PL212841B1 - Układ odbiorczy sygnału w interferometrze laserowym do pomiaru przemieszczeń - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ odbiorczy sygnału w interferometrze laserowym do pomiaru przemieszczeń.

Znany jest zespół odbiorczy sygnału w interferometrze laserowym do pomiaru przemieszczeń, na który pada sygnał wyjściowy z zespołu pomiarowego przemieszczeń interferometru laserowego, w postaci interferujących wiązek. Mają one polaryzacje liniowe, ustalone względem siebie pod kątem prostym i padają na płytkę ćwierćfalową, znajdującą się na wejściu układu odbiorczego w interferometrze laserowym. Ze względu na wzajemnie prostopadłe polaryzacje wiązek wejściowych nie generują one prążków interferencyjnych. Płytka ćwierćfalowa zamienia polaryzacje wiązek na polaryzacje kołowe o przeciwnych zwrotach. Wiązki te są następnie kierowane do dzielnika światła niepolaryzującego, gdzie rozdzielane są na dwie połowy, padające na dwa oddzielne dzielniki światła niespolaryzowanego, z których każdy ma na drodze swoich wiązek wyjściowych polaryzatory. W efekcie na każdym z polaryzatorów pojawiają się prążki interferencyjne, których faza zależy od kąta obrotu płaszczyzny polaryzacji polaryzatora. Dzięki odpowiedniemu ustawieniu kątowym polaryzatorów uzyskuje się fazy sygnałów wyjściowych przesunięte kolejno o π/2, π, 3π/2, 2π, co jest niezbędne do pomiaru przemieszczeń. Sygnały te podawane są na cztery fotodetektory.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie błędów przetwarzania sygnałów optycznych spowodowane różniącymi się nieco parametrami użytych fotodetektorów.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że na drodze wiązki światła z wyjścia płytki ćwierćfalowej są kolejno usytuowane dwie płytki płasko-równoległe, które mają naniesione na części powierzchni czołowej warstwy półprzepuszczalne, a za polaryzatorami jest usytuowany fotodetektor czterosegmentowy. Między polaryzatorami a fotodetektorem czterosegmentowym jest usytuowana soczewka.

Układ według wynalazku eliminuje wady znanych rozwiązań.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiony jest układ odbiorczy interferometru laserowego.

Pomiar przemieszczeń interferometrem laserowy polega na zliczaniu przesuwających się przed fotodetektorem prążków interferencyjnych. Zmiana kierunku mierzonego przemieszczenia powoduje zmianę kierunku przesuwających się prążków. Aby rozpoznać ten moment niezbędne jest wytworzenie dwóch sygnałów sinusoidalnych przesuniętych względem siebie o π/2. W celu kompensacji składowej stałej sygnału otrzymanego z analizy prążków interferencyjnych, wymagany jest odbiór sygnału za pomocą układu różnicowego, co wymaga, aby detekcja fazy prążków zachodziła, gdy różnica faz otrzymywanych sygnałów wynosiła π. Z tych względów układ odbiorczy sygnału z interferometru powinien generować sygnały wyjściowe przesunięte fazowo kolejno o π/2, π, 3π/2, 2π.

Sygnał z zespołu pomiarowego przemieszczeń w postaci wiązki wejściowej 1 ma postać dwóch współosiowych, wzajemnie koherentnych interferujących wiązek światła laserowego o prostopadłych polaryzacjach liniowych. Na drodze tej wiązki jest płytka ćwierćfalowa 2, w której przez jej odpowiednie ustawienie z wzajemnie prostopadłych polaryzacji liniowych interferujących wiązek uzyskuje się przeciwskrętne polaryzacje kołowe. Wiązka ta pada na warstwę półprzepuszczalną 3, naniesioną na części czołowej płytki płasko-równoległej 4. Warstwa półprzepuszczalna 3 odbija połowę mocy wiązki wejściowej 1, którą stanowi wiązka 5. Druga połowa mocy wiązki wejściowej 1 jest transmitowana przez warstwę półprzepuszczalną 3, odbija się od tylnej powierzchni 6 płytki płasko-równoległej 4 i przechodzi z pomijalnymi stratami przez niepokrytą warstwą światłodzielącą część powierzchni czołowej płytki płasko-równoległej 4, jako wiązka odbita 7. Obie wiązki 5, 7 padają na warstwę półprzepuszczalną 8 naniesioną na część powierzchni czołowej drugiej płytki płasko-równoległej 9. Warstwa półprzepuszczalna 8 odbija połowę mocy wiązek 5, 7, a powstałe tak wiązki 10, 11 padają prostopadle na polaryzatory A i B zespołu polaryzatorów 15. Druga część wiązek 5, 7 jest transmitowana przez warstwę półprzepuszczalną 8 płytki płasko-równoległej 9 i przechodzi przez niepokrytą warstwą światłodzielącą część powierzchni czołowej płytki płasko-równoległej 9 jako wiązki 13, 14, które padają prostopadle na polaryzatory C, D zespołu polaryzatorów 15. W konsekwencji, na wyjściu drugiej płytki płasko-równoległej 9 są cztery równo-energetyczne wiązki 10, 11, 13, 14. Polaryzatory A, B, C, D ustawione są w ten sposób, że oś polaryzacji każdego z nich obrócona jest o kąt 45° względem poprzedniego. W ten sposób za polaryzatorami są cztery strefy prążków interferencyjnych przesuniętych względem siebie w fazie o π/2. Po przejściu przez zespół polaryzatorów 15 cztery strefy wiązek ogniskowane są przy pomocy soczewki 16 na fotoelementach A', B2, 3, D fotodetektora czterosegmentoPL 212 841 B1 wego 17. Ustawienie polaryzatorów pozwala na to, aby para fotoelementów A', B( i para C Dj odbierały sygnały różniące się fazowo o π, co eliminuje składową stałą, natomiast sygnał różnicowy A'-B' jest przesunięty w fazie względem sygnału różnicowego C''-D' o π/2, a więc możliwe jest określenie kierunku zliczania przesuwających się prążków. Położenie fotodetektora czterosegmentowego 17 względem soczewki 16 i wielkość tego fotodetektora jest tak dobrana, aby powierzchnia światłoczuła każdego z fotoelementów Aj, Bj, Cj, Dj była nieco większa od rozmiaru plamki świetlnej utworzonej na tych fotoelementach. W efekcie układ fotodetekcyjny staje się nieczuły na zmiany jakości wyjustowania układu interferometru pomiarowego, powodujące przemieszczanie się plamek świetlnych względem fotodetektora.

Claims (2)

1. Układ odbiorczy sygnału w interferometrze laserowym do pomiaru przemieszczeń, zawierający na wejściu płytkę ćwierćfalową, z wyjścia której wiązka światła pada na elementy światłodzielące, polaryzatory i fotodiody, znamienny tym, że na drodze wiązki światła z wyjścia płytki ćwierćfalowej (2) są kolejno usytuowane dwie płytki płasko-równoległe (4), (9), które mają naniesioną na części powierzchni czołowej warstwy półprzepuszczalne (3), (8), a za polaryzatorami (A, B, C, D) jest usytuowany fotodetektor czterosegmentowy (17).

2. Układ odbiorczy według zastrz. 1, znamienny tym, że między polaryzatorami (A, B, C, D) a fotodetektorem czterosegmentowym (17) jest usytuowana soczewka (16).