Интерферометрическое устройство для контроля фазовых колец Советский патент 1989 года по МПК G02B21/14 

Q1 0@ 01

Изобретение относится к оптической измерительной технике, более конкретно - к устройствам дпя контроля фазовых колец микрообъективов фазового контраста, и позволяет по- высить достоверность контроля. Деталь 5 с контролируемым фазовым коль- цом 6 помещают в микрообъектив 4. . Благодаря введению цилиндрической линзы 13 можно наблюдать интерференционную картину в виде полос, расположенных вдоль индекса 15. Снятие отсчетов производится при различных положениях анализатора 7 и при смещении призмы Волластона 8 по контрастной интерференционной картине даже в случае низкого пропускания фазового кольца 6, которая совмещается с индексом 15, обеспечивая тем самым достоверность контроля. 3 ил.

игЛ

1

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля фазовых колец фазовоконтрастных, в частности, фазовотемнопольных микрообъек- тивой по ,вносимому ими фазовому сдвигу.

Цель изобретения - повьивение достоверности контроля,

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - вид наблюдаемого изображения зрачка микрообъектива при различных разворотах анализатора.

Устройство содержит источник J света, осветительную систему 2, тес объект в виде узкой щели 3, микрообъектив 4 с установленной в нем контролируемой ггпастиной 5 с фазовы кольцом 6, анализатор 7, призму Волластона 8, расположенную на подвижной каретке 9 с отсчетньм устройством 10, поворотньй анализатор 11 и вспомогательньй микроскоп 12, цилиндрическую линзу 13, установленную с возможностью поворота вокруг оптической оси, и сетку 14 с индек- сом 15, установленную в полевой ди- афрагме вспомогательного микроскопа 12. Призма Волластона 8 установлена в плоскости изображе1шя тест-объект 3 на расстоянии S от выходного зрачка микрообъектива 4, где расположен фазовое кольцо 6. Вспомогательный микроскоп 12 расположен на расстоя

НИИ Sj от. призмы Волластона. Цилиндрическая линза 13 расположена от призмы Волластона на расстоянии S,

получения интерференционной ка в виде полос. Разворотом цилин кой линзы 13 на угол q и допол ной фокусировкой добиваются, ч число полос в пределах зрачка равно 6-8 и чтобы они бьши рас ны вдоль индекса 15. Разворачи анализатор 11 до получения инт ренционных полос на серповидны ражениях 18, перемещают призму ластона в положение, в котором дина темной интерференционной 19 совмещена с индексом 15, и первьй отсчет по оптическому у ройству 10. Затем разворачиваю лизатор 11 до получения, интер ции на зоне 16, при зтом серед темной интерференционной полос зывается смещенной относительн декса 15 на величину D. Переме призму Волластона таким образо интерференционная картина пере ся на величину D и снимают вто счет. По разности первого и в отсчетов Определяют величину к лируемого фазового сдвига, В р тате расположения интерференци полос вдоль направления раздво изобрах ения они пересекают сер ное изображение фазового кольц в щирокой и протяженной его ча хорошо различимь даже в случае кого коэффициента пропускания го кольца, что делает возможны уверенное совмещение с индексо и тем самым обеспечивает досто ность контроля.

Для работы устройства требу

удовлетворяющем условию (I), фокусное40 соблюдение следующих условий:

расстояние цилиндрической линзы 13 удовлетворяет условию (2). Изображение во вспомогательном микроскопе имеет вид светлого поля 16 зллипсо- видной формы, нагатоненной под углом Cf к направлению сдвига, с которым совпада1ат направление индекса 15 сетки 14. На поле 16 находится изображение фазового кольца 17 с серповидными изображениями 18, на которых при одном повороте аналшзатора видны интерференционные полосы 19. (фиг.2). При другом повороте анализатора ин- терференционнг е полосы 20 н§1бл1едаются на поле 16..

