Интерферометр для контроля качества оптических поверхностей и систем

( 9) ЬЬ 36й институт точно ий, С.С.Гвоздев, рохоренколовский В.К. Проекптики микроскопов.984, с. 193-195. ловсТ,В,ПКирирольние, 1 рольноыть иснтроля й оптиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНО СТЕЙ И СИСТЕМ(57) Изобретение относится к конт измерительной технике и может б пользовано для исследования и ко качества изготовления поверхносте 1)5 6 04 В 9/02, О 01 В 11/2 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.Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для исследования и контроля качества изготовления поверхностей оптических деталей и аберраций оптических си 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 покрытых поверхностей, так как в этом случае отраженный световой поток составляет 0,04 п 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 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 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 высоко- апертурных 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 надежность настройки, К тому же, регулируясветовой пот точечного источника и повы-.шая его яркость, можно оптимизировать условия юстировки, Кроме того, создаетсявозможность осуществить уверенную настройку автоколлимационного плеча интерферометра в случае контроля оптическихсистем, состоящих из ряда непокрытыхповерхностей (обычно двух) в цеховых условиях, Снабжение интерферометра фотоэлектрической матрицей, установленнойтак, что ее центр совмещен с центром экрана и блоком управления, вход которогоэлектрически связан с выходом фотоэле,рической матрицы, а выход- с механизмами 15подвижек, обеспечивает воэможность автоматизации настройки интерферометра засчет обработки сигнала, полученного на фотоэлектрической матрице при попадании нанее отраженного испытуемой системой в 20режиме автоколлимации изображения точечного источника света, блоком управления, который вырабатывает управляющиесигналы для приводов в зависимости от отклонения изображения точечного источника света от центра матрицы, что ведет такжек повышению производительности и достоверности контроля за счет ликвидации недетерминированных ручных операций, икроме того, обеспечивает повышение производительности при любой случайнойразъюстировке схемы контроля,На фиг, 1 изображена схема предполагаемого интерферометра в случае контроляповерхности; на фиг. 2 - оптическая схема 35интерферометра (сечение А-А на фиг. 1); нафиг. 3 - схема предполагаемого интерферометра в случае применения его для контроля качества оптической системы,Интерферометр содержит источник когерентного излучения 1, расширитель 2, фокусирующий объектив 3, плоское зеркало 4с точечным отверстием, осветительное зеркало 5, центр кривизны которого совмещенс отверстием плоского зеркала, объектив 6, 45окуляр 7, между которыми может быть введена линза Бертрана 8, Точечный источниксвета 9 и экран с перекрестием 10 расположен в плоскости, перпендикулярной оптической оси интерферометра и проходящей 50через точечную диафрагму зеркала 4, В плоскости экрана введена фотоэлектрическаяматрица 11, электрически связанная сблоком управления 12, выходы которого подключены к приводам 13, 14, 15 механизмов 55подвижек интерферометра, расположенных на основании 16,Работает интерферометр следующимобразом. 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 окончательногосовпадения 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 качествеопорного. В результате сложения этой волны с рабочей возникает интерференция ссовмещенных световых пучках, распространяющихся в направлении плеча наблюдения, Используется объектив 6 и окуляр 7 5плеча наблюдения наблюдают освещеннуюточечную диафрагму и автоколлимационноеизображение точки в центре кривизны контролируемой поверхности. Наблюдение интерференции в зрачке производится с 10использованием линзы Бертрана 8,В конкретном случае выполнения в качестве источника когерентного излучения 1использован лазер ЛГ 79-2, расширитель 2выполнен в виде телескопической системы, 15состоящей из расположенных по ходу лучаотрицательного и положительного компонентов, фокусирующий объектив 3 имеетследующие параметры: Г =5,09 мм; А=0,2,плоское зеркало 4 имеет точечное отверстие 201-2 мкм. Объектив 6 имеет т=16,42 мм. Вкачестве окуляра 7 использована склееннаялинза с 1=40 мм. В качестве точечного ис 1точника 9 использована лампа накаливания МН 6, 3-03 ГОСТ 2204-80, применена 25матрица 11 типа ФПЗСМ, В качеСтве блока управления 12 использован блок, выполненный, например, на основе мини-ЭВМ"Электроника", Приводы 13, 14, 15 выполнены в виде двигателя Д, а механизмы подвижек выполнены в виде винтовыхпар. В случае контроля зеркала 17 д =1,5 ми Г=10 м время настройки сокращалось с3-5 часов до 30 минут. При этом отпадаланеобходимость в частом применении дополАнительных 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 оставитель С. Гвоздевехред М. Моргентал КоРРектоР С Лисина Редактор Т, Л каре каз 3384 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 рина оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород,гф Щ