TWM459393U - 共光程抗傾角之多光束干涉裝置 - Google Patents

Description

共光程抗傾角之多光束干涉裝置

本新型係關於一種多光束干涉裝置，尤指一種不受傾角影響且可準確檢測的共光程抗傾角之多光束干涉裝置。

按，在精密工業與光電產業中，發展高精度之檢測設備已成為研發的重點，其中在光電式精密位移檢測儀器中，依照檢測方法可分為雷射探頭與干涉式測距儀兩類，其中干涉式測距儀又可分為雙頻干涉儀及單頻干涉儀兩種，然而，單頻干涉儀最常見的係為麥克森式的架構，由於其為非共光程的架構，所以條紋的可視度低且容易受到環境擾動、振動以及溫度的熱流效應等的影響；而共光程架構的多光束干涉儀係可改善上述之缺點，藉以提高干涉儀的穩定性，其中多光束干涉儀產生的干涉條紋非常細銳且能量集中，且亮紋與亮紋之間沒有訊號，所以條紋的對比度很高，可精密地測定亮紋確切的位置，既有共光程結構之干涉儀主要係藉由兩相平行之鏡面來進行檢測，然而，當移動其中一鏡面之距離過長時(較大之檢測距離)，則容易使兩鏡面間因 角度偏擺而產生傾斜不平行之情況時，此時所產生之干涉條紋的間距及對比度都會受到影響，進而使干涉條紋變模糊甚至無法產生干涉條紋，明顯會影響檢測結果之準確度，誠有加以改進之處。

因此，本新型有鑑於既有共光程結構干涉儀兩鏡面容易因操作或外在環境而產生傾斜不平行，進而影響檢測準確度之缺失，特經過不斷的試驗與研究，終於發展出一種能改進現有缺失之本新型。

本新型主要在於提供一種共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其係可不受傾角的影響下，產生清晰的干涉條紋，藉以提供一可抗傾角影響且可準確檢測的共光程抗傾角之多光束干涉裝置之目的者。

基於上述目的，本新型之主要技術手段在於提供一種共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其係包含有一光源、一干涉儀組及一訊號處理組，其中：該光源係為一雷射光源；該干涉儀組係用以接收該光源且設有一玻璃平板及一角隅稜鏡，該玻璃平板係用以接收該雷射光源且在背向該光源的後側面係塗佈有一鍍膜，該角隅稜鏡係接收該玻璃平板的透射光束及該鍍膜的反射光束，進而在該玻璃平板及角隅稜鏡間形成一干涉儀的共振腔；以及該訊號處理組係用以接收該干涉儀組所產生的干涉條紋且設有一分光鏡、一位置靈敏檢測器及一光強檢測器，該分光鏡係用以接收該玻璃平板及該角隅稜鏡間所產生的干涉條紋並 將其均分為兩道光束，該位置靈敏檢測器係用以接收其中一光束，而該光強度檢測器係接收另一道光束，藉以進行干涉訊號的檢測。

進一步，該訊號處理組在該分光鏡及該位置靈敏檢測器之間係設有一擴束鏡，以便將光束準確地射入該位置靈敏檢測器中進行干涉訊號的檢測。

再進一步，該訊號處理組在該分光鏡及該光強度檢測器之間係設有一聚焦透鏡，使光束聚焦於該光強度檢測器上。

較佳地，由該位置靈敏檢測器與該光強度檢測器可得知該角隅稜鏡在光軸方向上的移動量，由該光強檢測器的週期變化可計數所經過的完整週期數，而不足一個週期的位移量由該位置靈敏檢測器可得知細分割的週期數，完整周期數與細分割週期數相加，即可得到整個位移的週期數。

