DE1772171B1

DE1772171B1 - Optisches interferometer

Info

Publication number: DE1772171B1
Application number: DE19681772171
Authority: DE
Inventors: Chitayat Anwar K
Original assignee: Optomechanisms Inc
Current assignee: Optomechanisms Inc
Priority date: 1968-04-08
Filing date: 1968-04-08
Publication date: 1972-03-09

Description

Das erste Teilstrahlenbündel von dem Strahlenteiler G wird von dem Spiegel M1 zu dem Prisma C1 und dann zu dem Spiegel M4 sowie zurück zu dem Strahlenteiler reflektiert. Das zweite Teilstrahlenbündel läuft von dem Strahlenteiler G zu dem Spiegel M2 und dem Spiegel AZI 3, dann zu dem Prisma C2, dann zu dem Spiegel M 4 und von hier aus wieder über denselben Weg zu dem Strahlenteiler zurück.
Wenn der Drehtisch aus seiner Bezugsstellung herausgedreht wird hat die zunehmende Differenz der optischen Weglängen zur Folge, daß ein Muster aus Interferenzstreifen auf der Linse L 2 erscheint, wobei die Streifen in dem Muster gezählt werden können. Die Streifen auf der Linsen2 werden vorzugsweise durch bekannte automatische Streifenzähleinrichtungen V abgetastet. Diese Ausführungsform nach der Erfindung ist sehr empfindlich. Wenn z. B. die Stellung des Prismas C1 sich um einen bestimmten Betrag verändert wird die Differenz der optischen Weglängen um das Vierfache dieses Betrages beeinflußt.
F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, die der nach Fig. 1 ähnlich ist, mit Ausnahme, daß sie weniger Teile hat. Die Spiegel M2, M 3 und M 4 sind nämlich weggelassen. Dafür sind die Spiegel M2a und M3a vorgesehen. Im Bctrieb ist diese Vorrichtung jedoch derjenigen nach F i g. 1 gleich.
F i g. 2 zeigt ebenfalls ein Paar in entgegengesetzten Richtungen drehbare, einander zugekehrte Keile W 1 und W2, die in einen Strahlenweg eingesetzt werden können, um Korrekturen beim Einstellen der Vorrichtung durchzuführen, z. B. wenn die Vorrichtung aufgestellt und justiert wird.
Die Aufstellung der Prismen gegenüber dem Drehzentrum kann so erfolgen, daß ein Streifen gleich einem ganz bestimmten Winkel, z. B. einem Zehntel einer Bogensekunde, entspricht, so daß nur durch Zählen der Streifen der Winkel bis zu 1silo einer Zehntel Bogensekunde gemessen werden kann.
Es wird die Differenz der zwei optischen Weglängen gemessen, so daß die Messung unabhängig von der Lage des Drehzentrums relativ zu den zwei Prismen ist.

Claims

Patentanspruch : Optisches Interferometer zum Messen der Winkelstellung einer drehbaren Platte mit einer Lichtquelle, mit einem fest angeordneten Strahlenteiler, der ein von dieser Lichtquelle emittiertes Strahlenbündel in einen ersten und einen zweiten Strahl aufteilt, mit zwei im Abstand von dem Strahlenteiler auf der Platte angeordneten und sich mit dieser mitdrehenden Reflektoren, mit einem Paar von im Abstand voneinander zu beiden Seiten des Strahlenteilers angeordneten, vom Strahlenteiler räumlich getrennten Reflektoren, von denen der eine Reflektor das eine Teilstrahlenbündel zu einem der Reflektoren auf der drehbaren Platte so leitet, daß das von diesem Reflektor reflektierte Strahlenbündel zu dem fest angeordneten Strahlenteiler zurückgeworfen wird, und der andere das zweite Teilstrahlenbündel zum zweiten Reflektor auf der Platte so leitet, daß das von diesem zweiten Reflektor reflektierte Strahlenbündel zu dem fest angeordneten Strahlenteiler zurückgeworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Empfindlichkeit des Interferometers weitere orstfeste Spiegel (M 2 a, M3 a oder M4) vorgesehen sind, welche die von den Reflektoren (C 1, C2) auf der drehbaren Platte reflektierten Strahlen in sich zurückwerfen und die Interferenz der reflektierten Teilstrahlenbündel am Ort des Strahlenteilers bewirken.

