Интерферометр для измерения расстояний Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к измери.тельной технике и может быть предназначено для .измерения больших рас стоянийи использовано преимущественно при проведении измерений в ге одезии.. Известен интерферометр для измерения расстояний, содержащий источник света, расположенные по ходу его лучей коллимируни ю оптическу р систему, светоделитель, концевые от ражатели и регистратор интерференционной картины 1). Недостатком интерферометра является малый диапазон измеряекк эх расстояний, обусловленный большими потерями света, возникающими при измерении больших расстояний. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является интерферометр для измерения расстояний, содержапшй источник света, выполненный в в{{де полупроводниковО ро лазера, расположенные последователь HOJ по ходу световых лучей коллимирукщую оптическую систему и светоделитель, деля1ций световые лучи на две ветви, концевые отражате ли, установленные в этих ветвях, и регистратор интерференционной карти .ны. В интерферометр входит сферическое полупрозрачное зеркало, орентированное так, что центр его кривизны лежит на поверхности обращенной к нему грани лазера в области его р-п перехода, и образует вместе с полупроводниковым лазером активную линию задержки 2. Недостатком интерферометра является выполнение приближенной оценки измеряемого расстояния с помощью ; дополнительного дальномера, что не позволяет обеспечить высокую производительность измерения. Цель изобретения - повышение про изводительности измерения. Поставленная цель достигается тем, что интерферометр снабжен последовательно расположенными по ходу.световых лучей со стороны противоположной коллиьЛирунадей оптической системе, дополнительной коллимирукмцей системой, выполненной в виде микрообъектива, клиновым компенсатором и плоским зеркалом. На чертеже изображена принципиальная схема интерфероь етра для измерения расстояний. Интерферометр содержит источник света, выполненный в виде полупроводниковрго лазера 1, коллимируюдую оптическую систему 2, выполненную в виде положительного объектива, светоделитель 3, разделягаций световой пучок лазера 1 на две ветви, рабочую ветвь и ветвь сравнения, концевой отражатель 4, установленный в рабо 1ей ветви, концевой отражатель 5 с м анизмом 6 перемещения в ветви срав )1ения ), регистратор 7 интерференционной картины, дополнительную коллимирующую систему 8, выполненную в ви .де микрообъектива, установленного во втором выходном пучке лазера 1, по ходу которого помещены также клиновый компенсатор 9 с механизмом 10 перемещения и плоское зеркало 11. Интерферометр работает следукадим образом. Часть света от источника света, выполненного в виде полупроводникового лазера 1, коллимируется коллими рующей оптической системой 2, проходит светоделитель 3 и поступает в рабочую ветвь интерферометра. Концевой отражатель 4 возвращает падающий на него пучок в обратном направлении, а светоделитель 3 направляет его в регистратор 7 интерференционно картины. Другая часть света от лазера 1, выходящая в сторону противоположную измеряемому расстоянию, отражается от граней лазера и плоского зеркала 11, выходит через грань лазера, обращенную в сторону измеряемого расстояния, коллимируется коллимиругаией оптической системой 2, отражает ся от светоделителя 3 и поступает в ветвь сравнения интерферометра. Отражатель 5 возвращает падающий на него пучок в обратном направлении, затем этот пучок проходит через светоделитель 3 и поступает на регистра тор 7 интерференционной картины. При многократных прохождениях этого пучка между гранями лазера 1 и плоским зеркалом 11 он последовательно колли мируется и фокусируется дополнительной коллимирунщей системой 8 и получает дополнительную оптическую разность хода в просветленном клиновом компенсаторе 9. Если оптические длины путей двух описанных пучков уравнены с точностью до длины когерентности излучения лазера 1 в используемом режи ме работы (rJSO мкм), то на входе регистратора 7 возникает интерференционная картина. По максимальному контрасту интерференционной картины, который фиксируетсярегистратором 7, длины оптических путей могут быть уравнены с точностьюл/L мкм. Измерение расстояния осуществляет ся в следующей последовательности. В рабочую ветвь интерферометра устанавливают вспомогательное зеркало показано пунктиром), удаленное от светоделителя 3 на расстояние, примерно равное расстоянию от светоделителя 3 до концевого отражателя 5. С помощью механизма б перемещения выравнивают эти расстояния, что контролируется по появлению и максимальному контрасту интерференционной картины с помощью регистратора 7 интерференционной картины. Вспомогательное зеркало выводят из хода лучей. Изменяя толщину просветленного клинового компенсатора 9, с помощью механизма 10 перемещения, вновь добиваются появления и максимального контраста интерференционной картины и снимают отсчет XQ, котороу соответстствует U - оптическая длина активной линии задержки, образованной плоским зеркалом 11 и гранями лазера 1 . При этом выполняется равенство NL D, U) где N - число .проходов лазерного пучка внутри активной- линии зедержки; D - измеряемое расстояние. Затем изменяют оптическую длину активной линии задержки с помощью клинового компенсатора 9 до появления следующего максимума интерференционной картины и снимают отсчет х , которому соответствует изменение оптической длины линии задержки на дЦ. При этом выполняется равенство 4N+-lKL-aU)D . 2Г Совместное решение уравнений (1) и (. 2 ) дает искомую величину измеряемого расстояния 1Э(и-ли). Снабжение, интерферометра активной линией задержки с перестраиваемой оптической длиной позволяет упростить и сократить время измерения за счет исключения приближенной оценки измеряемого расстояния с помощью дополнительного дальномера. Формула изобретения Интерферометр для измерения расстояний, содержащий источник света, выполненный в виде полупроводникового лазера, расположенные последовательно поХОДУ светового пучка коллпмиругадую оптическую систему и светоделитель, делящий световой пучок на две ветви, концевые-отражатели, установленные в этих ветвях, и регистратор интерференционной картины, отличающий с я тем, что, с целью повышения производительности измерения, он снабжен последовательно расположенными по ходу светового, пучка со стороны, противоположной коллими:рующей оптической системе, дополнительной коллимируквдей системой, выполненной в виде микрообъектива, клиновым компенсатором и плоским зеркалом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кондрашков А.в. Интерференция света и ее применение в геодезии. М,, Геодезиздат, 1956, с. 87-88.

2.Автооское свидетельство СССР по заявке к 3218107/25-28,

кл. Q 01 В 9/02, 1980 ХПРОТОТИП).