ES2959246T3

ES2959246T3 - Sensor de posición interferométrico

Info

Publication number: ES2959246T3
Application number: ES17795028T
Authority: ES
Inventors: Ross Williams; Christopher Carter
Original assignee: MBDA UK Ltd
Current assignee: MBDA UK Ltd
Priority date: 2016-11-03
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2024-02-22
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: EP3535545A1; IL266323A; US10928192B2; PL3535545T3; WO2018083482A1; CA3042340A1; EP3535545C0; AU2017354910B2; EP3535545B1; GB2555646A; US20190257645A1; IL266323B1; IL266323B2; AU2017354910A1

Abstract

Se divulga un sensor de posición interferométrico para detectar la posición de un objeto. El sensor de posición comprende una fuente de luz dispuesta para emitir luz, un divisor de haz y una matriz de detectores. El divisor de haz está dispuesto para dividir la luz entre una primera y una segunda trayectoria óptica, que están configuradas de manera que la luz dividida se recombina para formar un patrón de interferencia óptica que depende de la diferencia entre las longitudes de la trayectoria óptica de la primera y segunda trayectoria óptica. . La matriz de detectores está dispuesta para medir la intensidad de al menos una parte del patrón de interferencia óptica. Al menos una de las longitudes de trayectoria óptica primera y segunda está dispuesta para que dependa de la posición del objeto, de modo que los cambios en el patrón de interferencia óptica puedan estar relacionados con cambios en la posición del objeto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sensor de posición interferométrico

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un sensor de posición interferométrico y, en particular, a un sensor de posición operable para detectar la posición de un objeto a través de mediciones de un patrón de interferencia óptica.

Antecedentes

Los sensores de posición interferométricos son capaces de proporcionar un alto nivel de precisión y resolución. Normalmente, dichos sensores funcionan separando dos haces coherentes de luz y propagándose a lo largo de dos trayectorias separadas, una de las cuales funciona como una trayectoria de referencia y otra de las cuales funciona como una trayectoria de medición. Las diferencias en la longitud de la trayectoria entre las trayectorias de referencia y de medición dan como resultado un patrón de interferencia cuando se recombina la luz que se propaga en las dos trayectorias, que consiste, por ejemplo, en franjas luminosas y oscuras donde tiene lugar la interferencia constructiva y destructiva. Por lo tanto, dichos sensores son sensibles a los movimientos a una escala similar a la de la longitud de onda de la luz usada. Un ejemplo de tal interferómetro es el interferómetro de Michelson-Morley bien conocido, que puede adaptarse para su uso como sensor de posición.

Con el fin de poder hacer uso de este alto nivel de sensibilidad, es necesario, por supuesto, garantizar que los componentes ópticos que definen las trayectorias de referencia y de medición sean altamente estables. Esto se debe a que cualquier cambio en la longitud de la trayectoria de la trayectoria de referencia se interpretará como un cambio en la posición del objeto y, de la misma manera, cualquier cambio en la posición de los componentes que define la trayectoria de medición se interpretará como un cambio en la posición del objeto.

El documento GB 2296766 A describe un interferómetro láser con una matriz lineal de elementos fotodetectores.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un sensor de posición interferométrico para detectar la posición de un objeto, comprendiendo el sensor de posición: una fuente de luz dispuesta para emitir luz; un elemento óptico que tiene una superficie parcialmente reflectante dispuesta para dividir la luz entre las trayectorias ópticas primera y segunda, cuyas trayectorias primera y segunda están configuradas de tal manera que la luz dividida se recombina para formar un patrón de interferencia óptica dependiendo de la diferencia entre las longitudes de trayectoria óptica de las trayectorias ópticas primera y segunda; y una matriz de detectores dispuesta para medir la intensidad de al menos una parte del patrón de interferencia óptica; en donde el elemento óptico comprende además una superficie reflectante desde la cual se refleja la luz que se propaga en la segunda trayectoria óptica; y en donde al menos una de las longitudes de trayectoria óptica primera y segunda depende de la posición del objeto de manera que los cambios en el patrón de interferencia óptica pueden estar relacionados con los cambios en la posición del objeto.