Die Erfindung betrifft ein optisches Interferometer zum Messen der Winkelstellung einer drehbaren Platte mit einer Lichtquelle, mit einem fest angeordneten Strahlenteiler, der ein von dieser Lichtquelle emittiertes Strahlenbündel in einen ersten und einen zweiten Strahl aufteilt, mit zwei im Abstand von dem Strahlenteiler auf der Platte angeordneten und sich mit dieser mitdrehenden Reflektoren, mit einem Paar von im Abstand voneinander zu beiden Seiten des Strahlenteilers angeordneten, vom Strahlenteiler räumlich getrennten Reflektoren, von denen der eine Reflektor das eine Teilstrahlenbündel zu einem der Reflektoren auf der drehbaren Platte so leitet, daß das von diesem Reflektor reflektierte Strahlenbündel zu dem fest angeordneten Strahlenteiler zurückgeworfen wird und der andere das zweite Teilstrahlenbündel zum zweiten Reflektor auf der Platte zuleitet, daß das von diesem zweiten Reflektor reflektierte Strahlenbündel zu dem fest angeordneten Strahlenteiler zurückgeworfen wird.

Es ist ein Spektograph mit einem Michelson-Interferometer zur Wellenlängenmessung bekannt, mit dem die Winkelstellung eines um eine Achse schwenkbaren Armes in Wellenlängenmaßen meßbar ist (USA.-Patentschrift 2571 937). An den Enden dieses Armes sind im gleichen Abstand von der Schwenkachse Reflektoren vorgesehen, die die von einem Strahlenteiler auf sie geworfenen Strahlen einer Lichtquelle in sich zurückreflektieren. Durch Ver- schwenken des Armes interferieren die beiden Teilstrahlenbündel, und durch Zählung der durch die Interferenz erzeugten Streifen kann die Winkelstellung des Armes festgestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Winkelstellung einer Plattform oder eines Drehtisches od. dgl. mit noch größerer Empfindlichkeit, als dies mit der bekannten Anordnung möglich ist, zu messen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß zur Vergrößerung der Empfindlichkeit des Interferometers weitere ortsfeste Spiegel vorgesehen sind, welche die von den Reflektoren auf der drehbaren Platte reflektierten Strahlen in sich zurückwerfen und die Interferenz der reflektierten Teilstrahlenbündel am Ort des Strahlenteilers bewirken.

Die Anordnung der zusätzlichen Spiegel nach der Erfindung hat eine doppelte Reflexion zur Folge, durch die z. B. bei einer bestimmten Änderung der Winkelstellung der Platte der Wellenlängenunterschied dem Vierfachen der tatsächlichen Verschiebung entspricht. Dadurch wird die geforderte Höhe der Empfindlichkeit erhalten.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Aufriß einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 zeigt einen Aufriß einer zweiten Ausführungsform.

In F i g. 1 ist ein Drehtisch Z dargestellt, der sich um den Punkt 0 drehen kann. Es soll der Drehwinkel sehr genau gemessen werden. Ein Paar Reflektoren, z. B. tetraedrische Prismen, sind auf dem Drehtisch Z auf beiden Seiten des Drehzentrums und im Abstand von dem Zentrum parallel zueinander wie dargestellt angeordnet. Vorzugsweise wird jedes der Prismen C1 und C2 gleich weit von dem Drehzentrum auf einer eigenen optischen Platte, beispielsweise einer Glasplatte, mit einer Dicke von wenigstens 12,7 mm angeordnet. Die Glasplatte wird auf dem Drehtisch Z angeordnet.

Eine feste Platte Y, vorzugsweise aus Glas, mit einer Dicke von wenigstens 12,7 mm oder aus einem äquivalenten Werkstoff, wird relativ zu dem Drehtisch fest angeordnet. Auf der Platte Y befinden sich Spiegel M1, M2, M3 und M4 sowie ein Strahlenteiler G, eine Linse L 1 und eine monochromatische Lichtquelle A. Vor der Lichtquelle befindet sich eine Blende B. Die Lichtquelle kann eine Hg-198-Quecksilberlampe sein, die Licht mit einer Wellenlänge von 5461 Ä emittiert. Sie kann ebenfalls ein kohärentes Licht erzeugender Laser sein. Alle diese Teile sind auf der Platte Y fest angeordnet und vorzugsweise auf die Platte aufgekittet. Sie sind so angeordnet, daß die zwei optischen Wege von dem Strahlenteiler zu den Prismen C1 bzw. C2 etwa gleich lang sind, wenn sich der Drehtisch in einer bestimmten Stellung relativ zu der Platte Y befindet.

Die Betriebsweise der Vorrichtung ist folgende: Das Licht von der Lichtquelle A fällt durch die Blende B und wird durch die Linse L 1 auf den Strahlenteiler G fokusiert, wo es in zwei Teilstrahlenbündel aufgeteilt wird.