CS277300B6 - Způsob a zařízení k laserovému interferenčnímu měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti - Google Patents

Abstract

Podstatou způsobu je, že v reálném čase je nezávisle na měřené délce pravoúhlých souřadnic měřen současně též změnou teploty způsobený posuv interferenčního děliče (2x, 2y) vzhledem ke zvolené základní poloze a všechny tyto současně měřené údaje jsou vyhodnocovány v elektronické jednotce. Způsob umožňuje provádět dále popsané zařízení, kteréje určeno zejména pro velmi přesné měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích (x, y). Podstatou řešení u předmětného zařízení k laserovému interferenčnímu měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti je to, že oddělené přímočaré odrážečejsou vytvořeny přímočarým pian úhelníkem (3) s rovinnými odraznými plochami (3x, 3y) optických pravoúhlých souřadnic (x, y) a že v kombinovaných Interferenčních děličích (2x, 2y) je první, případně druhýpolarizační hranol (22, 25) opatřen dvěma symetricky umístěnými koutovými hranoly (27, 28).

Description

Interferenční měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích je na měřicích zařízeních dosavadních konstrukcí prováděno bez kompenzace teplotní roztažnosti a stabilita měření je dosahována pouze zajištěním konstantní teploty celého měřicího systému. U některých zahraničních laserových interferenčních měřicích systémů je vliv teplotní roztažnosti částečně kompenzován prodloužením referenční cesty interferometru do společného prostoru s cestou měrnou tak, aby změna teploty se projevila na obou optických cestách interferometru a způsobené rozdíly byly samokompenzovány.

U realizovaných technologických zařízení však nelze počítat s absolutní konstantní teplotou a samokompenzace teplotní roztažnosti systému je vysoce účinná jen při stejných délkách optických cest. Oba tyto požadavky však při měření větších rozdílů délek nelze důsledně splnit i v případech, kdy je interferenční měřicí systém uložen ve vakuu. '

Uvedené nevýhody dosavadního stavu odstraňuje následný způsob laserového interferenčního měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti, jehož podstatou vynálezu je to, že v reálném čase je nezávisle na měřené délce pravoúhlých souřadnic měřen současně také změnou teploty způsobený posuv interferenčního děliče vzhledem ke zvolené základní poloze a všechny tyto současně měřené údaje jsou vyhodnocovány v elektronické jednotce. Realizaci tohoto způsobu umožňuje zařízení pro laserové interferenční měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti, sestávající ze dvou vícenásobných lineárních interferometrů s oddělenými přímočarými odražeči, jehož podstatou je to, že oddělené přímočaré odražeče jsou tvořeny přímočarým pian úhelníkem s rovinnými odraznými plochami optických pravoúhlých souřadnic a v kombinovaných interferenčních děličích je první, popřípadě druhý polarizační hranol opatřen dvěma symetricky umístěnými koutovými hranoly a vstupní dělicí kostky jsou vybaveny dělicí destičkou a odrazným pravoúhlým hranolem.

Hlavní výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je, že zvyšuje přesnost interferenčního měření délek, protože v reálném čase jsou plně vyrovnávány posuvy dané tepelnou dilatací, přičemž míra kompenzace teplotní roztažnosti je dána polohou pevných odrazných zrcadel kompenzačního interferometru vzhledem ke zvolené základní poloze.

Vynález blíže objasní připojený výkres, na kterém jeve dvou pohledech znázorněno optické schéma zařízení k laserovému interferenčnímu měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti.

Zařízení k laserovému interferenčnímu měření délek podle vynálezu sestává ze dvou v osách souřadnic pevně uložených vstupních dělicích kostek Ix, lv se dvěma kombinovanými interferenčními děliči 2x, 2y, dále potom dvou pevných odrazných zrcadel 4x, 4y kompenzačního interferometru a dvou vstupních odrazných kostek 5x, 5v. Rovinné odrazné plochy 3x, 3y v rovině souřadnic x, y posuvného přímočarému pian úhelníku 2 jsou uspořádány kolmo na souřadnice x, y. Vstupní dělicí kostka Ix, lv obsahuje dělicí destičku 11 a odrazný pravoúhlý hranol 12. Kombinovaný interfe renční dělič 2x, 2v tvoří dva polarizační hranoly 22, 25., tři koutové hranoly 23 , 24, 26., půlvlnové fázové retardační destičky 211, čtvrtvlnové fázové retardační destičky 212 a půlvlnové rotátory 29 pro čtyřnásobný lineární interferometr s přímočarým pian úhelníkem 2/ jehož rovinné odrazné plochy 3x, 3v tvoří optické pravoúhlé souřadnice. Jeden z polarizačních hranolů, například 25, je vybaven symetricky umístěnými koutovými hranoly 27, 28 kompenzačního interferometru s pevnými zrcadly 4x, 4y. Odrazná výstupní kostka 5x, 5v obsahuje dvě plně odrazná zrcadla 51, 52.

Vstupní dělicí kostka Ix, lv svou dělicí destičkou 11 vhodně rozdělí lineárně polarizovaný svazek laserových paprsků pro čtyřnásobný lineární interferometr s přímočarým pian úhelníkem 2 a kompenzační interferometr s pevnými odraznými zrcadly 4x, 4v.

