本发明专利技术涉及基于存储器的高速干涉仪。一种干涉仪，其产生彼此干涉的第一光信号和第二光信号。这些光信号被转换为数字信号形式地址。存储器对与第一光信号和第二光信号相对应的数据值进行存储，并且其中这些地址被用于直接读取存储在这些地址处的数据值。在转换第一光信号和第二光信号并读取数据值时可以对存储在存储器中的数据值进行动态自适应。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及一种光学测量设备，更具体地，涉及一种高速光 学干涉仪。
技术介绍
干涉测量法叠加(千涉)两个或更多个(电磁)波以检测这些波之间的差，即它们的干涉特性。最常见的干涉仪是迈克逊(Michdson)型 干涉仪。迈克逊干涉仪的基本元件是光源、检测器、两个反射镜和通常 被称为分束器的一个半透明反射镜。简单的干涉仪对"条纹"进行计数，其中输出波的强度经历了从最大值(其中波相长干涉)至最小值(完全的相消干涉)然后再次回到最大 值的完整循环。这些强度是正弦波。由于该单一输出，简单的干涉仪可 以检测到波的路径上的差动距离的改变，但是不能检测到这种改变的方 向。当利用相位调整装置(例如四分之一波长延迟器)来产生一对路径 (该对路径通常是通过使得两个光束穿过同一组透镜和反射镜而形成 的，这两个光束中的每一个是沿一个方向偏振)时， 一个偏振路径被四 分之一波长延迟器延迟，因此所得到的正弦波强度相对于未延迟的路径 延迟了90度。这得到干涉仪的一对输出。这些输出是正交的，并且象标 准的正交编码器一样，能够检测距离的改变和该改变的方向这二者。不幸的是，这种形式的干涉仪的分辨率是路径差的四分之一波长； 在使用氦氖(HeNe)激光器的典型干涉仪的情况下，波长因氦和氖的物 理性质而被固定在632.818纳米并且不能被改变。因此，由干涉仪的正交 输出直接编码的最小距离是632.818波长的1/4或158.20纳米。该四分之 一波长距离有时被称为干涉仪的"固有分辨率"。现有技术通过强度内插法而进一步提高了分辨率；即，由光电二极 管来测量无延迟路径和延迟路径二者的相对功率，通过A/D转换器将光 电二极管电流放大并转换为数字值，并使用软件将作为正弦值和余弦值 的这一对相对功率值映射为单位圆。由于每个反正弦值或反余弦值在单 位圆上产生两个可能的角度，这两个值将在单位圆上生成总共三个同时 可能的角度，但是仅有一个值(重复值)是正确的。除以2兀以后的单位 圆角度是光束路径从干涉仪零点起变化的波长的小数(fraction),在现有 技术中，干涉仪通常可达波长的100分之一那么小，或为固有分辨率的 25倍。常规方法的缺点在于读出的两个部分具有不同类型四分之一波长 数是由正交编码实时读出，而波长的小数部分是延迟了一些时间的软件 内插法的结果。将这些值合并在一起将引起更大的延迟，因此全部干涉 仪系统并不在当前的位置而是在过去的某个点处的位置(一般是在过去 的至少50微秒)来报告。这对应于约20KHz的更新速率，根据汉明 (Hamming)定理，这种干涉仪不能检测到比该速率(10KHz)的一半 高的运动。现有技术的干涉仪在它们的速度方面受到严格限制， 一般在约20 KHz 的范围内，通常更小。许多在售的干涉仪的更新速率低至10Hz至20Hz。 常规干涉仪通常是固定的，并被构造成适用于特定的工作状况。实时地 改变千涉仪的操作在大多数情况下是不可能的。希望将干涉仪的速度提高至少一千倍或三个量级(103)以完全地进 入兆赫(Mega-Hertz)范围。实际上，希望提高速度以使干涉仪的速度主 要受限于能够将光信号的强度转换为数字信号的速度。因此，随着转换 的速度增大，使用本专利技术的干涉仪的速度也将增大。还希望干涉仪能动 态适应于其工作特性和环境。干涉测量法的概念作为实验科学能追溯到Albert Michdson，其在 1907年被授予诺贝尔奖。在美国专利4,583,856中R. C. Moore使用计算 机来计算激光干涉仪中的次条纹分辨率。距离测量干涉仪在市场上可以 买到。根据4D技术的最好的(top-of-the-line)激光干涉仪以30微秒的采样时间以及在一帧时间内更新(即20KHz的最终更新速率)的方式工 作。Canon微激光干涉仪将工作范围限制为+/-50微米，该微米干涉仪可 以以100KHz来更新。本专利技术的一个目的是将干涉测量的速度基本上完全提高到M Hz范 围或更大。本专利技术的另一个目的是将干涉仪的输出格式合并，使得读取干涉仪 测量的任何设备都能够将干涉仪的输出读取为所希望的任何格式的值， 无论该格式是格雷码(Graycode)、整数、正交编码脉冲还是其它的任何 格式都可以。因此，希望在设备正在工作时，或响应于其工作特性和其 工作环境，使得干涉仪可以被动态地构造成适于任意的所期望的数据格 式。