Dicho sensor de posición es capaz de proporcionar una precisión mejorada a varias aplicaciones. Además, el sensor tiene una estabilidad mejorada, ya que dos componentes reflectantes (la superficie de división de haz parcialmente reflectante y la superficie reflectante) en la trayectoria de referencia están formados por un elemento óptico. Como resultado, cualquier movimiento o vibración al que se vea sometido el sensor no afectará a la distancia relativa entre estas dos superficies reflectantes. Por lo tanto, se reducen los errores derivados de los cambios en la distancia entre estos dos elementos ópticos. Por lo tanto, el sensor de posición es más adecuado para funcionar en entornos dinámicos en los que, de otro modo, podría producirse un movimiento relativo de las superficies reflectantes.

El patrón de interferencia óptica comprende un conjunto de franjas que se mueven dependiendo del movimiento del objeto. La medición del movimiento del patrón de interferencia óptica se usa entonces para deducir el cambio en la posición del objeto, así como otras características del movimiento del objeto. El sensor está configurado además para determinar la velocidad y la aceleración de la plataforma. Se entenderá que el sensor puede usarse bien para detectar un movimiento lineal o bien para detectar un movimiento angular o inclinación de un objeto, como se describe con más detalle a continuación. En este último caso, se apreciará que la posición, la velocidad y la aceleración detectadas serán la orientación, la velocidad angular y la aceleración angular del objeto.

La matriz de detectores comprende fotodetectores primero y segundo espaciados a una distancia de alrededor de un número entero de anchuras de franja del patrón de interferencia óptica más o menos una media anchura de franja. En una realización ilustrativa, la matriz de detectores puede comprender fotodetectores primero y segundo espaciados a una distancia no mayor que la anchura de una franja del patrón de interferencia óptica en la matriz de detectores.

Usar dos fotodetectores en la matriz de detectores, espaciados a una distancia seleccionada, permite deducir el número de franjas que pasan por un punto particular y la dirección en la que se mueven, como se explicará con más detalle a continuación. En algunas realizaciones, la matriz de detectores puede comprender además una óptica de aumento dispuesta para aumentar el patrón de interferencia óptica en la matriz de detectores. El uso de una óptica de aumento permite usar fotodetectores más grandes, ya que el patrón de franja que se mide es mayor.

El sensor de posición puede ser activado en una posición inicial del objeto y, posteriormente, proporcionar correcciones en la posición inicial. Las correcciones en la posición inicial se determinan por medio de un contador digital en comunicación con uno de los fotodetectores para contar el número de franjas que pasan por dicho uno de los fotodetectores. Un contador digital proporciona un método práctico mediante el cual se puede contar el movimiento de las franjas.

La dirección de movimiento del conjunto de franjas puede ser determinada por el estado inicial de los fotodetectores primero y segundo, y por el cual el fotodetector primero registra un cambio en su estado.

El objeto puede ser inclinable alrededor de un eje, y el sensor de posición puede estar configurado de tal manera que la diferencia entre las longitudes de trayectoria óptica de las trayectorias ópticas primera y segunda puede usarse para deducir la inclinación del objeto alrededor del eje.

La primera trayectoria óptica puede incluir un retrorreflector montado en el objeto. El uso de un retrorreflector es particularmente preferido en realizaciones en las que el sensor de posición se usa para medir la inclinación, ya que, a medida que un objeto se inclina, el ángulo de incidencia de la primera trayectoria de luz en el objeto cambia. Una superficie reflectante simple no reflejaría la luz de vuelta a lo largo de la misma trayectoria de luz y, como resultado, el patrón de interferencia óptica puede no formarse en un amplio intervalo de inclinación del objeto.

En una realización descrita más adelante, la superficie reflectante puede reflejar la luz que se propaga desde la superficie parcialmente reflectante de vuelta a la superficie parcialmente reflectante para recombinarse con la luz que se propaga en la primera trayectoria óptica. En esta disposición, la segunda trayectoria de luz está completamente contenida dentro del elemento óptico, como resultado de lo cual, la disposición es particularmente estable al movimiento externo.

