Интерферометр для контроля качества оптических поверхностей и систем

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4781349/28 (22) 10.01,90 (46) 30.09.92. Бюл. Q 36 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) В. К, Ки рилловский, С.С. Гвоздев, И.P.Ïåòðó÷åíêî и Т.В.Прохоренко (56) Иванова Т.А„Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов.

Л.: Машиностроение, 1984, с. 193-195. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ

КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И СИСТЕМ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для исследования и контроля качества изготовления поверхностей опти(s1)s G 04 В 9/02, G 01 В 11/24 ческих деталей и аберраций оптических систем, особенно крупногабаритных. Целью изобретения является повышение производительности и достоверности контроля. Гомоцентрический пучок лучей от источника 9 заполняет зрачок контролируемого объекта

17 и изображается на экране 10 и фотоэлектрической мембране 11, Затем осуществляется настройка интерферометра до совпадения точечного источника 9 с центром мембраны 11. После этого включается источник 1 когерентного излучения, от которого формируется 2 волны — опорная и объектного отражения от контролируемой поверхности, при совмещении которых создается интерференционная картина, наблюдаемая с использованием линзы

Бертрана, 3 ил.

1765S03

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для исследования и контроля качества изготовления поверхностей оптических деталей и аберраций оптических си- 5 стем, особенно крупногабаритных.

Известен неравноплечий лазерный интерферометр, содержащий установленный на основании источник когерентного излучения, микрообъектив, светоделительный 10 кубик, делящий поток на две ветви, в одной из которых установлена образцовая деталь, а вторая направлена в сторону контролируемой детали. При использовании устройства по такой схеме в ходе контроля, 15 например, вогнутого сферического зеркала, при настройке автоколлимационной схемы контроля совмещение автоколлимационного блика от контролируемого зеркала с бликом от эталонного зеркала выполняется при 20 помощи матового экрана, т,к. избыток светового потока в данной схеме позволяет получить от непокрытой оптической поверхности достаточно яркий блик, легко обнаруживаемый в затемненном цехе с 25 помощью матового экрана.

Недостатком данного устройства является сложность обнаружения блика при контроле в цеховых условиях оптической системы, составленных из нескольких не- 30 покрытых поверхностей, так как в этом случае отраженный световой поток составляет

0,04п от падающего светового потока, где п — число непокрытых оптических поверхностей, составляющих системы. Сложность 35 обнаружения автоколлимационного блика в этих условиях приводит к снижению производительности и достоверности контроля, так как при каждом сеансе контроля после повторной установки контролируемой дета- 40 ли в схему требуется значительное время для повторной юстировки схемы в условиях полностью затемненного помещения.

Наиболее близким к изобретению и выбранным авторами в качестве прототипа яв- 45 ляется интерферометр с дифрагированной эталонной волной, содержащий основание, установленный на основании источник когерентного излучения и размещенные по ходу излучения расширитель, фокусирующий 50 объектив, плоское зеркало, выполненное с точечным отверстием и установленное под углом к оптической оси, осветительное зеркало, расположенное так, что центр его кривизны совпадает с отверстием плоского 55 зеркала, объектив, линзу Бертрана, окуляр и механизмы подвижек основания с ручными приводами. Рабочий пучок образуется путем дифракции лазерного пучка, сфокусированного на точечном отверстии диаметром 0,5 — 2 длины волны источника излучения.

Недостатком указанного интерферометра является то, что в процессе настройки автоколлимационной схемы контроля при использовании лазера умеренной мощности; а также при контроле высокоапертурных деталей и систем яркость автоколлимационного блика недостаточна для его уверенного обнаружения в цеховых условиях. Указанный недостаток также приводит к снижению производительности и достоверности контроля.

Целью изобретения является повышение производительности и достоверности контроля.

