Интерферометр для линейных измерений

 

(72) Авторы изобретения

Я.М.Цейтлин, В.М.Бржезинский, В.В.Добрего и А.A.Âèøèãèí

I

) б (71) Заявитель (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для линейных измерений, в частности для измерений ступенчатых мер толщин покрытий.

Из вест ен и нтерферо метр повышенной чувствительности, поляризационный по схеме Дайсона, содержащий ис. точник света, поляризатор, призму

Волластона, объектив, установочную базу, четвертьволновую фаэовую пластину, компенсатор, анализатор (призма Глана-Фуко) и фоточувствительное устройство (1 ), Недостаток интерферометра состоит в.недостаточной устойчивости интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей, высоких требованиях к стабильности взаимного положения объектива и призмы Волластона, необ- щ ходимости использования настроечной плоскости для исключения исходной разности хода лучей, применении слоииых оптических элементов: призьы

Волластона, Глана-фуко, сложного объектива, четвертьволновой фазовой пластины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ин» терферометр для линейных измерений, содержащий источник света, разделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, диафрагму и установочную базу, расположенные в одной из ветвей, измерительный ёьезокераьический элемент с опорным зеркалом, расположенный в другой ветви, и фоточувствительное устройство с фазовым детектором.

Измерительный пьеэокерамический элемент обеспечивает модуляцию опорного зеркала и отраженного светового потока гармоническими колебаниями под действием прилегаемого к нему от генератора синусоидального напряжения и измерительное компенсационное смещение от действия постоянной1 составляющей прилагаемого напряже3 96276 ния по идентификации фазовым детектором фоточувствительного устройства центра интерференционной полосы t 2).

Недостатком интерферометра является высокая чувствительность к внешO ним паразитным вибрациям, в результате чего элементы интерферометра со стойкой конечной жесткости смещаются спонтанно, чем существенно сни- 1в жается точность выполняемых измерений, Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, 1 что интерферометр для линейных изме рений снабжен компенсационным пьезокерамическим элементом с дополнительным опорным зеркалом, вторым фоточувствительным устройством с фазовым детектором и блоком обратной связи, один конец компенсационного пьезокерамического элемента закреплен на стойке, а другой жестко связан с измерительным пьеэокерамическим эле- ментом, дополнительное опорное зеркало оптически связано с установочной базой и вторым фоточувствительным устрой ст вом.

На чертеже изображена принципиальная схема интерферометра для ли" нейных измерений.

И нтерферометр содержи т и сточни к

1 света, разделительную пластину 2, делящую световой поток на две ветви, диафрагму 3 и установочную базу 4, расположенные в одной из ветвей, измерительный пьезокерамический элемент 5 с опорным зеркалом 6, установленный на стойке 7, и компенсаци40 онныи пьезокерамический элемент 8 с дополнительным опорным зеркалом 9, расположенные в другой ветви, первое фоточувствительное устройство 1О с фазовым детектором 11, второе фоточувствительное устройство 12 с фазовым детектором 13 и блоком 14 обратной с вя зи.

Разделительная пластина 2 связана оптически с фоточувствительным устрой. ством 10 и переключаемой диафрагмой

3. Измерительный пьеэокерамический элемент 5 связан электрически с фазовым детектором 11 центра интерференционной полосы на фоточувствительном устройстве 10 и ЗВИ 15, а механически - через соединительную муфту 16 с дополнительным, модулируемым напряжением питания от генера2 4 тора 17 и через блок 14 обратной связи по детектированию центра интерференционной полосы на втором фоточувствительном устройстве 12 компенсационным пьезокерамическим элементом 8, на котором закреплено дополнительное опорное зеркало 9, связанное оптически через разделительную пластину 2 с указанным фоточувствительным устройством 12 и одной из поверхностей объекта 18 измерения или установочной базы 4. Муфт;а

16 может быть выполнена в виде разрезного стакана, обеспечивающего эа счет упругой деформации юстировки параллельности основного 6 и дополнительного 9 опорных зеркал.

Интерферометр работает следующим образом.

Работа интерферометра основана на компенсационном по внешним возмущениям модулировании напряжения на пьеэокерамическом элементе 8 через блок 14 обратной связи с обеспечением смещения дополнительного опорного зеркала 9 автоматического наведения на второе фоточувствительное устройство 12 центра интерференционной полосы, образованной отражением световых лучей от опорного зеркала 9 и одной иэ поверхностей объекта 18 измерения, либо установочной базы 4.

В результате обеспечивается отстройка от внешних возмущений положения интерференционной картины на первом фоточувствительном устройстве 10, образованной световыми потоками, отраженными от опорного зеркала 6 и от точек поверхности измеряемого объекта 18, соответствующих положению переключаемой диафрагмы 3. При этом измерительное напряжение, соответствующее измеряемой ступени (измеряемому расстоянию между поверхностя м объекта 18 измерения), на измерительном пьезокерамическом элементе 5 воспринимается ЭВМ 15 и рарно разности напряжений при детектировании центра интерференционной полосы первым фоточувствительным устройством 10. и фазовым детектором

11 при положениях переключаемой диафрагмы 3, адекватных последовательному интерферометрированию поверхностей объекта 18 измерения.

Вследствие разделения функций компенсации внешних возмущений и измерительного перемещения опорного зеркала 9 обеспечивается повышение на

5 962762 6 порядок точности и достоверности из. отличающийся тем, что, мерений высоты малых ступеней и ат- с целью повышения точности измеретестации ступенчатых мер толщины ния, он снабжен компенсационным покрытий, что в свою очередь способ- пьезокерамическим элементом и допол" ствует снижению потерь от брака, повы- 5 нительным опорным зеркалом, вторым шению .точности устанавливаемых физи- фоточувствительным устройством с фа ческих закономерностей для рассматри- зовым детектором и блоком обратной ваемых объектов измерения, играющих связи, один конец компенсационного весьма важную роль в элементах памя- пьезокерамического элемента закрети вычислительных устройств, в физи- 30 плен на стойке, а другой жестко свя» ке сверхпроводимости, высокочастот- зан с измерительным пьезокерамичесной электронике и оптике. ким элементом, дополнительное опорное зеркало оптически связано с уста

Формула изобретения новочной базой и вторым Фоточувст15 вительным устройством.

ВНИИПИ Заказ 7492/60 Тираж 614 Подписное филиал ППП "Патент" r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Интерферометр для линейных измерений, содержащий источник света, разделительную пластину, делящую световой поток на две ветви, диафрагму и установочную базу, расположенные щв в одной из ветвей, измерительный пьезокерамический элемент с опорным зеркалом, расположенным на стойке в другой:ветви, и фоточувствительное устройство с Фазовым детектором, 2g

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коломийцев 3). В. Интерферометры, Л., "Машиностроение", 1976, с. 226"

273.

2,Горелик Г,С. О применении модуляционного метода в оптической интерФероиетрии. ДАН СССР, 1951, т. 83, 4 с. 549-552 (прототип).