En una realización alternativa descrita con más detalle a continuación, la segunda trayectoria óptica puede incluir un retrorreflector adicional montado en el objeto. Esta disposición mantiene cierta estabilidad adicional en la segunda trayectoria óptica, pero incrementa la cantidad por la cual la diferencia de trayectoria óptica entre las trayectorias de luz primera y segunda cambia cuando el objeto se inclina. En esta realización, el retrorreflector y el retrorreflector adicional pueden montarse en el objeto de forma sustancialmente simétrica alrededor del eje. La adición de peso a una parte particular del objeto puede afectar a su equilibrio alrededor del eje. Una disposición simétrica puede tener un efecto reducido en cualquier reequilibrado necesario del objeto.

La matriz de detectores puede ser giratoria. La capacidad de girar la matriz de detectores, por ejemplo, en unos pocos grados, permite que la matriz de detectores se configure para recibir una proyección más apropiada del patrón de interferencia óptica.

La invención abarca un sistema que comprende al menos dos sensores de posición interferométricos como se ha descrito anteriormente; los al menos dos sensores de posición interferométricos están dispuestos para detectar cambios en la posición del objeto en direcciones mutuamente ortogonales.

Breve descripción de los dibujos

Sigue, a modo de ejemplo únicamente, una descripción detallada de realizaciones específicas de la invención con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La Figura 1 es una ilustración esquemática de un sensor de posición de acuerdo con una primera realización de la invención;

la Figura 2 es una ilustración esquemática de una parte componente del sensor de posición ilustrado en la Figura 1;

la Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra los perfiles de intensidad óptica detectados en el funcionamiento del sensor de posición ilustrado en la Figura 1;

la Figura 4 es una ilustración esquemática de un sensor de posición adicional de acuerdo con una segunda realización de la invención.

Descripción detallada

Un sensor 100 de posición interferométrico de acuerdo con una primera realización de la invención se ilustra esquemáticamente en la Figura 1. El sensor 100 de posición se usa para detectar el grado en que se inclina la plataforma 10 alrededor de un eje perpendicular al plano del diagrama a través del pivote 50. La plataforma 10 puede, por ejemplo, ser una parte componente de un mecanismo de accionamiento usado en la fabricación aditiva de capas de precisión, y el sensor 100 de posición usado para medir el grado en que se ha girado la plataforma 10. En tal ejemplo, el sensor 100 de posición puede contribuir a permitir la fabricación de partes con tolerancias del orden de micrómetros. El sensor de posición comprende una fuente 110 de luz coherente, tal como un diodo láser; flancos 120 y 140 de referencia y de medición respectivamente; y un flanco 160 de detector. El haz emitido por la fuente 110 de luz se ensancha para proporcionar un frente de onda lo suficientemente grande como para permitir crear un patrón de interferencia adecuado. Con el fin de minimizar la propagación de la luz parásita dentro del sensor se proporcionan aberturas de diafragma.

La luz emitida desde la fuente 110 incide sobre un elemento óptico 130. Una superficie 134 del elemento 130, en lo sucesivo denominada superficie de división de haz, es parcialmente reflectante y está inclinada a 45° con respecto a la luz para dividir la luz en dos partes componentes, una que se propaga a lo largo del flanco 120 de referencia, y otra a lo largo del flanco 140 de medición. El elemento óptico 130 está hecho de un material convencional tal como vidrio o sílice fundida, con recubrimientos ópticos convencionales usados para determinar la reflectividad parcial de la superficie 134 de división de haz. Se pueden usar componentes ópticos adicionales (no mostrados) para corregir cualquier efecto de refracción en la superficie 134 de división de haz. Por ejemplo, se puede usar una cuña de vidrio de geometría apropiada o el elemento 130 puede incorporarse (o incorporarse parcialmente) en una estructura más grande de manera que los haces se propagan a través de interfaces entre medios de diferentes índices de refracción normalmente. De manera alternativa, puede ser posible seleccionar la geometría del elemento óptico 130 para adaptar las trayectorias de haz adecuadamente.

