одному в каждой ветви последовательно по ходу луча после световозвращаюдих систем, и двум  дополнительными све- товозвращающими системами, выполненными аналогично двум первым, установленными по одной в каждой ветви последовательно по ходу излучени  после уголковых отражателей, вторые по ходу излучени  уголковые отражате ли в дополнительных световозвращаю- цих системах расположены иа каретке, первые и третьи отражатели в виде двух и двух дополнительных световоз ,

вращающих системах расположены так, что биссектрисы пр мых углов параллельны , а рассто ние между ними определ етс  соответственно соотношени ми

, 0,5 d j,

Si- 0,5 d(j + 1),

где d - ширина пучкл излучени ;

j - натуральное число, определ емое из выражени  п - 16J + 48J + 16, где п - задаваемый коэффициент умножени  оптической разности хода лучей излучени ;

ширина грани третьего по ходу излучени  уголкового отражател  в первых двух световозврадающих системах определ етс  соотношением:

  - л jj 20 25 Q

35

40

Ьг,

i(p-±.,

т 32 а рассто ние между краем дополнительного уголкового отражател  в каждой ветви и краем третьего по ходу излучени  уголкового отражател  соответственно в каждой из Первых двух све- товозвращающей системы равно ширине луча света,

2. Интерферометр по п.1, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции, первые и третьи по ходу луча уголковые отражатели каждой из первых двух свето- возвращающей системы и соотв тствую- щей дополнительной световозвращающей системы в каждой из ветвей выполнены в виде одного уголкового отражател , на одну грань которого нанесено отражающее покрытие так, что отражающий слой равноудален от краев отражател  на четверть длины ребра отражател  и имеет толщины на одной половине грани 5ц, а на другой - определ емые выражени ми 42 ,.

If J- 6п- 2 3

12 d(j + 1).

а с кра  грани вдоль ребра выполнено прозрачное окно длиной на весь отражающий слой и шириной, определ емой по формуле (j + 1).

Чф

Фи9.-5

Фиг.5