СПОСОБ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2004 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 - интерферограммах.

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 углов α 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 измерения формы поверхности оптических деталей 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 анализирующей оптической системы, и последующий анализ светового изображения, согласно изобретению в нем дополнительно освещают интерферограмму вторым источником света в интервале углов от 0 до β, причем освещение интерферограммы первым и вторым источниками света производят в противофазе.

Сквозь слабо экспонированные, почти прозрачные участки интерферограммы проходит и попадает в объектив анализирующей системы преимущественно свет от второго источника, направленный вблизи нормали к поверхности интерферограммы. Сквозь сильно экспонированные, почти черные, участки интерферограммы практически не проходит свет ни от первого, ни от второго источника. Сквозь участки интерферограммы, соответствующие средним величинам экспозиций, соответствующих переходу от светлых к темным участкам, может проходить диффузно рассеянный свет и от первого, и от второго источника.

В результате освещения интерферограммы первым и вторым источниками света в противофазе область перепада от светлых к темным полосам наблюдается мерцающей. За счет того, что чувствительность глаза к мерцаниям, т.е. к циклическим изменениям интенсивности света, на порядок выше, чем к плавным изменениям интенсивности, повышается точность интерференционных изменений 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, первый и второй источники коллимированного излучения, включающие точечные источники света 3 и 4, помещенные в фокусе объективов 5 и 6. Источники и объективы расположены таким образом, что интерферограмма освещается двумя коллимированными световыми пучками, причем в противофазе - когда горит источник света 3, источник 4 гаснет, и наоборот.

Через светлые, прозрачные участки интерферограммы свет от первого источника проходит практически без рассеивания, не попадая в объектив, и эти участки наблюдателю кажутся темными. Через сильно экспонированные, темные участки интерферограммы свет не проходит вообще, поэтому при освещении только первым источником наблюдаются только участки перехода от светлых к темным полосам, т.е. границы полос.

При освещении интерферограммы вторым источником света под углом от 0^o до β, кажущееся наблюдателю распределение интенсивности в полосах интерференционной картины соответствует действительному распределению. При освещении интерферограммы двумя источниками света в противофазе границы перехода от светлых к темным полосам представляются наблюдателю мерцающими.

Оценка погрешности наведения на полосу производится при помощи окулярмикрометра MOB-1-16^х. 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 заявляемого 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, 1, с.32-36 - аналог.

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

Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей 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 анализирующей оптической системы, и последующий анализ светового изображения. Также интерферограмму освещают вторым источником света в интервале углов от 0 до β, причем освещение интерферограммы первым и вторым источниками света производят в противофазе. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционных полос в диффузном рассеивании. 1 ил.

Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей, 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 анализирующей оптической системы, и последующий анализ светового изображения, отличающийся тем, что освещают интерферограмму вторым источником света в интервале углов от 0 до β, причем освещение интерферограммы первым и вторым источниками света производят попеременно в противофазе.