El elemento 130 se extiende en la dirección de referencia, que termina en una superficie reflectante 136 que refleja la luz de vuelta hacia la superficie de división de haz para propagarse a lo largo del flanco de detector. Por lo tanto, la trayectoria de la luz dentro del flanco de referencia está contenida por completo dentro del elemento óptico 130. De este modo se garantiza una alineación acorde de los componentes en el flanco de referencia y una longitud de trayectoria acorde para la luz que se propaga en el flanco de referencia. En particular, se garantiza que la superficie reflectante 136 permanezca a una separación constante de la superficie 134 de división de haz, independientemente de las vibraciones u otros movimientos a los que esté sometido el sensor de posición interferométrico. La superficie reflectante 136 está en ángulo de manera que la luz incida sobre ella en un ángulo ligeramente fuera de la perpendicular.

El flanco de medición del interferómetro termina en un retrorreflector 150 montado en la plataforma 10, mostrado como plano en la Figura 1 por razones de simplicidad. El retrorreflector, en la presente realización, es un retrorreflector de cubo de esquina que dirige la luz incidente de vuelta en la misma dirección de la que procede. Por tanto, la luz que se propaga a lo largo de la trayectoria del flanco de medición también se refleja de vuelta hacia la superficie 134 de división de haz del elemento óptico 130. Un retrorreflector se usa en lugar de un reflector plano simple puesto que el movimiento de inclinación de la plataforma alrededor del pivote 50 da como resultado que cambie el ángulo del flanco de medición con respecto al interferómetro, así como también su longitud. Por lo tanto, un reflector plano simple no reflejaría la luz de vuelta a la superficie 134 de división de haz para todas las posiciones de la plataforma 10.

En la superficie 134 de división de haz, la luz del flanco de medición del interferómetro también se refleja parcialmente hacia el flanco del detector. Por lo tanto, la luz de los flancos tanto de referencia como de medición se propaga a lo largo del flanco del detector hacia un detector 170. La luz del flanco de referencia interfiere con la del flanco de medición para crear un patrón de franjas, indicado esquemáticamente en 180, en el flanco del detector. El patrón es aumentado por lentes adecuadas y se proyecta sobre el detector 170. Como es bien sabido, debido a que la superficie reflectante 136 del flanco 120 de referencia está ligeramente fuera de la perpendicular, el patrón observado será de franjas de línea recta, con franjas brillantes y oscuras produciéndose en puntos dependiendo de la diferencia en la longitud de la trayectoria óptica entre los flancos de referencia y de medición. Por lo tanto, a medida que la longitud del flanco de medición 140 cambia, el patrón 180 de franja observado cambiará. Por supuesto, la longitud del flanco 140 de medición cambiará a medida que el reflector primario, en el que está montado el retrorreflector que termina en el flanco de medición, se incline alrededor del eje. A medida que el retrorreflector se desplaza, las franjas 180 observadas también parecen moverse, y la intensidad registrada en cualquier punto de la superficie del detector cambia en consecuencia. El recuento del número de franjas que pasan por un punto determinado del detector puede usarse, por tanto, para obtener una medida de la cantidad en que la plataforma 10 se ha movido alrededor del eje que pasa por el pivote 50.

El detector 170 se ilustra con más detalle en la Figura 2 y comprende un número de sensores de luz. En la presente realización, dos fotodiodos A yB,montados en una plataforma 210, se proporcionan para actuar como el detector. Un elemento 220 óptico detector se usa para aumentar el patrón de franjas, en primer lugar, para que los fotodiodos puedan adaptarse dada la separación necesaria y, en segundo lugar, para que cada fotodiodo sea iluminado por una franja a la vez. (Se apreciará que se pueda usar más de un elemento óptico para efectuar un aumento adecuado, y que solamente un elemento 210 sea ilustrado en la Figura 2 por razones de simplicidad). Los fotodiodos están separados por una distancia seleccionada de manera que la diferencia de fase entre la luz detectada por los mismos es aproximadamente un cuarto de longitud de onda. Esta disposición puede observarse en la Figura 2 donde las franjas del patrón de interferencia óptica (referenciado con el número 230), aumentadas por el elemento 220 óptico detector, se muestran en una posición relativa a los fotodiodos A y B.