Lineárně polarizovaný úzký svazek laserových paprsků A vstupuje do prvního polarizačního hranolu 22, kde se na dělicí vrstvě 221 rozdělí na svazek paprsků měrných a referenčních. Měrný svazek paprsků postupuje v původním směru do druhého polarizačního hranolu 25, prochází dělicí vrstvou 251 a po průchodu orientovanou čtvrtvlnovou fázovou retardační destičkou 212 se lineární polarizace světelného záření změní na kruhovou polarizaci. Kruhově polarizovaný laserový svazek paprsků dopadá kolmo na rovinnou odraznou plochu 3x, popřípadě rovinnou odraznou plochu 3y přímočarého pian úhelníku 3, kde se odrazí a stejnou cestou se vrací znovu přes čtvrtvlnovou fázovou retardační destičku 212, která způsobí změnu kruhové polarizace opět na lineární, ale otočenou oproti původní polarizační rovině světla o 90° tak, aby se tento lineárně polarizovaný svazek paprsků mohl na dělicí vrstvě 251 druhého polarizačního hranolu 25 odrazit a průchodem přes koutový hranol 26 symetricky posunout a po dalším odrazu na dělicí vrstvě 251 se vrátit zpět přes čtvrtvlnovou fázovou retardační destičku 212 na přímočarý pian úhelník 3./ kde po odrazu na rovinné odrazné ploše 3x, popřípadě 3y se vrací opět původním směrem, ve kterém po změně roviny polarizace nyní prochází druhým polarizačním hranolem 25 a postupuje dále přes půlvlnový rotátor 29 měnící polarizační rovinu světla o 90° do prvního polarizačního hranolu 22, kde se na dělicí vrstvě 221 odrazí a je průchodem přes excentricky uložený koutový hranol 23 posunut tak, že po dalším odrazu na dělicí vrstvě 221 se zase rovnoběžně se vstupním svazkem paprsků, ale nyní posunutý o zvolenou rozteč může znovu zúčastnit dalšího průchodu celou optickou soustavou. Výstupní měrný svazek paprsků po výstupu z druhého polarizačního hranolu 25 již neprochází půlvlnovým rotátorem 29 a proto může projít i dělicí vrstvou 221 prvního polarizačního hranolu 22 a společně s referenčním svazkem paprsků vytvořit na výstupu interferenční pole C pro optoelektronickou detekci. Referenční svazek paprsků je přiveden do společného prostoru pomocí excentricky uloženého koutového hranolu 24.

Druhá část lineárně polarizovaného svazku laserových paprsků B stranově a výškově posunutá pravoúhlým hranolem 12 vstupuje po průchodu vhodně orientovanou půlvlnovou fázovou retardační destičkou 211 do polarizačního hranolu 25/ kde se rozdělí na isvazek měrný a referenční. Svazek měrný postupuje přímou cestou přes čtvrtvlnovou fázovou retardační destičku 212 na pevné odrazné zrcadlo 4x, popřípadě 4y, kde se odráží a vrací zpět znovu přes čtvrtvlnovou fázovou retardační destičku 212, která způsobí otočení polarizační roviny svazku paprsků tak, aby byl dělicí vrstvou 251 druhého polarizačního hranolu 25 odražen do měrného koutového hranolu 27 kompenzačního interferometru, který jej symetricky posune pro další průchod kompenzačním interferometrem. Výstup měrného svazku paprsků nastává po dvojnásobném chodu svazku paprsků optickou soustavou, kdy ve společném prostoru vytvoří s referenčním svazkem paprsků interferenční pole D pró optoelektronickou detekci. Referenční svazek paprsků je přiveden do společného prostoru pomocí referenčního koutového hranolu 28 kompenzačního interferometru. V reálném čase optoelektronickou detekcí získané údaje o poloze přímočarého pian úhelníků 3., tj. změna pravoúhlých souřadnic Δ x, △ y na výstupu C jsou průběžně korigovány o dilatační posuvy interferenčních děličů △ x_o a △ y_o na výstupu D.

Způsob a zařízení k laserovému interferenčnímu měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích se uplatní zejména při velmi přesném plošném odměřování . délek v mikroelektronice, optice a přesném strojírenství.

Claims (3)

1. Způsob laserového interferenčního měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti, vyznačující se tím, že v reálném čase je nezávisle na měřené délce pravoúhlých souřadnic měřen současně také změnou teploty způsobený posuv interferenčního děliče vzhledem ke zvolené základní poloze a všechny tyto současně měřené údaje jsou vyhodnocovány v elektronické jednotce.

2. Zařízení k laserovému interferenčnímu měření délek ve dvou pravoúhlých souřadnicích s kompenzací teplotní roztažnosti, sestávající ze dvou vícenásobných lineárních interferometrů s oddělenými přímočarými odražeči, vyznačující se tím, že oddělené přímočaré odražeče jsou tvořeny přímočarým pian úhelníkem (3) s rovinnými plochami (3x, 3y) optických pravoúhlých souřadnic (x, y) a v kombinovaných interferenčních děličích (2x, 2y) je první, popřípadě druhý polarizační hranol (22,

25) opatřen dvěma symetricky umístěnými koutovými hranoly (27, 28).

3. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že vstupní dělicí kostky (Ix, ly) jsou opatřeny dělicí destičkou (11) a odrazným pravoúhlým hranolem (12).