СПОСОБ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2001 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к области интерференционных измерений, а конкретнее - к способам повышения точности определения координат интерференционных полос на фотоснимках интерференционных картин - интерферограмм.

Измерение формы оптических поверхностей интерференционным методом сводится к определению отклонения положения интерференционных полос от расчетного положения. Поэтому точность интерференционного метода определения формы поверхности оптических деталей определяется только точностью определения координат полос на интерферограммах.

Известен способ многолучевой интерферометрии [1], в соответствии с которым на исследуемую и образцовую поверхности оптических деталей наносят зеркальный слой с коэффициентом отражения, близким к единице. Вследствие изменения характера интерференционной картины из синусоидальной в пикообразную увеличивается точность определения координат интерференционных полос. Недостатком метода является необходимость нанесения зеркального покрытия на исследуемую поверхность перед каждым сеансом контроля и удаления покрытия после сеанса контроля.

Известен также способ [2] повышения точности интерференционных измерений путем выделения экстремумов полос за счет нелинейности характеристической кривой фотоматериала, используемого для регистрации интерференционной картины.

Недостатком способа является необходимость увеличения времени экспозиции при регистрации интерферограммы.

Наиболее близким к заявляемому способу по количеству существенных признаков и по решаемой технической задаче - прототипом - является способ [3], включающий регистрацию интерференционной картины фотографическим путем, измерение предельного угла α диффузного рассеивания фотослоя, освещение интерферограммы коллимированным световым пучком, направление падения которого на интерферограмму ограничивают интервалом углом β и α+β, где β - передний апертурный угол оптической системы, и анализ светового изображения. В результате вышеописанного освещения интерферограммы происходит оконтуривание (или дифференцирование) интерференционных полос, что приводит к повышению точности измерений.

Недостатком способа является ограниченность его функциональных возможностей, проявляющаяся в достижении максимальной точности измерений координат полос не более λ/100.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционных полос в диффузном рассеивании.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ интерференционного изменения формы поверхности прецезионных оптических изделий включает регистрацию интерференционной картины фотографическим путем на прозрачном носителе, освещение зарегистрированной интерферограммы в интервале углов от β до α+β, где α - угол диффузного рассеивания света интерферограммой, β - передний апертурный угол оптической системы, и анализ светового изображения, согласно изобретению в нем освещают интерферограмму в интервале углов от β до α+β красным светом и дополнительно освещают интерферограмму синим цветом по оптической оси анализирующего объектива.

Сквозь слабо экспонированный участок интерферограммы проходит преимущественно нерассеянный синий цвет. Сквозь сильно экспонированные темные участки интерферограммы свет практически не проходит. Сквозь участки интерферограммы, соответствующие средним величинам экспозиций (период от светлых к темным участкам) проходит преимущественно рассеянный красный цвет. В результате смешения цветов область перехода от светлых к темным полосам приобретает зеленый цвет, светлые участки остаются окрашенными в синий цвет, а темные - в красный цвет. За счет того, что чувствительность глаза к изменениям цвета более чем на порядок больше чувствительности к изменениям интенсивности, и повышается точность измерения координат полос и, соответственно, точность интерференционных измерений в целом.

В заявляемом способе описаны известные в научно-технической литературе отдельные признаки, однако положительный эффект обусловлен только взаимным сочетанием признаков в описанной последовательности, поэтому автор считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Осуществление заявленного способа поясняется с помощью устройства, представленного на чертеже.

Устройство содержит объектив 1 с передним апертурным углом β , анализируемую на просвет интерферограмму 2, два источника коллимированного излучения, включающие точечные источники света 3 и 4, помещенные в фокусе объективов 5 и 6, синий светофильтр 7 и красный светофильтр 8. Источники коллимированного излучения расположены таким образом, что синий цвет падает вдоль оптической оси анализирующего объектива, а красный - под углом γ, выбранным из условия α < γ < α+β, где α - предельный угол рассеяния света фотоэмульсий, а β - передний апертурный угол объектива наблюдаемой системы.

Через светлые прозрачные участки интерферограммы свет проходит практически без рассеивания, и в поле зрения светлым участкам полос будут соответствовать участки, окрашенные в синий цвет. Через темные, непрозрачные участки свет не будет проходить вообще, и в поле зрения эти участки также останутся темными. Красный свет, прошедший через слабо и среднеэкспонированные участки полос, будет в той или иной мере рассеиваться на микрокристаллах серебра и, смешиваясь с нерассеянным синим светом, окрашивать наблюдаемое изображение интерференционных полос во все цвета видимого спектра.

Оценка погрешности наведения на полосу производится при помощи окулярмикрометра MOB-1-16^x. Среднеквадратичная погрешность наведения на полосу составляет λ/100 - (в периодах полос) для известного способа и λ/500 - для предлагаемого способа.

Предложенный способ может быть использован для измерения формы пробных стекол, зеркал лазерных резонаторов, других прецизионных оптических деталей.

Использование заявленного изобретения позволяет повысить точность измерения формы поверхности оптических деталей.

Источники информации
1. Скоков И. В. Оптические интерферометры. - М., Машиностроение, 1979, 128 с., - аналог.

2. Скоков И.В., Носков М.Ф. Нелинейная фоторегистрация двухлучевых интерференционных картин. - Заводская лаборатория, 1984, N 1, с. 32-36 - аналог.

3. А.с. N 1651096. Носков М.Ф. и др. "Способ интерференционного измерения формы поверхности прецизионных оптических деталей" - прототип.

Изобретение относится к области интерференционных измерений, а конкретнее - к способам повышения точности определения координат интерференционных полос на фотоснимках интерференционных картин - интерферограмм. Сущность: способ включает регистрацию интерференционной картины фотографическим путем на прозрачном носителе, освещение зарегистрированной интерферограммы в интервале углов от β до α+β, где α - угол диффузного рассеивания света интерферограммой, β - передний апертурный угол оптической системы, и анализ светового изображения, отличающийся тем, что освещает интерферограмму в интервале углов от β до α+β красным светом и дополнительно освещает интерферограмму синим цветом по оптической оси анализирующего объектива. Технический результат: расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционных полос в диффузном рассеивании. 1 ил.

Способ интерференционного измерения формы поверхности прецизионных оптических изделий, включающий регистрацию интерференционной картины фотографическим путем на прозрачном носителе, освещение зарегистрированной интерферограммы в интервале углов от β до α+β, где α - угол диффузного рассеивания света интерферограммой, β - передний апертурный угол оптической системы, и анализ светового изображения, отличающийся тем, что освещают интерферограмму в интервале углов от β до α+β красным светом и дополнительно освещают интерферограмму синим цветом по оптической оси анализирующего объектива.