Это достигается тем, что известный интерферометр, содержащий основание, установленный на основании источник когерентного излучения и размещенные по ходу излучения расширитель, фокусирующий объектив, плоское зеркало, выполненное с точечным отверстием и установленное под углом к оптической оси, осветительное зеркало, расположенное так, что центр его кривизны совпадает с отверстием плоского зеркала, объектив, линзу Бертрана, окуляр и механизм подвижек основания снабжен точечным источником света и экраном с перекрестием, размещенным в плоскости, проходящей через точечное отверстие перпендикулярно оптической оси так, что их центры расположены симметрично относительно оси, фотоэлектрической матрицы, установленной так, что ее центр совмещен с центром экрана, и блоком управления, вход которого электрически связан с выходом фотоэлектрической матрицы, а выход с механизмами подвижек.

Предлагаемое снабжение интерферометра точечным источником света и экраном с перекрестием, размещенным в плоскости, проходящей через точечное отверстие перпендикулярно оптической оси так, что их центры расположены симметрично относительно оси, придает заявляемому интерферометру новые свойства, заключающиеся в том, что появляется возможность настраивать автоколлимационную схему контроля, располагая достаточно ярким автоколлимационным бликом от применяемого точечного источника света, не искаженного элементами схемы интерферометра, и наблюдаемого на экране с перекрестием без дополнительных юстировочных приспособлений, повышая таким образом производительность контроля и его достоверность. Появляется возможность оперативно проверить настройку интерферометра во время контроля, что повышает на 1765803 дежность настройки, К тому же, регулируя световой пот;: точечного источника и повышая его яркость, можно оптимизировать условия юстировки, Кроме того, создается возмож .-:ость осуществить уверенную на- 5 стройку автоколлимационного плеча интерферометра в случае контроля оптических систем, состоящих из ряда непокрытых поверхностей (обычно двух) в цеховых условиях, Снабжение интерферометра фото- 10 электрической матрицей, установленной так, что ее центр совмещен с центром экрана и блоком управления, вход которого электрически связан с выходом фотоэле,рической матрицы, а выход- с механизмами 15 подвижек, обеспечивает воэможность автоматизации настройки интерферометра за счет обработки сигнала, полученного на фотоэлектрической матрице при попадании на нее отраженного испытуемой системой в 20 режиме автоколлимации изображения точечного источника света, блоком управления, который вырабатывает управляющие сигналы для приводов в зависимости от отклонения изображения точечного источни- 25 ка света от центра матрицы, что ведет также к повышению производительности и достоверности контроля за счет ликвидации недетерминированных ручных операций, и кроме того, обеспечивает повышение про- 30 изводительности при любой случайной разъюстировке схемы контроля.

На фиг, 1 изображена схема предполагаемого интерферометра в случае контроля поверхности; на фиг. 2 — оптическая схема 35 интерферометра (сечение А-А на фиг. 1); на фиг. 3 — схема предполагаемого интерферометра в случае применения его для контроля качества оптической системы, Интерферометр содержит источник ко- 40 герентного излучения 1, расширитель 2, фокусирующий объектив 3, плоское зеркало 4 с точечным отверстием, осветительное зеркало 5, центр кривизны которого совмещен с отверстием плоского зеркала, объектив 6, 45 окуляр 7, между которыми может быть введена линза Бертрана 8, Точечный источник света 9 и экран с перекрестием 10 расположен в плоскости, перпендикулярной оптической оси интерферометра и проходящей 50 через точечную диафрагму зеркала 4. В плоскости экрана введена фотоэлектрическая матрица 11, электрически связанная с блоком управления 12, выходы которого подключены к приводам 13, 14, 15 механизмов 55 подвижек интерферометра, расположенных на основании 16, Работает интерферометр следующим образом.

Контролируемая система 17, например, вогнутое зеркало, либо контролируемая оптическая система 18 с плоским зеркалом 19, установленным за системой перпендикулярно оптической оси интерферометра, и интерферометр позиционируется. Включается точечный источник 9, гомоцентрический пучок лучей от которого заполняется зрачок контролируемой системы 17 либо 18 и изображается ею на экране 10 и на фотоэлектрической матрице 11.