En la presente realización, la plataforma 210 en la que están montados los fotodiodos A y B es giratoria, de modo que la orientación de los fotodiodos con respecto al flanco detector puede modificarse con el fin de conseguir un perfil mejorado del patrón de interferencia óptica en los fotodiodos. Cada uno de los dos fotodetectores está conectado a un contador digital que, debido a que cada uno de los fotodetectores está iluminado por solo una franja a la vez, es capaz de contar el número de franjas que pasan contando el número de veces que el fotodiodo cambia de un estado de “ encendido” iluminado a un estado “ apagado” no iluminado.

Al usar dos fotodetectores separados como se describió anteriormente, también se puede detectar la dirección del movimiento de las franjas, como se describirá ahora con referencia a las Figuras 3a a 3c. La Figura 3a ilustra esquemáticamente la intensidad óptica I del patrón de franjas que varía con la posición x. Los fotodiodos están ubicados en las posiciones xa yxb,con xa<xb. Las Figuras 3b y 3c ilustran esquemáticamente la intensidad óptica Ia yIba medida que varía con el tiempo t en dos condiciones iniciales diferentes. Para fines de ilustración, se supone que hay un cambio gradual en la intensidad de luz entre las intensidades máxima y mínima a través de una franja en el patrón de interferencia óptica. Con referencia en primer lugar a la Figura 3a, se observará que hay dos posibles condiciones iniciales relevantes para los fotodiodos A y B: cualquiera de los dos estará en la misma condición (ambos encendidos o ambos apagados), como se ilustra en el diagrama de la izquierda de la Figura 3a (ambos apagados o no iluminados), o uno estará encendido mientras que el otro está apagado, como se ilustra en el diagrama de la derecha de la Figura 3a (fotodiodo A apagado y fotodiodo B encendido). Las Figuras 3b y 3c muestran esquemáticamente cómo las intensidades medidas por los fotodiodos A y B varían con el tiempo en la situación donde las franjas se mueven de izquierda a derecha a través de los diagramas de la Figura 3a, en la dirección x positiva como se ilustra.

Considérese en primer lugar la situación en la que los fotodiodos están en la misma condición de “ apagado” , como se ilustra en el diagrama de la izquierda de la Figura 3a. A medida que las franjas se mueven hacia la dirección x positiva (véanse los diagramas de la izquierda de las Figuras 3b y 3c), el fotodiodo A pasa a la condición de “ encendido” poco antes que el fotodiodo B. En el segundo conjunto de condiciones iniciales, ilustrado en el diagrama de la derecha de la Figura 3a, y de nuevo a medida que las franjas se mueven hacia la dirección x positiva (véanse los diagramas de la derecha de las Figuras 3b y 3c), el fotodiodo B pasa al estado de “ apagado” antes que el fotodiodo A pase al estado “ encendido” . Se apreciará que, en general, cuando los fotodiodos A y B comienzan en la misma condición (ya sea ambos encendidos o ambos apagados), entonces puede deducirse que la dirección de movimiento de las franjas sea del fotodiodo que cambia primero hacia el fotodiodo que cambia segundo; y que, cuando los fotodiodos A y B comienzan en diferentes condiciones (uno encendido y otro apagado), entonces se puede deducir que la dirección de movimiento de las franjas sea del fotodiodo que cambia primero hacia el fotodiodo que cambia segundo. El contador puede contar entonces el número de transiciones entre los estados “ encendido” y “ apagado” de los fotodiodos para contar el número de franjas que se mueven más allá de los fotodiodos y, por lo tanto, deducir el ángulo a través del cual se ha movido el reflector primario. Cualquier cambio en la dirección (por ejemplo, debido a la vibración del reflector primario) puede tenerse en cuenta de manera similar usando el procesamiento adecuado para registrar los casos en que los dos fotodiodos no pasan de un estado a otro en el orden adecuado. En la presente realización, el procesamiento apropiado se realiza mediante un chip de microprocesador configurado adecuadamente en el contador digital.

