RU2606805C1 - Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements - Google Patents
Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606805C1 RU2606805C1 RU2015142250A RU2015142250A RU2606805C1 RU 2606805 C1 RU2606805 C1 RU 2606805C1 RU 2015142250 A RU2015142250 A RU 2015142250A RU 2015142250 A RU2015142250 A RU 2015142250A RU 2606805 C1 RU2606805 C1 RU 2606805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- plates
- fixed
- radiation
- photodetector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к точной механике и измерительной технике и может быть использовано в научных исследованиях и промышленности в оборудовании для прецизионного линейного перемещения объектов, для измерения линейных размеров объектов, в системах автоматического управления элементами устройств и инструментов, в технологическом оборудовании при изготовлении прецизионных элементов, а также для юстировки оптических приборов.The invention relates to precision mechanics and measuring equipment and can be used in scientific research and industry in equipment for precision linear movement of objects, for measuring the linear dimensions of objects, in automatic control systems for elements of devices and tools, in technological equipment in the manufacture of precision elements, and for alignment of optical instruments.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому является устройство для линейных перемещений с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений, включающее опорную (неподвижную) часть и подвижную часть с установленным на ней объектом перемещения, привод, перемещающий подвижную часть, источник монохроматического излучения, формирующий точечный источник монохроматического излучения на выходе одномодового световода, точечный источник совмещен с передним фокусом оптической системы, формирующей параллельный пучок света, далее за оптической системой последовательно по ходу лучей размещены установленные перпендикулярно оси оптической системы и параллельно друг другу две прозрачные пластины, при этом одна из пластин (первая по ходу пучка) установлена на неподвижной части и по ее периметру на стороне, обращенной ко второй пластине, под углом примерно 120° друг к другу расположены три участка с наклонными к плоскости пластины поверхностями (участки наклонной поверхности), выполненные с перепадом высот, изменяющимся по направлению от центра первой пластины к ее краю на величину, равную как минимум половине длины волны монохроматического излучения, а другая пластина (вторая пластина по ходу пучка) закреплена на объекте, установленном на подвижной части, на участки обращенных друг к другу рабочих поверхностей пластин нанесены высокоотражающие покрытия, причем на рабочей поверхности первой пластины покрытия нанесены на три участка наклонных поверхностей, с нерабочей поверхностью второй пластины в ее периферийной части соединены три актюатора, далее по ходу пучка за второй пластиной установлен фотоприемный модуль, включающий три линейных многоэлементных фотоприемника, оптически сопряженные с участками наклонной поверхности первой пластины, выходы фотоприемников подключены ко входам компьютера, а выходы компьютера подключены к приводу, соединенному с подвижной частью, и трем актюаторам в [патент РФ №2502952].The closest analogue to the proposed one is a device for linear displacements with nanometer accuracy in a wide range of possible displacements, including a support (fixed) part and a movable part with a moving object mounted on it, a drive moving the moving part, a source of monochromatic radiation, forming a point source of monochromatic radiation at the output of a single-mode fiber, the point source is combined with the front focus of the optical system, forming a parallel beam of light, gave e behind the optical system, sequentially along the rays of the beam are placed perpendicular to the axis of the optical system and parallel to each other two transparent plates, while one of the plates (the first along the beam) is mounted on the fixed part and along its perimeter on the side facing the second plate, under at an angle of about 120 ° to each other, there are three sections with surfaces inclined to the plane of the plate (sections of the inclined surface), made with a height difference that changes in the direction from the center of the first plate to its a value equal to at least half the wavelength of monochromatic radiation, and the other plate (the second plate along the beam) is mounted on an object mounted on the moving part, highly reflective coatings are applied to areas of the working surfaces of the plates facing each other, and on the working surface of the first the coating plate is applied to three sections of inclined surfaces, three actuators are connected to the non-working surface of the second plate in its peripheral part, then along the beam behind the second plate opriemny module comprising three linear multi-element photodetector, optically conjugate with the inclined surface portions of the first plate, the outputs of the photodetectors are connected to the computer inputs and computer outputs connected to the actuator connected to the movable part, and three actuators in [RF patent №2502952].
