Устройство для контроля плоских оптических поверхностей Советский патент 1984 года по МПК G01B11/24 G02B17/08 

со 0

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано при изготовлении высокоточных плоских поверхностей оптических деталей, в том числе плоских зеркал больших диаметров, применяемых для контроля и юстировки крупногабаритных телескопов и коллиматоров, а также плоских поверхностей, являющихся элементами зеркально-линзовых объективов

Известно устройство контроля плоских оптических поверхностей, содержащее пластипу с образцовой плоской поверхностью 1

Недостатком такого устройства является необходимость изготовления образцовой плоской поверхности, соизмеримой по диаметру с контролируемой поверхностью, но выполненной с более высокой точностью (причем контроль эталонной плоскости поверхности сам по себе является сложной технической проблемой).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля плоских оптических поверхностей, содержащее раасположенные на одной оптической оси точечный тест-объект и вогнутое сферическое зеркало 2.

Недостатками известного устройства является низкая точность и производительность контроля из-за необходимости изготовления контрольного вогнутого сферического зеркала, превышающего по диаметру контролируемую поверхность, а также из-за сложности расшифровки и интерпретации получаемых интерферограмм, обусловленной переменной ценой периода интерференционных полос.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля плоских оптических поверхностей, содержащее расположенные на одной оптической оси точечнь1Й тест-объект и вогнутое сферическое зеркало снабжено линзовым корректором, установленным между точечным тест-объектом и вогнутым сферическим зеркалом, выполненным в виде отрицательного мениска, обращенного вогну той поверхностью к сферическому зеркалу, а тест-объект совмещен с фокусом мениска и сферического зеркала.

Кроме того, соотношение радиусов кривизны поверхностей мениска и сферического зеркала связано зависимостью

г 1,5-2Г4. 0,05-0,1/PS/, где Г, И Гг-радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей мениска;

Tj радиус кривизны сферического

зеркала,

,1 п.сстояние d между мениском и сфери41 1м зеркалом составляет

o,-4|r,KioLi a5lr, .

| тройство содержит расположенные на одной оптической оси точечный тест-объект, линзовый корректор и вогнутое сферическое .зеркало. Линзовый корректор выполнен в

виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к сферическому зеркалу. Тест-объект совмещен с фокусом мениска и сферического зеркала.

Устройство работает следующим образом.

Линзовый корректор строит мнимое изображение точечного тест-объекта в фокусе сферического зеркала, внося при этом большую положительную сферическую аберрацию, которая компенсирует отрицательную сферическую аберрацию зеркала, присущую ему при работе в параллельном ходе лучей. Отраженный от контролируемой поверхности параллельный пучок фокусируется сферическим зеркалом и мениском в фокусе F, формируя в нем автоколлимационное безаберрационное изображение точечного тест-объекта.

Вследствие того, что мениск и сферическое зеркало формируют параллельный пучок лучей, падающий по нормали к контролируемой плоской оптической поверхности, диаметр сферического зеркала равен диаметру контролируемой плоской поверхности. Для исправления сферической аберрации сферического вогнутого зеркала, возникающей при работе в параллельном ходе лучей, с точностью не,ниже 0,01 длины световой волны радиусы кривизны мениска связаны соотношением

PI 1,5-2гг 0,05--- 0,1/Гз/ , где Tj - радиус кривизны сферического

зеркала;

tW 1 - радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей мениска,

а расстояние d между мениском и сферическим зеркалом составляет

03lJ.UldLKp.,5lr,|.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность изготовления крупногабаритной плоской поверхности с погрещностью не выше 0,05 длины волны. Продольные габариты системы контроля сокращаются вдвое, так как точечный тест-объект в ней совмещен с передним фокусом системы, а не с центром кривизны зеркала.

Сокращение габаритов повышает виброустойчивость системы. Кроме того, повышение точности и надежности контроля при повышении его производительности достигается за счет того, что при контроле плоской поверхности в устройстве выполняется условие постоянства углов падения лучей в каждой точке контролируемой поверхности. Таким образом, данные об ошибках изготовления плоской поверхности могут быть получены в виде интерферограммы обычного типа (двухлучевая интерферограмма с опорной волной), имеюшей постоянную цену периода интерференционной полосы, равной половине длины волны.

Расшифровка такой интерферограммы и математическая обработка результатов измерений может быть Bbiiionnenij с применением существующей аппаратуры, методик расшифровки и имеющихся программ для обработки данных на ЭВМ.

Высокий уровень оптической коррекции данного устройства в сочетании с возможностью получения интерферограммы, имеющей постоянную цену полосы, и последующей расщифровки ее по существующим высокоточным методикам с применением ЭВМ обеспечивает минимальные погрещности при изготовлении крупногабаритных оптических поверхностей. Кроме того, параметры малогабаритного линзового корректора (диаметр корректора 125 мм, т. е. менее 0,1 диаметра контролируемой поверхности) могут быть проконтролированы со стороны его вогнутой поверхности.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОСКИХ ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее расположенные на одной оптической оси точечный тест-объект и вогнутое сферическое зеркало, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля, оно снабжено лннзовым корректором, установленным между точечным тест-объектом н вогнутым сферическим зеркалом, выполненным в виде отрицательного мениска, обращенного вогнутой поверхностью к сферическому зеркалу, а тест-объект совмещен с фокусом мениска и сферического зеркала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что соотношение радиусов кривизны поверхностей мениска и сферического зеркала связано зависимостью г, 1,5-2Г2 0,05-0,1/Гз/, где г,и 1 -радиусы кривизны соответственно первой и второй поверхностей мениска; г, - радиус кривизны сферического зеркала, а расстояние d между мениском и сферичесi ким зеркалом составляет оМп ,5(r,|. w