Настройка интерферометра осуществляется в ручном вариайте йрйведением йзображения точечного источника 9 в центре экрана 10 манипулированием подвижками интерферометра в автоматическом варианте при несовпадении изображения точечного источника 9 с центром матрицы 11 сигнал рассогласования с блока управления поступает на один из приводов 13, 14 или 15 механизмов подвижек, которые отрабатывают заданную величину подвижки, затем вновь оценивается несовпадение изображения точечного источника 9 с центром матрицы 11 и вновь при наличии несовпадения производится подвижка интерферометра, и так до момента окончательного совпадения изображения точечного источника 9 с центром матрицы 11, Если при включении точечного источника 9 изображение его на экране 10 отсутствует, то манипулированием подвижек интерферометра 13, 14 или 15 в ручном варианте производится приведение изображения точечного источника 9 на экране 10 с помощью, например, дополнительного матового экрана больших размеров, чем экран

10, установленного вблизи него.

Далее включается когерентный источник излучения 1, пучок лучей от которого, пройдя через расширитель 2, фокусируется объективом 3 на точечном отверстии плоского зеркала 4 в виде пятна рассеяния диаметром около 100 мкм. Точечное отверстие становится источником дифрагированной сферической волны, которая в автоколлимации от исследуемой сферической поверхности изображается в виде пятна рассеяния, перекрывающего точечное отверстие зеркала 4, отразившись от зеркала эта рабочая волна направляется в плечо наблюдения через объектив 6, окуляр 7, Часть излучения источника, сфокусированного объективом 3 на точечное отверстие, но не прошедшее через него, отражается от зеркала 5 и фокусируется на отверстии зеркала 4 в направлении плеча наблюдения, При этом на отверстии фокусируется вторая дифрагированная волна, фронт которой используется в качестве

1765803 опорного. В результате сложения этой волны с рабочей возникает интерференция с совмещенных световых пучках, распространяющихся в направлении плеча наблюдения, Используется объектив 6 и окуляр 7 5 плеча наблюдения наблюдают освещенную точечную диафрагму и автоколлимационное изображение точки в центре кривизны контролируемой поверхности. Наблюдение интерференции в зрачке производится с 10 использованием линзы Бертрана 8.

В конкретном случае выполнения в качестве источника когерентного излучения 1 использован лазер ЛГ79-2, расширитель 2 выполнен в виде телескопической системы, 15 состоящей из расположенных по ходу луча отрицательного и положительного компонентов, фокусирующий объектив 3 имеет следующие параметры: Г =5,09 мм; А=0,2, плоское зеркало 4 имеет точечное отверстие 20

1-2 мкм. Объектив 6 имеет fr=16,42 мм. В качестве окуляра 7 использована склеенная линза с 1=40 мм. В качестве точечного ис1 точника 9 использована лампа накаливания МН6, 3-03 ГОСТ 2204-80, применена 25 матрица 11 типа ФПЗС-1М, В качеСтве блока управления 12 использован блок, выполненный, например, на основе мини-ЭВМ

"Электроника-10", Приводы 13, 14, 15 выполнены в виде двигателя Д-219, а механиз- 30 мы подвижек выполнены в виде винтовых пар. В случае контроля зеркала 17д =1,5 м и 1=10 м время настройки сокращалось с

3-5 часов до 30 минут. При этом отпадала необходимость в частом применении допол- 35

А-4 нительных средств для настройки, что повышало производительность настройки, при этом в любой момент настройки может быть проверена, таким образом, повышается достоверность настройки, что даст экономический эффект.

Формула изобретения

Интерферометр для контроля качества оптических поверхностей и систем, содержащий основание, установленный на основании источник когерентного излучения и размещенные по ходу излучения расширитель, фокусирующий объектив, плоское зеркало, выполненное с точечным отверстием и установленное под углом к оптической оси, осветительное зеркало, расположенное так, что центр его кривизны совпадает с отверстием плоского зеркала, объектив, линзы

Бертрана, окуляр и механизмы подвижек основания, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и достоверности контроля, он снабжен точечным источником света и экраном с перекрытием, размещенным в плоскости, проходящей через точечное отверстие перпендикулярно оптической оси так, что их центры расположены симметрично относительно оси, фотоэлектрической матрицей, установленной так, что ее центр совмещен с центром экрана, и блоком управления, вход которого электрически соединен с выходом фотоэлектрической матрицы, а выход — с механизмами подвижек.

1765803

Составитель С. Гвоздев

Редактор Т, Лошкарева Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор С, Л иси на

Заказ 3384 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101