Недостатком известного устройства является то, что оно работоспособно только при небольших углах наклона между пластинами, возникающих при перемещении одной из них, например, из-за несовершенства подвижной части или вибрационного фона. В известном устройстве наклон одной пластины относительно другой контролируется по сигналам с трех линейных многоэлементных фотоприемников, расположенных напротив участков наклонных поверхностей. Изменение расстояния между перемещаемой и неподвижной пластинами напротив одного из линейных многоэлементных фотоприемников на половину длины волны зондирующего излучения приводит к смещению интерференционных полос на данном фотоприемнике на период. Таким образом, можно оценить диапазон изменения углов наклона пластины, которые еще могут быть обнаружены и компенсированы устройством, величиной λ/2d, где λ - длина волны зондирующего излучения, d - диаметр окружности, на которой расположены линейные многоэлементные фотоприемники. При использовании излучения He-Ne лазера с длиной волны λ=632.8 нм и d=40 мм получаем допустимый диапазон изменения углов наклона пластины примерно ±4⋅10-6 радиан. Таким образом, если происходят отклонения пластины на большие значения углов наклона, например, из-за несовершенства подвижной части или вибрационного фона, то данное устройство перестает обеспечивать линейное перемещение объекта с надлежащей точностью.A disadvantage of the known device is that it is operable only at small tilt angles between the plates that occur when one of them is moved, for example, due to imperfection of the moving part or vibrational background. In the known device, the inclination of one plate relative to another is controlled by signals from three linear multi-element photodetectors located opposite the sections of inclined surfaces. Changing the distance between the movable and fixed plates opposite one of the linear multi-element photodetectors by half the wavelength of the probe radiation leads to a shift of the interference fringes on this photodetector for a period. Thus, it is possible to estimate the range of variation of the plate tilt angles, which can still be detected and compensated by the device, λ / 2d, where λ is the wavelength of the probe radiation, d is the diameter of the circle on which the linear multi-element photodetectors are located. When using He-Ne laser radiation with a wavelength of λ = 632.8 nm and d = 40 mm, we obtain an allowable range of variation of the plate tilt angles of approximately ± 4 ±10 -6 radians. Thus, if the plate deviates by large values of the angle of inclination, for example, due to imperfection of the moving part or vibration background, then this device ceases to provide linear movement of the object with proper accuracy.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание устройства для прецизионного линейного перемещения, позволяющее достигнуть следующий технический результат: повышение точности перемещения объекта в большом диапазоне расстояний за счет компенсации отклонений пластины при ее перемещении даже при значительных углах наклона.The problem to which the present invention is directed, is to create a device for precision linear movement, which allows to achieve the following technical result: improving the accuracy of moving an object in a large range of distances by compensating for plate deviations during its movement even at significant angles of inclination.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для линейного перемещения объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений, включающем опорную (неподвижную) часть и подвижную часть с установленным на ней объектом, привод, перемещающий подвижную часть, источник монохроматического излучения, формирующий точечный источник излучения, совмещенный с передним фокусом оптической системы, формирующей параллельный пучок света с оптической осью, параллельной направлению перемещения, за оптической системой последовательно по ходу лучей установлены перпендикулярно оси пучка и параллельно друг другу две прозрачные пластины с высокоотражающими покрытиями на рабочих поверхностях, обращенных друг к другу, одна из пластин закреплена на объекте, установленном на подвижной части, а другая пластина установлена на неподвижной части, в периферийной части пластины, закрепленной на объекте, с ее нерабочей поверхностью соединены три актюатора, за пластинами по ходу пучка расположен фотоприемный модуль, сигналы с которого поступают на вход компьютера, сигналы с выхода компьютера поступают на привод, соединенный с подвижной частью, и актюаторы, соединенные с пластиной, закрепленной на объекте, устройство дополнительно содержит объектив, в качестве фотоприемного модуля используется двумерный матричный фотоприемник, на объекте перемещения укреплена пластина, первая по ходу пучка, рабочая поверхность по крайней мере одной из пластин выполнена в виде криволинейной поверхности с перепадом высот, монотонно изменяющимся от центра пластины к ее краю и составляющим не менее половины длины волны зондирующего излучения.The technical result is achieved in that in a device for linear movement of an object with nanometer accuracy in a wide range of possible movements, including a support (fixed) part and a moving part with an object mounted on it, a drive moving the moving part, a monochromatic radiation source forming a point radiation source combined with the front focus of the optical system, forming a parallel beam of light with an optical axis parallel to the direction of movement, behind the optical system along Investigationally along the rays, two transparent plates with highly reflective coatings are installed perpendicular to the beam axis and parallel to each other on working surfaces facing each other, one of the plates is fixed to an object mounted on the moving part, and the other plate is installed on the fixed part, in the peripheral part three actuators are connected to the plate fixed to the object with its non-working surface; behind the plates along the beam there is a photodetector module, the signals from which are fed to the input of the computer, the signals from the computer output go to the drive connected to the moving part, and the actuators connected to the plate mounted on the object, the device additionally contains a lens, a two-dimensional array photodetector is used as a photodetector, a plate is mounted on the moving object, the first along the beam, working the surface of at least one of the plates is made in the form of a curved surface with a height difference that varies monotonically from the center of the plate to its edge and is at least half the wavelength probing radiation.
