PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede bestehend aus einer Montageplatte, einem fotoelektrischen Interferometer, einer Schwingmasse und einem piezoelektrischen Biegeelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (1) schlitzförmige Einarbeitungen enthält und somit eine bewegliche Zunge (2) vorhanden ist, dass ein optischer Teiler (3) fest mit der Montageplatte (1) verbunden ist und am Ende der beweglichen Zunge (2) das eine Ende des piezoelektrischen Biegeelementes (9) befestigt ist und dass mit dem anderen Ende des piezoelektrischen Biegeelementes (9) die Schwingmasse (8) fest verbunden ist und weiterhin ein die Phase beeinflussendes Element an der beweglichen Zunge (2) ausserhalb des Verbindungsbereiches mit dem piezoelektrischen Biegeelement (9) fest angeordnet ist.
Der Erfindungsgegenstand ist überall dort anwendbar, wo in interferometrischen Anordnungen Modulationen optischer Gangunterschiede notwendig sind. Dies kann bei fotoelektrischer Abtastung zur Signalübertragung und aus messtechnischen Gründen erforderlich sein. Weiterhin kann die Vorrichtung zur Ermittlung der Amplitudenfrequenzgänge fotoelektrischer Detektoren benutzt werden.
Zur Modulation optischer Gangunterschiede in bekannten interferometrischen Anordnungen, die aus einem optischen Teiler und zwei die Phase beeinflussenden Elementen, beispielsweise Tripelprismen, bestehen, können verschiedene Möglichkeiten zur Anwendung kommen. So kann eine planparallele Glasplatte in einen Strahlengang gebracht werden. Bei Neigung der Glasplatte zum Strahlenverlauf ändert sich der Glasweg, wodruch eine Modulation erreicht werden kann. Auch der reziproke piezoelektrische Effekt von Quarzkristallen kann zur Modulation benutzt werden.
Beide Varianten haben den Nachteil, dass bei vertretbaren geometrischen Abmessungen nur kleine Modulationsgangunterschiede erzielt werden können.
Wesentlich grössere Modulationsgangunterschiede erhält man, wenn man beispielsweise ein Tripelprisma des Interfe-rometers in Strahlrichtung schwingen lässt. Es ist bekannt, dass dazu das Tripelprisma an einem Ende eines piezoelektrischen Biegeschwingers befestigt werden kann, während das andere Ende gestellfest angeordnet ist.
Solche Vorrichtungen sind jedoch recht störanfällig, da temperaturabhängige Verlagerungen des Tripelprismas auftreten. Ausserdem weden relativ grosse elektrische Spannungen zum Betreiben des piezoelektrischen Biegeelementes benötigt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen zu schaffen, die grosse Modulationsgangunterschiede bei relativ kleinen elektrischen Betriebsspannungen ermöglicht, ohne dass temperaturabhängige Verlagerungen des die Phase beeinflussenden Elementes, zum Beispiel des Referenztripelprismas, auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Modulation optischer Gangunterschiede in interferometrischen Anordnungen zu schaffen, die mit kleinen Betriebsspannungen grosse Modulationsgangunterschiede erreicht und den Nachteil der temperaturabhängigen Verlagerungen des modulierenden optischen Bauelementes in bekannten Lösungen beseitigt.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in eine Montageplatte, beispielsweise aus Quarz, ein oder mehrere Schlitze so eingearbeitet sind, dass in der Montageplatte eine bewegliche Zunge vorhanden ist.
Der optische Teiler eines Interferometers wird fest, zum Beispiel durch Kleben, auf der Montageplatte angeordnet, während ein die Phase beeinflussendes Element, beispielsweise ein Tripelprisma, auf der beweglichen Zunge befestigt ist. Das andere die Phase beeinflussende Element, zum Beispiel auch ein Tripelprisma, führt entweder die zu messende Bewegung aus oder ist auch fest angeordnet. Das Ende der beweglichen Zunge ist mit einem Ende eines piezoelektrischen Biegeelementes verbunden. Am anderen Ende des piezoelektrischen Biegeelementes befindet sich eine Schwingmasse.
Das piezoelektrische Biegeelement wird mit einer sinusförmigen elektrischen Spannung, deren Frequenz einer Resonanzfrequenz des mechanischen Systems entspricht, erregt. Da im Resonanzfall gearbeitet wird, werden bei kleinen Spannungen der Güte des mechanischen Systems entsprechend grosse Auslenkungen des die Phase beeinflussenden Elementes erreicht. Da die Erregung nicht durch direkten Bezug zu einem Festpunkt erfolgt, ist die Nullage des die Phase beeinflussenden Elements unabhängig von der Temperatur, wenn man von den vernachlässigbaren Ausdehnungen des Materials der Montageplatte absieht. Um Fehler infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von beweglicher Zunge und piezoelektrischem Biegeelement zu vermeiden, muss das die Phase beeinflussende Element ausserhalb der Verbindungszone beider Elemente an der beweglichen Zunge befestigt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:
Figur 1 : Vorderansicht der Vorrichtung
Figur 2: Steitenansicht der Vorrichtung
Entsprechend Figur 1 ist in eine Montageplatte 1, die aus einem Material mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, zum Beispiel Quarz, besteht, ein Schlitz so eingearbeitet, dass am Rand der Montageplatte 1 eine bewegliche Zunge 2 vorhanden ist.
Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist der optische Teiler 3 eines Interferometers fest mit der Montageplatte 1 verbunden, während das die Phase beeinflussende Element, das Refe-renztripelprisma 5, an der beweglichen Zunge 2 befestigt ist. Die Befestigung des optischen Teilers 3 und des Referenztripelprismas 5 kann beispeilsweise durch Kleben erfolgen. Am Ende der beweglichen Zunge 2 ist ein Ende des piezoelektrischen Biegeelementes 9 fest, zum Beispiel durch Kleben, angeordnet. Das ander Ende des piezoelektrischen Biegeelementes 9 ist fest, zum Beispiel ebenfalls durch Kleben, mit der Schwingmasse 8 verbunden.
Im optischen Teiler 3, der mit parallelem und monochromatischem Licht beleuchtet wird, teilt sich das Licht in zwei gleiche Bündel auf. Die Bündel durchlaufen jeweils das Tripelprisma 4 beziehungsweise das Referenztripelprisma 5, reflektieren an den Spiegeln 6 beziehungsweise 7, durchlaufen jeweils das Tripelprisma 4 beziehungsweise das Referenztripelprisma 5 noch einmal und erzeugen durch Überlagerung eine Interferenzerscheinung.
Die Interferenzerscheinung wird mittels der fotoelektrischen Detektoren 10 abgetastet. Wird das piezoelektrische Biegeelement 9 mit einer sinusförmigen Spannung, deren Frequenz gleich einer Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Systems, bestehend aus der beweglichen Zunge 2, dem Referenztripelprisma 5, der Schwingmasse 8 und dem piezoelektrischen Biegeelement 9, ist, erregt, so wird durch die Schwingbewegung des Referenztripelprismas 5 der optische Gangunterschied moduliert. Soll die Verschiebung des Tripelprismas 4 gemessen werden, so registrieren die fotoelektrischen Detektoren 10 die Überlagerung von Messgangunterschied und Modulationsgangunterschied.
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1 Blatt Zeichnungen