La precisión angular del sensor 100 de posición interferométrico a los cambios en la orientación de la plataforma 10 alrededor de su pivote 50 puede estimarse suponiendo que el detector puede identificar el cambio en la intensidad máxima a mínima a medida que una sola franja se mueve más allá del punto detector como el cambio más pequeño en la posición del retrorreflector montado en la plataforma 10. El cambio de máximo a mínimo se produce para un cambio de una media longitud de onda en la distancia a lo largo del franco de medición del sensor 100 de posición interferométrico en comparación con el flanco de referencia, siendo la longitud de onda relevante A la de la luz emitida por la fuente 110 de luz. Para un láser Nd:YAG que funciona a 1064 nm, por lo tanto, esta distancia sería de 532 nm. Tomando como x la distancia desde el punto de pivote del reflector primario al retrorreflector, la precisión angular 9 puede estimarse a partir de tan 9 “λ/2x, que, tomando x del orden de 50 mm, da como resultado que 9 sea de aproximadamente 0,01 mrad.

El cambio en la orientación de la plataforma entre franjas sucesivas calculado anteriormente también se puede usar para determinar la orientación, la velocidad angular y la aceleración angular de la plataforma 10, cuyas cantidades se pueden usar para determinar el control apropiado para la plataforma 10. En la presente realización, el contador digital incluye un mecanismo de reloj de manera que el microprocesador del contador puede configurarse para calcular la orientación, la velocidad angular y la aceleración angular a partir del momento del paso de las franjas, y proporcionar estas cantidades como una salida al usuario o a un procesador posterior responsable, por ejemplo, de controlar el movimiento de la plataforma 10 o de usar estas cantidades en cálculos adicionales.

La Figura 4 es una ilustración esquemática de un sensor 400 interferométrico de acuerdo con una realización adicional de la invención. El sensor 400 proporciona una medición directa del ángulo de inclinación de una plataforma 440 a medida que gira alrededor de un pivote en un punto conocido 90 alrededor de un eje perpendicular al plano del diagrama, en lugar de una medición del desplazamiento lineal de un punto particular en la plataforma a partir de la cual debe deducirse un ángulo de inclinación. El sensor 400 interferométrico incluye una fuente 410 de luz, cuyo haz se divide en dos trayectorias distintas mediante una superficie 425 parcialmente reflectante de un prisma 420 antes de recombinarse y enfocarse para producir un patrón de franjas de interferencia en una matriz 430 de detectores. Las trayectorias terminan en uno de los dos elementos 450 de reflector de cubo de esquina montados en la plataforma 440. Cada una de las dos trayectorias ópticas se dirige a uno respectivo de estos elementos 450 para que se reflejen de vuelta a lo largo de su trayectoria original. En la presente realización, los elementos 450 están dispuestos simétricamente alrededor del eje de rotación alrededor del cual se va a medir la inclinación. Por lo tanto, la longitud de ambas trayectorias varía cuando el reflector primario se inclina: uno incrementa en longitud y el otro disminuye en longitud en una cantidad correspondiente.

La fuente 410 de luz es, en la presente realización, un láser, con ópticas de ensanchamiento de haz apropiadas proporcionadas con el fin de generar un frente de onda aproximadamente plano lo suficientemente grande como para garantizar la interferencia en la matriz 430 de detectores. El haz ensanchado normalmente incide sobre el prisma 420, a través del cual se propaga hasta la superficie 425 parcialmente reflectante. En esta superficie, el haz se divide: una primera parte pasa por la superficie 425 y una segunda parte se refleja 90° a través del prisma hacia una superficie reflectante 428 situada en el extremo opuesto del prisma. Esta segunda parte se refleja de nuevo a 90° en la superficie 428 para salir del prisma en dirección paralela a la primera parte del haz. Tanto la primera como la segunda partes inciden sobre los retrorreflectores de cubo de esquina montados en la plataforma 440, para volver al prisma 420. Tanto la primera como la segunda partes son reflejadas de nuevo a 90° por la superficie 425 parcialmente reflectante y la superficie reflectante 428, respectivamente. De este modo, porciones de las dos partes se recombinan y se dirigen hacia la matriz 430 de detectores, habiendo sido enfocadas por componentes ópticos adecuados para generar un patrón de franjas.