技术实现思路
干涉仪产生彼此干涉的第一光信号和第二光信号。这些光信号是转换成的数字信号形式的地址。存储器存储与第一光 信号和第二光信号相对应的数据值，并且其中这些地址被用来直接读取 存储在这些地址处的数据值。在转换第一光信号和第二光信号以及读取数据值时，存储在存储器 中的这些数据值可以动态地自适应(adapt)。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方式的干涉仪和相应方法的框图； 图2是根据本专利技术一个实施方式的干涉仪的详细框图；以及 图3是根据本专利技术另一实施方式的干涉仪的详细框图。具体实施例方式本专利技术包括迈克逊类型正交激光干涉仪，其具有常规的光学构成并 另外增加了光电二极管、放大器、A/D转换器和存储器。A/D转换器将 干涉光信号的强度改变为存储器地址形式的数字信号。直接存取存储器直接存取存储器将两个正交编码的干涉仪光束信号的幅度(强度) 转换为任何所期望的正交编码的位置信号。在A/D转换器之后的高速路 径不包括具有长等待时间的任何软件或电子设备。当然，对从存储器读 取的数据进行的下游处理可以使用软件，并且可以使用软件对系统进行 配置或在操作期间更新存储器的内容，但是这些操作不影响高速测量路 径。本专利技术的一个实施方式使用A/D转换器的结果来直接地并唯一地对 ROM或RAM存储器中的位置进行寻址(读取)，该位置预加载有与该特 定集合的光电二极管信号的强度的期望输出状态相对应的数据。该输出 状态可以是经正交编码的输出，其模拟了干涉仪以不同(且小得多的) 波长、或波长的小数或任何其他的所期望输出格式进行的操作，只要该 格式在初级正交激光干涉仪波长的每个整数倍处重复即可。本干涉仪可以对其中光信号的强度经历了从最大值至最小值的一个 完整循环的条纹进行计数。本干涉仪可以检测沿光信号路径的差动距离 的改变和方向。具体地说，我们可以对干涉仪的差动距离进行正交编码， 其中该编码是干涉仪的每条纹循环的差动距离的多个循环。编码存储器的输出状态不限于正交编码值。例如，对于正确运行的干涉 仪来说"不可能"经历的情况可以具有反映该情况的输出指示码。例如， 在正确工作的正交干涉仪中，两个光束的值从来不会都为零、从来不会 都处于最大值并且从来不会都处于中间常数。零数据值表示激光器发生 损坏，而最大数据值表示第一分束器表面上有污染物。两个光束的值都 出于中间常数表明参考光束或目标光束没有对准。这些错误指示状况和 其它状况都是利用本专利技术可以实时检测到的。这些状况可以在数据值中 的一个或更多个预定位处指示出来。可逆计数器本专利技术的另一个实施方式添加了可逆计数器(up-down counter),其直接增加或减少了阈值干涉仪光束输出。该可逆计数器的输出用作对存储器进行寻址时的附加位，从而使本专利技术能够在可逆计数器支持的整个 范围上根据要求而输出唯一输出码。 动态自适应干涉仪在本专利技术的另一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于干涉测量法的包括光学系统的装置，其中该光学系统用于产生彼此干涉的第一光信号和第二光信号，该装置包括： 光学至数字转换器，其被构造成将第一光信号的强度转换为第一数字信号并将第二光信号的强度转换为相应的第二数字信号，其中所述第一光 信号和所述第二光信号彼此干涉，并且其中所述第一数字信号和相应的所述第二数字信号合并以形成地址信号；以及 存储器，其直接连接到所述地址信号，该存储器被构造成用于存储与所述第一光信号和所述第二光信号之间的干涉相对应的数据值，并且其中所述地 址信号直接读取所述数据值。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威廉S叶拉兹尼斯，德克布林克曼，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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