Способ определения профиля поверхности диффузно отражающих объектов и устройство для его осуществления

(51) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский институт точной мохаНИКИ И ОГГГИКИ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯПОВЕРХНОСТИ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляопределения профиля поверхности диффузно отраженных объектов. Целью изобретенияявляется повышение производительности за счет увеличения света в единичном спекле путем увеличения среднего размеров спеклов. Пучок света от источника 1 коллимируется и направляется светоделителем 3 в опорный и объектный плечи интерферометра Майкельсона. Линзы 4 фокусируют объектный пучок в плоскости, соответствующей нулевой разности хода плеч интерферометра. При перемещении уголкового отражателя 6 фокус объектного пучка и плоскость нулевой разности хода одновременно перемещаются и в момент совпадения их с поверхностью объекта на,фотоприемнике 9 формируется картина с максимальным контрастом. По положению уголкового отражателя в этот момент определяют профиль поверхности, 2 с,п. и 1 з. и, ф-лы, 2 ил.Изобретенйе относится к контрольноизмерительной технике и мокет быть ис пользовано для определения,геометрических параметров диффузно отракающих объектов путем использованияпринципов спекл-интерферометрии.Цель изобретения - повышение производительности за счет увеличения интенсивности регистрирующих спеклов приувеличении их размеров.На фиг. 1 изобракена функциональнаясхема устройства; на фиг. 2 - схема, гдепоясняется работа блока измерения оптического пути компенсатора,Устройство содержит источник 1 излучения, за выходным окном которого располокен коллиматор 2, выполненный в виделинзы, за ней установлен интерферометрМайкельсона, состоящий из светоделителя3, зеркала 4 опорного плеча, в объектномплече интерферометра за светоделителемпоследовательно установлены линза 5 и уголоковый отражатель 6, установленный свозможностью перемещения вдоль оптической оси интерферометра, отражающая поверхность его обращена к светоделителю,причем ось уголкового отражателя смещенаотносительно оси обьектного плеча интерферометра на величину, большую половиныдиаметра светоделителя и меньшую половины разности диаметров уголкового отражателя и светоделителя интерферометра,уголковый отражатель б снабжен блоком 7измерения его перемещения, выход которого подключен к информационному входу запоминающего устройства 8, фотоприемник9 установлен за выходным окном интерферометра на его оптической оси, выход фотоприемника соединен с входом блока 10определения контраста интерференционных полос, выход которого подключен к установочному входу запоминающегоустройства 8.На фиг. 2 поясняется работа блока измерения оптического пути компенсатора,выполненного в ниде уголкового отракателя, установленного с возможностью перемещения, вдоль оптической осиинтерферомета. Блок 7 измерения оптического пути выполнен в виде двух измерительных растров 11, один из которых установлен на приводе уголкового отражателя, и ориентированы плоскостями параллельно, а штрихами перпендикулярно оптической оси объектного плеча интерферометра, растры располокены между оптронной парой, состоящей из светодиода 12 и фотодиода 13, выход которого подключен к счетному входу счетчика 14, вторая измерительная система образована источником 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 1 излучения, коллиматором 2, светоделителем 3 и уголковым отражателем 6, в плечах светоделителя на расстояниях, соответствующих равным оптическим путем от его отражающей поверхности, установлены зеркала 15 и 16, фотоприемник 17 расположен за светоделителем на оптической оси второй измерительной системы, выход его подключен к входу блока 18 определения контраста интерференционных полос,.выход блока 18 определения контраста интерференционных полос, выход блока 18 соединен с установочным входом счетчика 14, выход счетчика 14 соединен с информационным входом запоминающего устройства 8,Изобретение реализуется следующим образом. Пучок света источника 1 излучения коллимируется коллиматором 2 и направляется светоделителем 3 в опорный и обьектные плечи интерферометра Майкельсона. Линза 5 фокусирует обьектный пучок света в плоскость, соответствующую нулевой разности оптических путей плеч интерферометра. При перемещении уголкового отражателя 6 фокус обьектного пучка и плоскость нулевой разности хода одновременно перемещаются и в момент совпадения их положения с поверхностью обьекта на входном окне фотоприемника 9 появляется интерференционная картина с максимальным контрастом. В этот же момент времени блок 10 выдает импульс на установочный вход запоминающего устройства 8. На информационный вход запоминающего устройства непрерывно поступает информация о положении уголкового отражателя с блока 7. Таким образом, за цикл измерения в памяти блока 8 фокусируется величина о расстоянии поверхности обьекта относительно базовой плоскости, которая является началом отсчета полокения уголкового отражателя,Блок измерения оптического пути работает следующим образом,Положение уголкового отражателя измеряется относительно начального значения, которое фиксируется при помощи второй измерительной системы, Эта система представляет собой интерферометр, который функционирует аналогично устройству измерения размеров обьекта, В опорном плече интерферометра находится зеркало 15, а в обьектном - зеркало 