Con el fin de crear un patrón de interferencia de franjas de línea recta, la superficie reflectante 428 está ligeramente en ángulo, alrededor de un eje definido por la intersección de la superficie y el plano del diagrama. Como se muestra en la Figura 4, en el plano que mira hacia el interior de la página, la superficie 428 es paralela a la superficie 425 parcialmente reflectante. Por lo tanto, al igual que con el sensor 100 interferométrico, el patrón de franjas generado por el sensor 400 interferométrico consistirá en un patrón de franjas de línea recta que se moverán a medida que la plataforma 440 se incline y cambie la longitud de la trayectoria hacia cada uno de los retrorreflectores de cubo de esquina montados en la plataforma. El número de franjas que pasan por un punto particular en la matriz de detectores puede estar directamente relacionado con el ángulo con el que se ha movido la plataforma 440. Cabe señalar que el sensor 400 interferométrico también elimina los problemas de alineación de las superficies reflectantes 425 y 428 mediante el uso de un componente de prisma extendido que garantiza que la separación entre las superficies reflectantes permanezca constante a pesar de los efectos dinámicos externos. Además, la plataforma 440 del sensor 400 interferométrico está dispuesta de forma que su distribución de masas también es simétrica con respecto a este eje.

Los sensores 100, 400 de posición interferométricos según las realizaciones primera y segunda de la invención pueden detectar el movimiento en una dirección. Cuando sea útil detectar el movimiento de un objeto en más de una dirección, o la inclinación de un objeto alrededor de más de un eje, se usarán varios sensores de posición dispuestos de forma que detecten los cambios de posición en diferentes direcciones. Las diferentes direcciones pueden seleccionarse para que sean mutuamente ortogonales. Por ejemplo, si una plataforma, como la plataforma 10, está montada sobre una estructura de cardán para poder inclinarse sobre dos ejes, pueden usarse dos sensores 100 de posición, cada uno de los cuales puede detectar el grado de inclinación sobre cada eje. Del mismo modo, puede usarse más de un sensor de posición con el fin de detectar el movimiento de traslación de un objeto en más de una dirección.

Si bien en lo anterior se han descrito realizaciones específicas de la invención, hay que tener en cuenta que son posibles variaciones y modificaciones de estas realizaciones sin apartarse del alcance de la presente invención que se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, si bien se ha descrito anteriormente la disposición simétrica de los elementos reflectores de cubo de esquina del sensor 400 interferométrico con respecto a un eje de rotación, el sensor podrá funcionar adecuadamente cuando exista una desviación de la simetría con respecto al eje de rotación, siendo posible calibrar adecuadamente el sensor para tener en cuenta el desplazamiento con respecto a la posición simétrica. Dicho desplazamiento puede, por ejemplo, diseñarse deliberadamente en el sensor para proporcionar un mayor grado de flexibilidad para la colocación del sensor de posición en un sistema sujeto a limitaciones de espacio.

Además, si bien se ha descrito anteriormente el uso de un contador digital que incorpora un microprocesador dedicado para determinar la orientación, la velocidad angular y la aceleración angular, se apreciará que en otras realizaciones no reivindicadas sea posible usar un ordenador de uso general que reciba una salida directamente de los fotodiodos y ejecute un software adecuado para determinar estas cantidades.

