;Изобретение отноЬится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения длины и линейных перемещений объектов.
Известен интерферометр типа Майкельсона для измерения линейных перемещений объекта с изменяемой оптической разностью хода, содержащий подвижную каретку, светоделитель, компенсирующую пластину, неподвижное зеркало, подви;хное зеркало, установленное на каретке с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной плоскости перемещения каретки, при этом направление перемещения каретки составляет угол с оптической осью изменяющегося плеча 1 .
Недостатком известного интерферометра является низкая точность измерения из-за погрешностей, связанных с непрямолинейностью перемещения каретки, с отклонениями от заданного угла между направление перемещения каретки и оптической осью изменяющегося плеча. Кроме того, при перемещении зеркала с кареткой происходит его смещение в направлении, перпендкулярном оси интерферометра, что поизначительных интервалах перемещения вызывает необходимость в увеличении размеров и массы самого зеркала.
Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является интерферометр для измерения линейных перемещений объекта, содер-. жаций последовательно расположенные источник света и коллиматор, каретку связываемую с объектом, светоделитель, три плоских зеркала, одно из которых подвижное, а одно неподвижное, и фотоприемник. Подвижное плоское зер1сало расположено под углом к оптической оси переменного плеча, одно из неподвижных плоских зеркал установлено по ходу световых .лучей за подвижным плоским зеркалом, а другое - закреплено в опорном плече 2.
Однако у Известного интерферометра невысокая точность измерения, обусловленная тем,что-цена интерОеренционных полос в нем не может быть меньше четвертой части длины волны испольауемого излучения, а также погрешностями установки и флуктуации угла между плоскостью подвижного плоского зеркала и оптической осью переменного плеча. Известный интерферометр требует также довольно сложную
юстировку, предполагакиую наличие эталонного интерферометра для измерения линейных перемещений.
Поставленная цель достигается за счет того, что интерферометр для измерения линейных перемещений оОъек та, содержащий последоватб;льно расположенные источник когерентного , монохроматического света и коллиматор, каретку, связываемую с объектом, светоделитель, три плоских зеркала, одно из которых подвижное, а одно не.подвижное, и фотоприемник, снабжен трехлучевой голограммой, образованно Нормальным опорным и двумя наклонным предметными световыми потоками, и двумя подвижными плоскими зеркалами, голограмма, светоделитель и все подвижные плоские зеркала расположены на каретке, голограмма установлена по ходу световых лучей за коллиматором перед неподвижным плоским зеркалом, светоделитель расположен перед голограммой, одно из подвижных плоских зеркал закреплено за холограммой параллельно ей, второе - перед голограммой параллельно светоделителю, а третье - между светоделителем и фотоприемником.
На чертеже изображена оптическая схема интерферометра для измерения линейных перемещений объекта.
Описываемый интерфероме тр содержит источник 1 -когерентного монохроматического света, коллимс1тор 2, подвижную каретку 3, неподвижное плоское зеркало 4, трехлучевую голограмму 5, подвижные плоские зеркала 6-8, светоделитель 9 и фотоприемник 10.
Источник 1 когерентного монохроматического света и., коллиматор 2 расположены последовательно и неподвижны. За коллиматором 2 на подвижной каретке 3 по ходу лучей установлена трехлучевая голограмма 5, образованная нормальным опорным и двумя наклонными предметныг ли потоками.
За голограммой 5 закреплены плоские зеркала 4 и 6, первое из которыхнеподвижно, а второе- связано с подвихсной кареткой 3, Плоское зеркало б параллельно голограмме 5. Перед голограммой 5 на подвижной каретке 3 размещены плоские зеркала 7 и 8 и светоделитель 9. Плоское зеркало 8 параллельно светоделителю 9. Плоское зеркало 7 помещено за светоделителем 9 II находится мехсду ним и фотоприемником 10.
Интерферометр работает следующим образом.
Световой поток от источника 1 когерентного монохроматического света расширяется коллиматором 2 и нормально- падает на голограмг/iy 5, установленную на подвижной каретке 3. За Голограммой 5 распространяются два восстановленных пот.ока. Один из потоков, отразившись от плоских зеркал б и 8, направляется на светоделитель 9. Второй поток отражается от неподвихсного плоского зеркала 4. проходит голограг-му 5 и также попадает на светоделитель 9. Потоки на светоделителе 9 совмещаются и интерферируют . Интерференционный пото направляется плоским зеркалом 7 на Оотоприемник 10.
При перемещении подвижной каретки 3 происходит изменение оптического пути в плече с неподвижным плоским зеркалом 4, а, следовательно, и оптической разностью хода меищу интерферирующими на светоделителе 9 пучкаг/ш света. ,Возникшую разность хода определяют по числу интерференционных полос при помощи фотоприемника 10.
Период интерференционной картины соответствует изменению разности хода лучей с на длину волны используемого излучения Л . При перемещении подвижной каретки 3 на расстояние х оптическая разность хода rf равна 2L), где LX - изменение оптического пути до неподвижного плоского зеркала 4. Очевидно, что
I V- , COWL
где 0 - угол мезкду направлением перемещения и направлением распрост ранения восстановленного потока (ил угол между опорным и предметньи-i пучками ). Тогда
СГ-2.1Хсовл
Отсюда
у. djCOSd.. 2Определяем из этого выражения цену интерференционных полос 1 с учетом того, что if Л
р. .
Смещение на одну интерференционную полосу в описываемом интерферометре соответствует перемещению подвижной каретки.3 на расстояние 1.При изменении угла оС можно менять цену интерференционных полос 1 в преде- лах от нуля до Х/2, так как О cosotsl.
В описываемом интерферометре для измерения перемещений цена интерференционных полос может быть значительно меньше, чем четвертая часть длины волны излучения X(О 1 S А/2). Угол между направлением пучка в измерительном плече определяется углом между опорным и предметными потоками в процессе записи голограммы 5 и потоглу при проведении измерений он не меняется, что позволяет исключить погрешности, обусловленные неточностью установки указанного угла. Интерферометр не требует сложной
юстировки, так как угол d между напpaBJleHHeM перемещения и направлением распространения потока в измерительном плече задается при записи голограммы 5.
Таким образом, введение новых элементов и соответствующих связей позволяет повысить точность измереиия более, чем в два раза. Описываемый интерферометр может найти широкое применение в системах аттестации штриховых и концевых мер, в установках автоматизированного контроля линейных размеров топологии, плоско-параллельных объектов, в приборах для измерения показателей преломления прозрачных веществ.
Формула изобретения
Интерферометр для измерения линейных перемещений объекта содержащий последовательно расположенные источник когерентного монохроматического света и коллиматор, каретку, связываемую с объектом, светоделитель.
три плоских зеркала, одно из которых подвижное, а одно неподви хное, и фотоприемник, отличающийс и тем, что, с целью повЕЛ1: ния точности измерения, он снабжен трехлучевой голограммой, образованной нормальным опорным и двумя нaклoнны aI предметными световыми потоками, и двумя подвижними плоскими зеркалами, голограгФ1а, светоделитель и все подвихсные плоские зеркала расположены на каретке, голограмма установлена по ходу световых лучей за коллиматором перед неподвижным плоским зеркалом, светоделитель расположен перед голограммой, одно из подвижных плоских зеркал закреплено за голограммой параллельно еП, второе - перед голограм; юй параллельно cвeтoдe lитeлю, а третье - ме)гсду светоделителем и фотоприемником.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1.Авторское свидетельство СССР N 688821, кл. С 01 В 9/02, 1979,
2.Авторское свидетельство СССР t 497466, кл. G 01 В 9/02, 1975
(прототип).