Технический результат достигается также тем, что криволинейной выполнена рабочая поверхность пластины, первой по ходу пучка.The technical result is also achieved by the fact that the working surface of the plate, the first along the beam, is curved.
Технический результат достигается также тем, что криволинейная рабочая поверхность первой по ходу пучка пластины представляет собой сегмент сферической поверхности.The technical result is also achieved by the fact that the curved working surface of the first plate along the beam is a segment of a spherical surface.
Технический результат достигается также тем, что точечный источник монохроматического излучения формируется источником монохроматического излучения, излучение которого введено в одномодовый световод, на выходе этого световода.The technical result is also achieved by the fact that a point source of monochromatic radiation is formed by a source of monochromatic radiation, the radiation of which is introduced into a single-mode fiber, at the output of this fiber.
Технический результат достигается также тем, что в качестве актюатора используют пьезоэлектрический актюатор.The technical result is also achieved by the fact that a piezoelectric actuator is used as an actuator.
Сущность предлагаемого устройства для линейного перемещения объекта с нанометровой точностью в большом диапазоне возможных перемещений поясняется фиг. 1-2.The essence of the proposed device for linear movement of an object with nanometer accuracy in a wide range of possible movements is illustrated in FIG. 1-2.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства, где 1 - источник монохроматического излучения, 2 - одномодовый световод, 3 - передний фокус оптической системы, 4 - оптическая система, формирующая параллельный пучок света, 5 - опорная (неподвижная) часть, 6 - подвижная часть, 7 - пластина, закрепленная на перемещаемом объекте, установленном на подвижной части 6, 8 - пластина, установленная на неподвижной части 5, 9 - актюаторы, 10 - объектив, 11 - матричный фотоприемник, 12 - компьютер, 13 - привод.In FIG. 1 is a schematic diagram of a device, where 1 is a source of monochromatic radiation, 2 is a single-mode fiber, 3 is the front focus of the optical system, 4 is an optical system that forms a parallel beam of light, 5 is a reference (fixed) part, 6 is a movable part, 7 is a plate mounted on a movable object mounted on a
На фиг. 2 показаны концентрические интерференционные кольца, регистрируемые матричным фотоприемником 11, где а, b, с - положение актюаторов 9.In FIG. 2 shows concentric interference rings recorded by the
Устройство содержит источник монохроматического излучения 1, одномодовый световод 2, вход которого совмещен с выходом источника монохроматического излучения 1, а выход совмещен с передним фокусом 3 оптической системы 4, формирующей параллельный пучок света, неподвижную часть 5, подвижную часть 6. Далее за оптической системой 4 перпендикулярно оптической оси пучка и параллельно друг другу размещаются две прозрачные пластины 7 и 8 с высокоотражающими покрытиями на обращенных друг к другу рабочих поверхностях. Пластины 7 и 8 образуют интерферометр Фабри-Перо. Рабочая поверхность пластины 7 выполнена в виде криволинейной поверхности, например сферической формы, с перепадом высот, монотонно изменяющимся от центра пластины к ее краю и составляющим не менее половины длины волны зондирующего излучения, рабочая поверхность другой пластины плоская. К пластине 7 на стороне, противоположной к стороне, обращенной ко второй пластине 8, прикреплены три актюатора 9. За второй пластиной 8 перпендикулярно оптической оси установлены объектив 10 и матричный фотоприемник 11. Выходы компьютера 12 подключены к трем актюаторам 9, закрепленным на пластине 7, и к приводу 13, соединенному с подвижной частью 6.The device comprises a monochromatic radiation source 1, a single-mode fiber 2, the input of which is aligned with the output of the monochromatic radiation source 1, and the output is aligned with the front focus 3 of the optical system 4, which forms a parallel light beam, the