También se observará que, si bien se ha descrito anteriormente el espaciamiento de los fotodetectores que es aproximadamente la mitad de la anchura de una de las franjas del patrón de interferencia óptica, son posibles separaciones alternativas de los fotodetectores. Se apreciará inmediatamente que, según las realizaciones no reivindicadas, la determinación de la dirección del movimiento de franja, tal como se ha descrito anteriormente, puede llevarse a cabo de la misma manera si los fotodetectores están a cualquier separación inferior a una anchura de franja, aunque se espera que funcione mejor cuando la separación sea de alrededor de una media anchura de franja. Sin embargo, puede resultar físicamente difícil colocar los fotodetectores tan cerca unos de otros, dependiendo, por ejemplo, de la potencia de la óptica de aumento que pueda usarse. Por lo tanto, en ciertos casos puede ser preferible que los fotodetectores se coloquen más separados, y los expertos en la materia apreciarán que el método descrito anteriormente para determinar la dirección del movimiento de las franjas funcione de forma similar cuando la separación entre los fotodetectores sea un número entero de anchuras de franja más o menos una media anchura de franja.

Por último, debe entenderse claramente que cualquier característica descrita anteriormente en relación con cualquier realización puede usarse individualmente, o en combinación con otras características descritas, y también puede usarse en combinación con una o más características de cualquier otra de las realizaciones, o cualquier combinación de cualquier otra de las realizaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sensor (100, 400) de posición interferométri

el sensor de posición:

a) una fuente (110, 410) de luz dispuesta para emitir luz:

b) un elemento óptico (130, 420) que tiene una superficie (134, 425) parcialmente reflectante dispuesta para dividir la luz entre las trayectorias (120, 140) ópticas primera y segunda, cuyas trayectorias primera y segunda están configuradas de tal manera que la luz dividida se recombina para formar un patrón (180, 230) de interferencia óptica que depende de la diferencia entre las longitudes de trayectoria óptica de las trayectorias ópticas primera y segunda; y c) una matriz (170, 430) de detectores dispuesta para medir la intensidad de al menos una parte del patrón de interferencia óptica, en donde la matriz de detectores comprende fotodetectores primero y segundo (A, B) espaciados a una distancia aproximadamente igual a un número entero de anchuras de franja más una media anchura de franja del patrón de interferencia óptica o un número entero de anchuras de franja menos una media anchura de franja;

en donde el elemento óptico comprende además una superficie reflectante (136, 428) desde la cual se refleja la luz que se propaga en la segunda trayectoria óptica;

en donde al menos una de las longitudes de trayectoria óptica primera y segunda depende de la posición del objeto de manera que los cambios en el patrón de interferencia óptica pueden relacionarse con los cambios en la posición del objeto; en donde el sensor comprende además un contador digital en comunicación con uno de los fotodetectores, estando el contador digital dispuesto para contar el número de franjas que pasan por dicho uno de los fotodetectores, y en donde el contador digital se puede activar en una posición inicial del objeto de tal manera que las correcciones en la posición inicial se pueden determinar dependiendo de la salida del contador digital;

y en donde el sensor está configurado para determinar la velocidad y la aceleración del objeto.

2. Un sensor según la reivindicación 1, en donde la matriz de detectores comprende fotodetectores primero y segundo espaciados a una distancia no mayor que la anchura de una franja del patrón de interferencia óptica en la matriz de detectores.

3. Un sensor según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además una óptica de aumento dispuesta para ampliar el patrón de interferencia óptica en la matriz de detectores.

4. Un sensor según cualquier reivindicación anterior, configurado para determinar el estado inicial de los fotodetectores primero y segundo cuando se activa el contador digital, para determinar así la dirección del movimiento del conjunto de franjas en función de qué fotodetector registra primero un cambio en su estado.

5. Un sensor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la superficie reflectante refleja la luz que se propaga desde la superficie parcialmente reflectante de vuelta a la superficie parcialmente reflectante para recombinarse con la luz que se propaga en la primera trayectoria óptica.

6. Un sensor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la matriz de detectores es giratoria.

7. Un sistema que comprende al menos dos sensores de posición interferométricos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, estando los al menos dos sensores de posición interferométricos dispuestos para detectar cambios en la posición del objeto en direcciones mutuamente ortogonales.