[其他]光學(xué)位移測量儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85102930
• 申請(qǐng)日: 1985-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN1005217B
• 公開（公告）日: 1989-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷口佳代子;土谷秀樹;外山正明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼磁尺株式會(huì)社
• 代理公司: 上海專利事務(wù)所
• 代理人: 楊國勝

光學(xué)位移測量儀包含一個(gè)用作標(biāo)度尺的可移動(dòng)的衍射光柵；一個(gè)半導(dǎo)體激光器（１）：光檢測器（１０，１１）和能使被上述衍射光柵衍射的兩光束互相干涉的裝置（２，４，５，６，７），有了這種裝置，就能根據(jù)干涉信號(hào)的變化檢測出上述衍射光柵內(nèi)的不規(guī)則性。激光器的輸出具有適當(dāng)?shù)南喔尚裕苡羞x擇地使具有相同光通路長度的兩光束彼此互相干涉。

本發(fā)明敘述了一種應(yīng)用光的干涉性原理，特別是應(yīng)用了多模半導(dǎo)體激光器作為光源的，供測量標(biāo)度尺位移的光學(xué)儀器。

在歐洲專利EP-0065429中公開了一種光學(xué)位移測量儀，它包括光柵、光源、光檢測器和一組能使光互相干涉的部件，這種儀器采用了燈式激光器作為光源，光源自身的精度較高，但也帶來一些問題，如，激光器的發(fā)熱對(duì)儀器中其它部件有不利影響，以及體積較大和價(jià)格昂貴等，這些問題的解決除了需用其它光源來代替燈式激光器以外還需要對(duì)儀器加以改進(jìn)和調(diào)整，以便同光源的精度相適應(yīng)，才能不降低精度或進(jìn)一步提高精度。

在各種通過使衍射光發(fā)生干涉，使一個(gè)移動(dòng)的衍射光柵作為一個(gè)標(biāo)度尺，能檢測出一個(gè)衍射光柵的位置的變化（位移的長度）的用以測量位移的光學(xué)儀器中，已知的有在“日本的實(shí)用新案”出版社第81510/1982號(hào)或“日本特許”臨時(shí)出版物第191907/1983號(hào)中發(fā)表的一種儀器，其波長是基本上允許變化的，在這類儀器中，位移的檢測是通過利用同級(jí)和不同符號(hào)，正的和負(fù)的衍射光束之間的相干性來實(shí)現(xiàn)的。在“日本特許申請(qǐng)”第205956/1983號(hào)中發(fā)表了另一類儀器，在這類儀器中，位移的檢測是通過利用一級(jí)衍射光束之間的相干性來實(shí)現(xiàn)的。

由于這類供測量位移用的儀器都設(shè)計(jì)得使其光學(xué)系統(tǒng)并不受諸如光源的波長在一定的允許范圍內(nèi)變化產(chǎn)生的相消干涉等的影響。因而，這類儀器具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是可以利用在波長穩(wěn)定性方面有缺陷，但其價(jià)格不貴的半導(dǎo)體激光器。

然而，從另一方面來說，為了這些光學(xué)系統(tǒng)可以體現(xiàn)它們所應(yīng)有的特征，有必要把儀器用這樣的方式來進(jìn)行調(diào)整：使經(jīng)過干涉儀中的光束分離器或衍射光柵分離，再經(jīng)過衍射光柵的衍射，最后使之互相干涉的兩光束的光通路長度的變化始終相等。為什么有絕對(duì)光需要這樣做其理由如下：如果其光通路長度互相有差異，在由于衍射光柵的位移而產(chǎn)生相位變化的同時(shí)，波長的變化也將引起相位變化，而衍射光柵位移所引起的相位變化才有待測量的。這樣，就會(huì)產(chǎn)生測量上的誤差。

為了避免這種情況，對(duì)上述的兩束光的光通路長度必須進(jìn)行精確的調(diào)整，例如，當(dāng)在沒有溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下使用一個(gè)半導(dǎo)體激光裝置時(shí)，其精度范圍應(yīng)控制在幾十微米到幾百微米，當(dāng)然不可能講得很全面，因?yàn)樗粌H取決于所允許的和需要的精度范圍內(nèi)波長的變化，而且取決于一周干涉信號(hào)所對(duì)應(yīng)的衍射光柵的位移長度。

為此目的，已經(jīng)考慮到為一種光學(xué)系統(tǒng)配置一種高精度的支撐物或一個(gè)定位的架子的必要性。前者花費(fèi)較大，后者有一個(gè)所需的高精度的調(diào)整問題以及當(dāng)固定裝置諸如螺絲等的松開時(shí)，在光學(xué)系統(tǒng)中常常會(huì)產(chǎn)生測量上的誤差問題。此外，在使用一個(gè)良好的相干光源例如一個(gè)單模激光等的情況下，就有必要在光學(xué)部件外安排一層價(jià)格較貴的無反射涂層。這是因?yàn)閾?dān)心由于來自光學(xué)部件表面不需要的反射光的疊加所引起的干涉信號(hào)相位的變化。盡管采用了這些針對(duì)性的措施，保持調(diào)整的精度在一定的范圍內(nèi)還是困難的。

本發(fā)明就是為了解決進(jìn)行測量時(shí)面臨的上述問題的，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)位移測量裝置，這種裝置是通過檢測兩束光的光通路長度之間的差別和在不用任何特殊的高精度元件和作用的情況下調(diào)整光通路長度以及有選擇地使必要的光束互相干涉的辦法來排除先前工藝和技術(shù)上的障礙的。

為了達(dá)到這個(gè)目的，根據(jù)本發(fā)明，采用了一個(gè)適當(dāng)相干的多模半導(dǎo)體激光器作為光源，測量一個(gè)衍射光柵衍射出的兩光束之間的干涉。

這樣，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光學(xué)式位移測量裝置，這種裝置的特征是，主要包含一個(gè)用作標(biāo)度尺的可移動(dòng)的衍射光柵;一個(gè)光源;光電檢測器和使由上述衍射光柵所衍射出的兩光束互相發(fā)生干涉的裝置，在這種裝置中，根據(jù)干涉信號(hào)的變化耒檢測上述衍射光柵的位移，該裝置中的輔助光源是一個(gè)具有適當(dāng)?shù)南喔尚裕苁咕哂邢嗤馔烽L度的兩束必要的光束有選擇地互相干涉的多模半導(dǎo)體激光裝置。