При работе с устройством деталь 5с контролируемым фазовым кольцом 6 помещают в микрообъектив 4 и производят фокусировку тест-объекта 3 до

S2:S,

8-5г +4(5+52 ) +4SS, (S4-S2)

2 + (S+S2)P/q

45

где S

50

55

S. Pгде et

7 k

расстояние между выход зрачком микрообъектива призмой двоения изобра расстояние между призм ения изображения и объ вом, вспомогательного м скопа; коэффициент, равньй Рзадняя апертура микроо тива, рад;

угол двоения изображен рад;

длина световой волны; число интерференционн лос в пределах зрачка

o

5

0

5

0

5

получения интерференционной картины в виде полос. Разворотом цилиндрической линзы 13 на угол q и дополнительной фокусировкой добиваются, чтобы число полос в пределах зрачка было равно 6-8 и чтобы они бьши расположены вдоль индекса 15. Разворачивают анализатор 11 до получения интерференционных полос на серповидных изображениях 18, перемещают призму Волластона в положение, в котором середина темной интерференционной полосы 19 совмещена с индексом 15, и снимают первьй отсчет по оптическому устройству 10. Затем разворачивают анализатор 11 до получения, интерференции на зоне 16, при зтом середина темной интерференционной полосы оказывается смещенной относительно индекса 15 на величину D. Перемещают призму Волластона таким образом, что интерференционная картина перемещается на величину D и снимают второй отсчет. По разности первого и второго отсчетов Определяют величину контролируемого фазового сдвига, В результате расположения интерференционных полос вдоль направления раздвоения изобрах ения они пересекают серповидное изображение фазового кольца 18 в щирокой и протяженной его части и хорошо различимь даже в случае низкого коэффициента пропускания фазового кольца, что делает возможным их уверенное совмещение с индексом 15 и тем самым обеспечивает достовер- ность контроля.

Для работы устройства требуется

0 соблюдение следующих условий:

8-5г +4(5+52 ) +4SS, (S4-S2)P/q

2 + (S+S2)P/q

(1)

5

где S

0

5

S. Pгде et

7 k

расстояние между выходным зрачком микрообъектива и призмой двоения изображения; расстояние между призмой двоения изображения и объективом, вспомогательного микроскопа;Oiкоэффициент, равньй Р -гг ,

задняя апертура микрообъектива, рад;

угол двоения изображения, рад;

длина световой волны; число интерференционных полос в пределах зрачка;

1465857

- коэффициент искахсения формы изобраксения кольца, а фокусное расстояние цилиндрической линзы f удовлетворяет условию;

макс pLS;

1

1

Ufi:PS

(2)

, s,+s

Интерферометрическое устройство для контроля фазовых колец, содержа

Из%словий (1) и (2) следует, что w цее последовательно расположенные ПРИ S S фокусное расстояние Цилинд- на оптической оси источник света, рической линзы может быть сколь угод- тест-объект в виде узкой -Дели, мик- но малым. Поскольку световой диаметр рообъектив с контролируемым Фазовым цилиндрической линзы не может быть. .кольцом, поляризатор, призму двоения более двух радиусов кривизны, а так- 15 изображения, расположенную на подви же не может быть меньше диаметра зрачка, на фокусное расстояние ци- диндрической линзы должно быть наложено условие f5«iS, которое получа- - , .пврпе- ется при условии, что показатель пре- 20 достоверности контроля, в него введе eicn чуп у , „„„„огтпичргкяя линза, установленной каретке с отсчстным устройством, поворотный анализатор и вспомогатель- ньш микроскоп, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повьшения

ломления цилиндрической линзы равен

1,5.