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Источник монохроматического излучения 1 (например, лазер) создает на выходе одномодового световода 2 точечный источник 3 монохроматического излучения, совпадающий с передним фокусом 3 оптической системы 4, формирующей параллельный пучок света. Это излучение преобразуется оптической системой 4 в параллельный пучок необходимой апертуры, размер которой должен быть не менее размера пластин 7 и 8. Этот пучок подается на установленные перпендикулярно оси пучка и параллельно друг другу пластины 7 и 8, представляющие собой интерферометр Фабри-Перо. После прохождения пластин пучок попадает в объектив 10, апертура которого соответствует апертуре пучка. Объектив 10 формирует на матричном фотоприемнике 11 распределение интенсивности зондирующего излучения на рабочей поверхности пластины 8. Изображения, регистрируемые матричным фотоприемником 11, поступают в компьютер 12, где выполняется их обработка.The source of monochromatic radiation 1 (for example, a laser) creates at the output of a single-mode fiber 2 a point source 3 of monochromatic radiation, which coincides with the front focus 3 of the optical system 4, forming a parallel beam of light. This radiation is converted by the optical system 4 into a parallel beam of the required aperture, the size of which must be at least the size of the
При строго плоскопараллельных рабочих поверхностях пластин 7 и 8 на матричном фотоприемнике 11 сформировалась бы интерферограмма со строго одинаковой по всей апертуре интенсивностью. Однако криволинейная форма рабочей поверхности пластины 7 создает дополнительные разности хода лучей, в результате чего на матричном фотоприемнике 11 формируется интерференционная картина в виде концентрических колец. Координаты центра данных концентрических колец определяются наклоном центральной области рабочей поверхности пластины 7 относительно рабочей поверхности пластины 8. В случае отсутствия наклона центр концентрических колец располагается на оси пучка.With strictly plane-parallel working surfaces of the
Появление наклона у пластины 7 приводит к смещению центра концентрических колец, например, так, как это показано на фиг. 2. На фиг. 2 использованы следующие обозначения: 14 - центр концентрических колец, имеющий координаты (x0, y0), точки а, b и с показывают положения актюаторов, начало координат Оху находится на оптической оси. Компьютер 12 определяет координаты х0, y0 и генерирует соответствующие сигналы на актюаторы 9. В частном случае, когда угол между каждой парой актюаторов составляет 120°, сигналы, генерируемые компьютером 12, определяются следующими выражениями:The appearance of a tilt at the
S a =k(-x0cos30°-y0cos60°),S a = k (-x 0 cos30 ° -y 0 cos60 °),
Sb=ky0, S b = ky 0,
Sc=k(x0cos30°-y0cos60°),S c = k (x 0 cos30 ° -y 0 cos60 °),
где Si - сигнал (напряжение) на актюаторе номер i (i=a, b, c), k - константа, которая определяется экспериментально. Константа к выбирается таким образом, чтобы подача напряжений S a , Sb и Sc на актюаторы приводила к смещению точки (х0, y0) в начало координат.where S i is the signal (voltage) on the actuator number i (i = a , b, c), k is a constant that is determined experimentally. The constant k is chosen so that the supply of stresses S a , S b and S c to the actuators leads to a shift of the point (x 0 , y 0 ) to the origin.