較佳地，該雷射光源係為一氦氖雷射，該氦氖雷射的真空波長係為632.9907奈米，且經由擴束與準直作用後，該雷射光束的直徑為6公厘。

藉由上述之技術手段，本新型共光程抗傾角之多光束干涉裝置，主要係藉由於該角隅稜鏡上設置三個相互垂直配置的反射鏡面的方式，讓入射光可與反射光互相平行，因此，當該玻璃平板與角隅稜鏡之間因移動誤差而不相互平行時，亦可產生清晰的干涉條紋進行位移檢測，進而提供一可抗傾角且可準確檢測之共光程抗傾角之多光束干涉裝置者。

10‧‧‧光源

20‧‧‧干涉儀組

21‧‧‧玻璃平板

22‧‧‧角隅稜鏡

221‧‧‧反射鏡面

23‧‧‧鍍膜

30‧‧‧訊號處理組

31‧‧‧分光鏡

32‧‧‧位置靈敏檢測器

33‧‧‧光強檢測器

34‧‧‧擴束鏡

36‧‧‧聚焦透鏡

40‧‧‧待測物

圖1係本新型共光程抗傾角之多光束干涉裝置之操作流程圖。

圖2係本新型角隅稜鏡操作原理之示意圖。

圖3係本新型角隅稜鏡產生傾角時之操作示意圖。

為能詳細瞭解本新型的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后，請參閱如圖1所示，本新型之共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其係包含有一光源10、一干涉儀組20及一訊號處理組30，其中：該光源10係為一雷射光源，較佳地，該雷射光源係為一氦氖雷射(He-Ne Laser)，其中該氦氖雷射的真空波長係為632.9907奈米(nm)，且經由擴束與準直作用後，該雷射光束的直徑為6公厘(mm)；該干涉儀組20係用以接收該光源10且設有一玻璃平板21及一角隅稜鏡22，其中該玻璃平板21係用以接收該雷射光源10，且該玻璃平板21在背向該光源10的後側面係塗佈有一反射率為R的鍍膜23，該角隅稜鏡22係接收該玻璃平板21的透射光束及該鍍膜23的反射光束，進而在該玻璃平板21及該角隅稜鏡22間形成一干涉儀的共振腔，該角隅稜鏡22在異於該玻璃平板21的後側面係與一待測物40相結合；以及該訊號處理組30係用以接收該干涉儀組20所產生的干涉條紋且設有一分光鏡31、一位置靈敏檢測器(Position Sensitive Detector；PSD)32及一光強檢測器33，其中該分光鏡31係用以接收該玻璃平板21及該角隅稜鏡22間所產生的干涉條紋 並將其均分為兩道光束，該位置靈敏檢測器32係用以接收其中一光束，較佳地，該訊號處理組30在該分光鏡31及該位置靈敏檢測器32之間係設有一擴束鏡34，以便將光束準確地射入該位置靈敏檢測器32中進行干涉訊號的檢測，而另一道光束係射入該光強度檢測器33中，較佳地，該訊號處理組30在該分光鏡31及該光強度檢測器33之間係設有一聚焦透鏡36，使光束聚焦於該光強度檢測器33上，其中由該位置靈敏檢測器32與該光強度檢測器33可得知該角隅稜鏡22在光軸方向上的移動量，其中由該光強檢測器33的週期變化可計數所經過的完整週期數(N)，進而可得到一組1/4相位差的訊號，而不足一個週期的位移量由該位置靈敏檢測器32可得知細分割的週期數(n)，完整周期數與細分割週期數相加，即可得到整個位移的週期數，再將此週期數乘以1/8的雷射光波波長，即可求得該待測物40在光軸方向上的位移量。

本新型共光程抗傾角之多光束干涉裝置於使用時係如圖1所示，其中該光源10的雷射光束係射入該玻璃平板21中，並穿過該玻璃平板21射向該鍍膜23，在該鍍膜23與該角隅稜鏡22間形成反射與透射，其中在該鍍膜23與該角隅稜鏡22間反射的光束係進行無限的循環，直到光束衰退至一對裝置無影響之極小值，且可藉由改變該鍍膜23反射率(R)來改變干涉條紋的細銳度，而經該角隅稜鏡22反射與該鍍膜23透射的光束係射向該訊號處理組30的該分光鏡31中而均分為兩道光束，其中一道光束係經該擴束鏡34而射入該位置靈敏檢測器32中，而另一道光束係經該聚焦透鏡36而聚焦於該光強度檢測器33中。

