Лекция 11
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Реализация принципа последовательного счета в двухкоординатных ОЭИПЛП
Рассмотренные ранее системы ОЭИПЛП позволяют производить измерение линейного перемещения лишь по одной координате. Поэтому при измерении двух координат необходимо иметь два таких устройства и механически их связывать. В то время как измерительные системы, которые могут устанавливать положения по двум координатам одновременно XиYвостребованы в полупроводниковой промышленности и любой промышленности, использующей измерительные машины с небольшими диапазонами измерения и требованиями высокой точности, которые измеряют преимущественно в двух направлениях.
Также как и для однокоординатных ОЭИПЛП в здесь тоже возможно два метода реализации принципа последовательного счета – при работе в проходящих и отражённых пучках лучей.
При работе в проходящих пучках лучей, в качестве измерительного растра используются, в основном, голографические дифракционные решётки.
Используя уникальные возможности голографии при изготовлении дифракционных решёток сложной конфигурации, можно получить голографическую дифракционную решётку с взаимно ортогональными штрихами. При этом необходимо использовать три скрещенных пучка когерентного оптического излучения. Для этой цели использовался трёхлучевой интерферометр, представленный на рисунке 1.
Работа интерферометра происходит следующим образом. Коллимированный пучок излучения лазерного модуля 1 падает на светоделительную пластину 2. Прошедший луч падает не вторую светоделительную пластину 4, а отражённый луч направляется зеркалом 3 на голограмму 6. Отражённый пластиной 4 луч направляется зеркалом 5 на голограмму, куда приходит и прошедший луч. Отметим, что лучи, отраженные полупрозрачными зеркалами 2 и 4, направлены под углом 90° друг к другу и к оси системы. Таким образом, на голограмму приходят три коллимированных пучка, которые создают интерференционное поле с ортогональными интерференционными полосами.
На рисунке 1 позиции 7 и 8 указывают также и обтюрационные полосы. При движении голограммы вдоль направления хполосы побегут перед фотоприёмниками 7, а перед фотоприёмниками 8 будут неподвижны. При смещении голограммы вдоль направленияуполучим обратную картину.
При работе в отражённых пучках лучей, в качестве измерительного растра используются решетчатые шкалы, которые позволяют сконструировать очень компактные преобразователи, которые или не показывают или показывают только очень небольшой дрейф, даже во время изменения температуры. На рисунке 2 показан снимок подобного ОЭИПЛП с двухкоординатным измерительным растром на стеклянной подложке. На поверхности с установочной сеткой нанесена фазовая дифракционная решётка в форме вафлевидного растра. Сигналы, созданные интерференцией в считывающей головке, имеют период 4 мкм по каждой координате и обеспечивают дискретность от 0,1 мкм или меньше. Диапазон контроля составляет примерно 65 65 мм. Референтные метки обеспечены на обоих направлениях измерений.
Различные методы реализации принципа последовательного счета в ОЭИПЛП приводят к необходимости рассмотрения особенностей расчетов их параметров и вопросов конструирования.