Линейное перемещение пластины 7, расположенной на подвижной части 6, вдоль оптической оси приводит к изменению расстояния между пластинами 7 и 8. При этом изменение расстояния между пластинами 7 и 8 на половину длины волны монохроматического излучения источника 1 вызовет смещение интерференционной картины на матричном фотоприемнике 11 на один период (радиусы концентрических колец увеличатся или уменьшатся в зависимости от увеличения или уменьшения расстояния между пластинами 7 и 8 и выпуклости или вогнутости рабочей поверхности пластины 7). Положение центра концентрических интерференционных колец на оптической оси при изменении положения пластины 7 соответствует параллельному положению пластин 7 и 8 относительно друг друга и, следовательно, параллельному перемещению пластины 7 вдоль оптической оси.The linear movement of the
Число концентрических колец, прошедших через каждую освещаемую точку матричного фотоприемника 11, соответствует числу целых значений полуволн, укладываемых на промежутке между пластинами 7 и 8, а точные значения радиусов колец характеризуют дробную часть числа полуволн, укладывающихся в промежутке между пластинами 7 и 8.The number of concentric rings passing through each illuminated point of the
Компьютер 12 решает следующите задачи:
- формирование команды управления приводом 13, соединенным с подвижной частью 6 устройства, на перемещение объекта на заданное расстояние с заданной скоростью;- the formation of a control command of the
- определение наклона пластины 7 относительно пластины 8 путем нахождения центра концентрических интерференционных колец на матричном фотоприемнике 11;- determining the inclination of the
- счет числа концентрических интерференционных колец, проходящих при перемещении объекта через каждую освещаемую точку матричного фотоприемника 11;- the account of the number of concentric interference rings passing when moving the object through each illuminated point of the
- определение дробной части порядка интерференции;- determination of the fractional part of the interference order;
- суммирование числа интерференционных колец с дробной частью порядка интерференции и определение в каждый момент времени точного положения пластины 7 относительно пластины 8.- summation of the number of interference rings with a fractional part of the interference order and determination at each instant of time of the exact position of the
Путем сравнения реального и требуемого положений пластины 7 и определения ее наклона компьютер 12 вырабатывает команды на актюаторы 9 для управления положением и наклоном пластины 7.By comparing the actual and required positions of the
Использование одномодового световода 2 на выходе источника монохроматического излучения 1 позволяет сформировать источник излучения 3 с линейными размерами менее 10 мкм. Благодаря этому телесный угол источника излучения (отношение линейного размера сформированного источника излучения 3 к фокусному расстоянию оптической системы 4) составляет ничтожно малую величину (порядка 10-5). В результате контраст интерференционной картины остается достаточным даже, например, при растоянии между пластинами 7 и 8, равном 1 м. Таким образом, величина перемещения объекта ограничена только возможностями перемещения подвижной части устройства 6.The use of a single-mode fiber 2 at the output of the monochromatic radiation source 1 allows the formation of a radiation source 3 with linear dimensions of less than 10 μm. Due to this, the solid angle of the radiation source (the ratio of the linear size of the formed radiation source 3 to the focal length of the optical system 4) is negligible (about 10 -5 ). As a result, the contrast of the interference pattern remains sufficient even, for example, when the distance between the
В предлагаемом устройстве наклон пластины определяется по двумерной интерференционной картине, в этом случае наклон пластины может быть определен до того момента, пока эта интерференционная картина разрешается матричным фотоприемником 11. Интерференционная картина может быть разрешена матричным фотоприемником, если период интерференционной картины соответствует на приемнике размеру не менее двух пикселей. Период интерференционной картины соответствует изменению расстояния между пластинами 7 и 8 на половину длины волны. Таким образом, максимально допустимые углы наклона пластины составляют величинуIn the proposed device, the slope of the plate is determined by the two-dimensional interference pattern, in this case, the slope of the plate can be determined until this interference pattern is resolved by the