Пример. Обычные микрообъективы фазового контраста рассчитаны таким образом, что их оптическая

длина тубуса, т.е. расстояние от фокальной плоскости до плоскости :изображения, примерно равна 160 мм, а фазовое кольцо расположено вблизи заднего фокуса микрообъектива, прэто- 30 вию му мм. Задний апертурный угол

на цилиндрическая линза, установленная между микрообъективом и призмой двоения изображения с возможностью поворота вокруг оптической оси, к 25 сетка с индексом; установленная в полевой диафрагме вспомогательного микроскопа, прич расстояние S, от цилиндрической линзы до призмы двоения изображения удовлетворяет уело3ailflCl Ц f t-e lywiixi--V -- ..-- у -- . - I -му MM. Задний апертурный уголS-S + CS-bS,) +ASS,(S+S2)P/q

микрообъективов обычно лежит в преде-S S,5: 2 l + (S+Sj,)P/q

лах от 0,015 до 0,040; положимоб . „ выходного эра.

,02. Параметры базового устройства имеют следующие значения: f2,40 hw; ,001 . Принимаем 6 10 мм. Выбираем и . В этом случае ,004 мм и согласно условию 1 имеем 16055,5:121. Возьмем, например, S, 130 мм. Тогда -согласно условию 2 имеем . Этому условию удовлетворяет цилиндрическая линза, например, с фокусным расстоянием 56 ММ. Тогда угол разворота цилиндрической

Световой диаметр цилиндрической линзы должен быть.не менее ,4 wi. Параметр искажения формы изображения равен 1,9. Параметры призмы Вол- ластона имеют следующие значения: ,001, при этом перемещение Волластона, приводящее к-, смещению интерференционной картины на одну полосу, равно 0,6 мм, а на 0,25 полосы (соответствует номинальному фазовому сдвигу) порядка 0,15 мм. Та35

4О

45

50

где S - расстояние от выходного зрачка микрообъектива до пркзмьл двоения изображения; S - расстояние от приз№1 двоения изображения до объектива вспомогательного микроскопа;

. . .«t J . р - коэффициент, равный Р- -

где ei - выходная апертура микрообъектива; . угол двоения изображения,

рад;

А - длина световой волны; k - число интерференционных поло

в пределах зрачка (); q - коэффициент искажения формы изображения кольца (,5) а фокусное расстояние f цилиндрической линзы удовлетворяет условию

55

.

макс oiS; -j i L S S,S«

.

кие величины измеряются с помощью обычных микромет ических устройств с ценой деления 0,0 мм.

Формула

изобретени

цее последовательно расположенные на оптической оси источник света, тест-объект в виде узкой -Дели, мик- рообъектив с контролируемым Фазовым кольцом, поляризатор, призму двоения изображения, расположенную на подви - , .пврпе- достоверности контроля, в него введе „„„„огтпичргкяя линза, установленной каретке с отсчстным устройством, поворотный анализатор и вспомогательньш микроскоп, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повьшения

цее последовательно расположенные на оптической оси источник света, тест-объект в виде узкой -Дели, мик- рообъектив с контролируемым Фазовым .кольцом, поляризатор, призму двоения 5 изображения, расположенную на подви - , .пврпе- 0 достоверности контроля, в него введе „„„„огтпичргкяя линза, установлен30 вию

на цилиндрическая линза, установленная между микрообъективом и призмой двоения изображения с возможностью поворота вокруг оптической оси, к 25 сетка с индексом; установленная в полевой диафрагме вспомогательного микроскопа, прич расстояние S, от цилиндрической линзы до призмы двоения изображения удовлетворяет уело „ выходного эра.

де S - расстояние от выходного зрачка микрообъектива до пркзмьл двоения изображения; S - расстояние от приз№1 двоения изображения до объектива вспомогательного микроскопа;

. . .«t J . р - коэффициент, равный Р- -

где ei - выходная апертура микрообъектива; . угол двоения изображения,

рад;

А - длина световой волны; k - число интерференционных полос

в пределах зрачка (); q - коэффициент искажения формы изображения кольца (,5) а фокусное расстояние f цилиндрической линзы удовлетворяет условию

.

макс oiS; -j i L S S,S«

.

17

16

19

IB

срив.2

16

cpus. Z