請再配合參看如圖2所示，其中該角隅稜鏡22係由 三個夾角分別為90°的反射鏡面221所組成，其中依據反射定律：∠1=∠2；以及∠3=∠4且∠2+∠3=90°；可推得∠1+∠2+∠3+∠4=180°，即表示入射光係與反射光互相平行，因此，如圖3所示，當將該角隅稜鏡22與一待測物40相結合而進行移動時，即使在移動該待測物40時產生傾角誤差，造成該玻璃平板21與該角隅稜鏡22間不再呈一平行之型態，也不會影響清晰干涉條紋的產生情況，因為該角隅稜鏡22可確保入射光與反射光的平行度，所以當該待測物40在移動時發生角度偏擺時，係可透過該角隅稜鏡22的特性來抵消所產生的傾角，而反射光因該角隅稜鏡22產生平行光軸的偏移量，則可透過該聚焦透鏡36及該擴束鏡34的聚焦而消除，所以本新型共光程抗傾角之多光束干涉裝置，可在該玻璃平板21與該角隅稜鏡22不平行的情況下進行該待測物40的位移檢測，藉以提供一可抗傾角且可準確檢測的共光程抗傾角之多光束干涉裝置者。

以上所述，僅是本新型的較佳實施例，並非對本新型作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本新型所提技術方案的範圍內，利用本新型所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本新型的技術方案內容，均仍屬於本新型技術方案的範圍內。

10‧‧‧光源

20‧‧‧干涉儀組

21‧‧‧玻璃平板

22‧‧‧角隅稜鏡

221‧‧‧反射鏡面

23‧‧‧鍍膜

30‧‧‧訊號處理組

31‧‧‧分光鏡

32‧‧‧位置靈敏檢測器

33‧‧‧光強檢測器

34‧‧‧擴束鏡

36‧‧‧聚焦透鏡

40‧‧‧待測物

Claims (5)

1. 一種共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其係包含有一光源、一干涉儀組及一訊號處理組，其中：該光源係為一雷射光源；該干涉儀組係用以接收該光源且設有一玻璃平板及一角隅稜鏡，該玻璃平板係用以接收該雷射光源且在背向該光源的後側面係塗佈有一鍍膜，該角隅稜鏡係接收該玻璃平板的透射光束及該鍍膜的反射光束，進而在該玻璃平板及該角隅稜鏡間形成一干涉儀的共振腔；以及該訊號處理組係用以接收該干涉儀組所產生的干涉條紋且設有一分光鏡、一位置靈敏檢測器及一光強檢測器，該分光鏡係用以接收該玻璃平板及該角隅稜鏡間所產生的干涉條紋並將其均分為兩道光束，該位置靈敏檢測器係用以接收其中一光束，而該光強度檢測器係接收另一道光束，藉以進行干涉訊號的檢測。
2. 如申請專利範圍第1項所述之共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其中該訊號處理組在該分光鏡及該位置靈敏檢測器之間係設有一擴束鏡，以便將光束準確地射入該位置靈敏檢測器中進行干涉訊號的檢測。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其中該訊號處理組在該分光鏡及該光強度檢測器之間係設有一聚焦透鏡，使光束聚焦於該光強度檢測器上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之共光程抗傾角之多光 束干涉裝置，其中該雷射光源係為一氦氖雷射，該氦氖雷射的真空波長係為632.9907奈米，且經由擴束與準直作用後，該雷射光束的直徑為6公厘。
5. 如申請專利範圍第1項所述之共光程抗傾角之多光束干涉裝置，其中該雷射光源係為一氦氖雷射，該氦氖雷射的真空波長係為632.9907奈米，且經由擴束與準直作用後，該雷射光束的直徑為6公厘。