где D - диаметр участка пластины, изображение которого помещается на матричном фотоприемнике, N - число пикселей матричного фотоприемника вдоль одной координаты. При λ=632.8 нм, D=40 мм и N=1000 получаем максимально возможные для компенсации углы наклона перемещаемой пластины примерно ±4⋅10-3 радиан, что в 1000 раз больше допустимых углов наклона перемещаемой пластины у известного аналога (патент РФ №2502952).where D is the diameter of the plate portion, the image of which is placed on the matrix photodetector, N is the number of pixels of the matrix photodetector along one coordinate. At λ = 632.8 nm, D = 40 mm and N = 1000, we obtain the maximum possible compensation angles of the movable plate for approximately ± 4⋅10 -3 radians, which is 1000 times larger than the allowable inclination angles of the movable plate for a well-known analogue (RF patent No. 2502952 )
Типичные значения чувствительности данного устройства линейного перемещения определяются следующими оценками. При перемещении пластины 7 относительно пластины 8 на половину длины волны (около 0,3 мкм при использовании излучения He-Ne лазера) смещение интерференционной картины осуществляется на полный период. Пусть матричный фотоприемник 11 имеет разрешение 1000×1000 пикселей, а перепад высот между центром и краем рабочей поверхности пластины 7 составляет 1 мкм, что приведет к появлению на фотоприемнике трех концентрических колец. В этом случае средняя разница диаметров соседних колец на матричном фотоприемнике составляет приблизительно 300 пикселей. При точности определения диаметров колец в 1 пиксель получаем чувствительность определения положения пластины 7 на уровне 1/300 от половины длины волны, или 1 нм.Typical sensitivity values for a given linear displacement device are determined by the following estimates. When moving the
Увеличение динамического диапазона с сохранением абсолютной точности достигается двумя факторами: во-первых, возможностью регистрации целого числа полуволн, укладывающихся в контролируемом промежутке, и дробного числа полуволн; во-вторых, использованием в качестве когерентного источника излучения, стабилизированного по частоте лазера. Например, стабильность частоты серийно выпускаемого стабилизированного по частоте лазера ЛГН-302 составляет Δν/ν=10-9. При использовании такого лазера ошибка в определении положений объекта, вызванная неточностью квантового эталона, не будет превышать одного нанометра при значениях промежутков между пластинами 7 и 8 до 1 метра включительно.The increase in the dynamic range while maintaining absolute accuracy is achieved by two factors: firstly, the ability to register an integer number of half-waves falling within a controlled interval, and a fractional number of half-waves; secondly, using a laser frequency stabilized radiation as a coherent source. For example, the frequency stability of a commercially available frequency-stabilized laser LGN-302 is Δν / ν = 10 -9 . When using such a laser, the error in determining the position of the object caused by the inaccuracy of the quantum standard will not exceed one nanometer for gaps between the plates of 7 and 8 up to 1 meter inclusive.
Оценим чувствительность устройства для линейного перемещения к наклонам пластины 7. Пусть световой диаметр пластин 7 и 8 равен 40 мм, перепад высот между центром и краем рабочей поверхности пластины 7 составляет 1 мкм, и матричный фотоприемник 11 имеет разрешение 1000×1000 пикселей. В этом случае смещение центра концентрических интерференционных колец на матричном фотоприемнике 11 на 1 пиксель соответствует наклону пластины 7 на угол 10-7 рад. Данная величина является оценкой чувствительности устройства линейного перемещения к наклонам пластины 7.Let us evaluate the sensitivity of the device for linear movement to the slopes of the
Максимальная скорость контролируемого перемещения подвижной части устройства 6 и, соответственно, пластины 7 определяется быстродействием (числом кадров в секунду) матричного фотоприемника 11. Для корректного подсчета числа концентрических интерференционных колец, проходящих при перемещении пластины 7 через каждую освещаемую точку матричного фотоприемника 11, требуется, чтобы за время получения одного кадра интерференционная картина в виде концентрических колец сдвигалась не более чем на полпериода. При использовании излучения He-Ne лазера с длиной волны 0,6328 мкм такое изменение интерференционной картины соответствует смещению пластины 7 на 0,1582 мкм. Пусть матричный фотоприемник обладает быстродействием 500 кадров/с. Тогда максимальная скорость устройства линейного перемещения составляет 0,1582×500≈79 мкм/с.The maximum speed of the controlled movement of the movable part of the
Таким образом, предлагаемое устройство для линейного перемещения обеспечивает перемещение подвижной части с пластиной в диапазоне вплоть до 1 м при максимальных углах отклонения пластины более 10-3 рад с линейной точностью до 1 нм и точностью сохранения углов наклона до 10-7 рад, при этом достигается максимальная скорость линейного перемещения более 50 мкм/с.Thus, the proposed device for linear displacement provides the movement of the moving part with the plate in the range up to 1 m with maximum plate deflection angles of more than 10 -3 rad with linear accuracy of 1 nm and the accuracy of preserving tilt angles of up to 10 -7 rad, maximum linear velocity of more than 50 μm / s.