16, относительно которого и фиксируется начальное положение уголкового отражателя б. В момент времени при изменении положения уголкового отражателя, когда на входном окне фотоприемника 17 появляются контрастные интерференционные полосы, блок 18 выдает импульс на счетчик 14 и обнуляет его вь 1 ходы. Первая измерительфокальная плоскость совмещена г плоско 3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щее с я тем, что, уголковый отражатель имеет электромагнитный привод, а блок измерения оптического пути компенсатора выполнен в виде двух зеркал, фотоприемника и измерительной системы, включающей счетчик, оптронную пару и два идентичных плоских щелевых растра, установленные между оптронной парой, расположенные параллельно друг относительно друга и оси обьектного плеча интерферометра, один из растров установлен на приводе уголкового отражателя, оба растра ориентированы так, что их штрихи перпендикулярны к оптической оси объектного плеча, выход оптронной пары подключен к счетному входу счетчика, выход фотоприемника подключен к входу блока определения контраста интерференционных полос. выход которого соединен с установочным входом счетчика, а зеркала установлены в плечах светоделителя на расстояниях, соответствующих равным оптическим путям от его отражающей поверхности, зеркало обьектного плеча установлеро эа выходным окном уголкового отражателя, а вторая измерительная система размещена так, что ее оптиеская ось смещена относительно поверхности диффуано отражающих оба ная система служит для отсчета текущего положения уголкового отражателя относительно этого момента времени, соответствующего начальному положению, Указанная система выполнена по следующей схеме. При перемещении друг относительно друга в направлении, перпендикулярном штрихам, двух щелевых растров, расположенных между оптронной парой, на выходе фотодиода 13 будут появляться импульсы, временной интервал между которыми соответствует перемещению растра на расстояние, равное его периоду, Выход Фото- диода 13 подключен к счетному входу счетчика 14, Таким образом, в каждый момент времени на выходах счетчика присутствует информация, характеризующая смещение уголкового отражателя относительно начального значения, выраженная в единицах. равных периоду растров.Использование операции Фокусировки обьектного пучка интерферометра в плоскость, соответствующую нулевой разности хода плеч интерферометра, позволяет увеличить быстродействие устройства в типичных условиях, как минимум. на порядок, а также устранить неоднозначность результата измерений при использовании в качестве источника излучения полупроводникового лазера за счет выбора входной апертуры фотоприемника, равной уголковому размеру среднего спекла при точной фокусировке пучка на поверхности объекта. Контрастные полосы, появляющиеся при ненулевой разности хода интеррерирующих пучков, будут при выполнении этого условия интегрироваться.Формула изобретения1.Способ определения профиля поверхности диффузно отражающих объектов, заключающийся в том. что осуществляют интерферометрическое сравнение опорного и объектного пучков света, изменяют оптический путь объективного пучка и фокусируют объектный пучок в область изменения положения нулевой разности хода интерферирующих пучков, измеряют изменения оптического пути объектного пучка относительно его начального значения в момент появления максимального контраста интерференционной картины, по которому, судят об искомом параметре, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности, фокусирование обьектного пучка в область изменения положения нулевой разности хода осуществляют в плоскость. соответствующую нулевой разности хода интерферирующих пучков.2. Устройство для определения профиля 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тов, содержащее последовательно установленные источник излучения, коллиматор, интерферометр, включающий светоделитель, делящий излучение на опорное и объектное плечи, и фотоприемник, установленные в обьектном плече интерферометра линзу и компенсатор оптического пути с блоком измерения его оптического пути, установленный с возможностью перемещения его вдоль оптической оси интерферометра в диапазоне, большем двух длин когерентности источника излучения, подключенный к выходу фотоприемника блока определения контраста интерференционных полос, соединенный выходом с установочным входом запоминающего устройства, информационный вход которого соединен с выходом блока измерения оптического пути компенсатора. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, компенсатор оптического пути выполнен в виде уголкового отражателя, страдающая поверхность которого в два раза больше диаметра светоделителя и обращена к светоделителю. а его ось смещена относительно оси объектного плеча интерферометра на величину, большую радиуса светоделителя и меньшую разности радиусов уголкового. отражателя и светоделителя, а линза расположена между светоделителем и угловым отражателем и ориентирована так, что его стью нулевой разности хода объектного плеча,каз 2990 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Мбсква, Ж, Раушская наб., 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 оси светоделителя на величину, равную радиусу линзы, которая ориентирована так, что ее ось смещена в противоположном направлении относительно оси светоделителяна расстояние, равное разнице радиусовсветоделителя и линзы.