Claims (5)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142250A RU2606805C1 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements |
| PCT/IB2016/055901 WO2017060803A1 (en) | 2015-10-06 | 2016-10-03 | Device for the linear nanometer-precision displacement of an object within a large range of possible displacements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015142250A RU2606805C1 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606805C1 true RU2606805C1 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015142250A RU2606805C1 (en) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606805C1 (en) |
| WO (1) | WO2017060803A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226198U1 (en) * | 2024-03-12 | 2024-05-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского" | PRECISION LINEAR MOTION DEVICE FOR NANOPOSITIONING |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108827162B (en) * | 2018-09-10 | 2023-08-18 | 中国计量大学 | Device and method for comparing linearity of Fabry-Perot etalon micro-displacement measurement system based on capacitance sensor |
| CN109000567B (en) * | 2018-10-22 | 2023-08-18 | 中国计量大学 | Linearity comparison device and method of Fabry-Perot etalon micro-displacement measurement system based on PSD |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1037070A1 (en) * | 1982-05-31 | 1983-08-23 | Омский политехнический институт | Device for measuring linear displacements of objects |
| SU1215004A1 (en) * | 1984-05-04 | 1986-02-28 | Омский политехнический институт | Arrangement for measuring displacements |
| RU2348952C2 (en) * | 2007-04-18 | 2009-03-10 | Институт прикладной физики РАН | Device for precision linear travel of optical devices |
| US20110170108A1 (en) * | 2005-06-17 | 2011-07-14 | Georgia Tech Research Corporation | Fast Microscale Actuators for Probe Microscopy |
-
2015
- 2015-10-06 RU RU2015142250A patent/RU2606805C1/en not_active IP Right Cessation
-
2016
- 2016-10-03 WO PCT/IB2016/055901 patent/WO2017060803A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1037070A1 (en) * | 1982-05-31 | 1983-08-23 | Омский политехнический институт | Device for measuring linear displacements of objects |
| SU1215004A1 (en) * | 1984-05-04 | 1986-02-28 | Омский политехнический институт | Arrangement for measuring displacements |
| US20110170108A1 (en) * | 2005-06-17 | 2011-07-14 | Georgia Tech Research Corporation | Fast Microscale Actuators for Probe Microscopy |
| RU2348952C2 (en) * | 2007-04-18 | 2009-03-10 | Институт прикладной физики РАН | Device for precision linear travel of optical devices |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226198U1 (en) * | 2024-03-12 | 2024-05-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского" | PRECISION LINEAR MOTION DEVICE FOR NANOPOSITIONING |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2017060803A1 (en) | 2017-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7599071B2 (en) | Determining positional error of an optical component using structured light patterns | |
| KR100398666B1 (en) | Surface contouring method and diffractometer using diffractive optical device | |
| CN100354599C (en) | Common-path frequency-scanning interferometer | |
| US9360306B2 (en) | Three-dimensional profile measurement apparatus and method using amplitude size of projection grid | |
| US3572937A (en) | Method and apparatus for interferometric measurement of machine slide roll | |
| CN103791860A (en) | Tiny angle measuring device and method based on vision detecting technology | |
| US20080174785A1 (en) | Apparatus for the contact-less, interferometric determination of surface height profiles and depth scattering profiles | |
| JP6329456B2 (en) | Optical position measuring device | |
| US6072581A (en) | Geometrically-desensitized interferometer incorporating an optical assembly with high stray-beam management capability | |
| CN105333815B (en) | A kind of super online interferometer measuration system of lateral resolution surface three dimension based on the scanning of spectrum colour loose wire | |
| CN102620690A (en) | Multi-probe flatness detector and flatness detection method | |
| US20110235049A1 (en) | Wavefront Sensing Method and Apparatus | |
| RU2606805C1 (en) | Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements | |
| US20210239452A1 (en) | Method and Apparatus for Detecting Changes in Direction of a Light Beam | |
| RU2472108C1 (en) | Method of measuring 3d object surface shape | |
| US10921448B2 (en) | Optical distance measuring system | |
| US4115008A (en) | Displacement measuring apparatus | |
| KR101751414B1 (en) | Three-dimensional measuring apparatus has a high-precision measurement function | |
| JP6289609B2 (en) | Interferometric distance measuring device | |
| CN107421648B (en) | It is a kind of for measuring the prism assemblies of two-beam interference field duration and phase distribution | |
| RU2502951C1 (en) | Nano- and sub-nanometer accuracy apparatus for controlling position of object | |
| KR100641885B1 (en) | light phase interferrometry method and system for horizontal scanning type | |
| JPH01235807A (en) | Depth measuring instrument | |
| KR102484108B1 (en) | A Two-dimensional (2D) Angular Displacement Measuring Apparatus | |
| CN212378715U (en) | Angle measuring instrument |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171007 |
|
| TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -MM4A- IN JOURNAL 19-2018 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181007 |