Способ контроля формы зеркала Советский патент 1989 года по МПК G01B9/00 

Изобретение относится к области оптики и квантовой электроники и может быть использовано для контроля зеркал.

Цель изобретения - повьпиение точности контроля путем совмещения падающего и отраженного пучков без использования светоделительных элементов.

На чертеже изображено совмещение пропускающих ячеек (1) транспаранта и линейной матрицы (2) фотоприемни- ков.

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируется форма с фокусным расстоянием F. Излучение точечного монохроматического источника излуче ния длиной волны Д , расположенного на двойном фокусном расстоянии от опорной поверхности зеркала, формируют с помощью телескопа в параллельный пучок, направляют на периодический транспарант с периодом Р, расположенный перпендикулярно оптической оси на расстоянии Z от вершины опорной поверхности зеркала фокусного расстояния F. Прошедшее через пропускающие ячейки периодического транспаранта излучение падает на поверхность контролируемого зеркала, расположенного также перпендикулярно оптической оси. Падающее излучение отражается от поверхности контролируемого зеркала и засвечивает фотбпри- ;

СО

о

4

а ю

емники, расположенные на непрозрачных участках поверхности транспаранта, обращенной к зеркальной поверхности. Перемещая периодический транспарант вдоль оптической оси или изменяя период расположения пропускающих ячеек транспаранта или длину волны излучения, добиваются дискретно-контрастной картины распределения интенсивности отраженного излучения на поверхности транспаранта, состоящей из резких квадратов, по размеру и положению совпадающих с пропускающими ячейками периодического транспа- 15 ровки лазерного излучения коротко904624

тового пучка. В этом случае транспарант может быть помещен близко к исследуемой поверхности (в пределах

г глубины резкости контрастного распределения интенсивности), где пучок еще не разрушается и отклонения световых пятен не очень велики.

Пример. Пусть необходимо про10 контролировать сферическое зеркало с фокусным расстоянием F 100 см диаметром D 25 см. В качестве точечного монохроматического источника можно взять, например, точку фокуси

Изобретение относится к оптике и квантовой электронике. Цель изобретения - повышение точности контроля путем совмещения падающего и отраженного пучков без использования светоделительных элементов. Способ заключается в том, что когерентное монохроматическое излучение длиной волны λ источника, помещенного на двойном фокусном расстоянии от опорной зеркальной поверхности, пропускают через периодический транспорт с периодом P. Регистрируют фотоприемниками дискретно-контрастную картину распределения интенсивности отраженного излучения в плоскости регистрации, совмещенной с плоскостью воспроизведения и транспоранта. Фотоприемники располагают на непрозрачных участках поверхности транспаранта, обращенной к зеркальной поверхности. Фотоприемниками регистрируют смещение контрастных элементов распределения интенсивности, по которому судят об отклонении контролируемой поверхности от опорной. 1 ил.

фокусной линзой. Точечный источник п помещают в точку двойного фокуса опор ной поверхности зеркала. Измеряемой величиной является отклонение формы

ранта. Это будет означать, что плоскость расположения транспаранта совмещена с одной из плоскостей воспроизведения. Положение транспаранта и совпадающих с ним плоскостей воспро-20 поверхности реального зеркала от

опорной поверхности. Плоский периодический транспарант, например, как на чертеже, помещают перпендикулярно оптической оси таким образом, 25 чтобы выполнялось условие

изведения задается формулой

I 2р 2 Z FCltJl- |- N),

где N - целое число.

Гели зеркальная поверхность не вносит искажений волнового фронта (контролируемая поверхность совпадает с опорной поверхностью), то положение контрастных пятен в плоскости воспроизве-деиия совпадет с положением пропускающих ячеек периодического транспаранта. При наличии искажений пятна смещаются и начинают засвечивать фотоприемники. По количеству засвеченнь1х фотоприемников в каждой линейке определяют величину смещения /З пятна в соответствующем направлении. При этом точность опредеF(It

Г-11- 30

35

где Z - расстояние от вершины опорной поверхности до плоскости расположения транспаранта; период транспаранта; фокусное расстояние опорной поверхности;

длина волны точечного источника;

номер плоскости воспроизведения (целое число). Выполнение этого условия означает

Р F

А - N 45

ления локального угла наклона ВОЛНОВО- Q что плоскость воспроизведения совпа- го фронта на исследуемой поверхности До определяется расстоянием от этой поверхности до плоскости регистрации (транспаранта) и размером отдельного фотоприемника. Если размер транспаранта меньше размера исследуемой поверхности, то его можно поместить в расходящийся пучок внутри телескопа. Операции при этом остаются теми же, а расстояние Z плоскости воспроизведения определяется с учетом формул для сходящихся и расходящихся пучков.

Способ может быть использован дпя диагностики поверхностей, обладающих сильными искажениями, которые на малых расстояниях ( 1 см) вызывают сильные отклонения световых лучей, что приводит i разрушению све50

55

дает с плоскостью расположения транспаранта. Выберем в качестве опорной поверхности сферу с радиусом 2F. Тогда, если поверхность контролируемого зеркала совпадает с опорной поверхностью, то контрастные пятна в плоскости транспаранта (регистрации, воспроизведения) точно совпадут с пропускающими ячейками и непрозрачные участки поверхности транспаранта, обращенной к зеркалу, не будут засвечены. Отклонения поверхности зеркала от опорной поверхности приведут к смещению контрастных пятен и, следовательно, к засветке непрозрачных участков транспаранта и могут контролироваться визуально. По этим смещениям известным образом находят отклонения формы поверхфокусной линзой. Точечный источник по- помещают в точку двойного фокуса опорной поверхности зеркала. Измеряемой величиной является отклонение формы

поверхности реального зеркала от

F(It

Г-11- 0

5

где Z - расстояние от вершины опорной поверхности до плоскости расположения транспаранта; период транспаранта; фокусное расстояние опорной поверхности;

длина волны точечного источника;

номер плоскости воспроизведения (целое число). Выполнение этого условия означает.

Р F

А - N

что плоскость воспроизведения совпа-

дает с плоскостью расположения транспаранта. Выберем в качестве опорной поверхности сферу с радиусом 2F. Тогда, если поверхность контролируемого зеркала совпадает с опорной поверхностью, то контрастные пятна в плоскости транспаранта (регистрации, воспроизведения) точно совпадут с пропускающими ячейками и непрозрачные участки поверхности транспаранта, обращенной к зеркалу, не будут засвечены. Отклонения поверхности зеркала от опорной поверхности приведут к смещению контрастных пятен и, следовательно, к засветке непрозрачных участков транспаранта и могут контролироваться визуально. По этим смещениям известным образом находят отклонения формы поверх

ности контролируемого зеркала от опорной поверхности. Лля регистрации контрастных: пятен могут быть использованы, например, фотоэмульсия, нанесенная на непрозрачные участки поверхности транспаранта, обращенной к зеркалу, матрицы фотоприемников, помещенные там же и т.д. В случае использования матричных фотоприемников повышается надежность изме- рений, поскольку отсчет ведется по количеству засвеченных фотоприемников. Например, в случае использования линейных матриц фотоприемников (см.чертеж) измеряемая величина смещения контрастного пятна пс, где f- размер отдельного фотоприемника, п - число засвеченных фотоприемников. Для сЛ 10 см, Р 0,1 см h , N -1, Z 273 см и точность огфеделения локального наклона поверхности зеркала относительно опорной поверхности ud- cT/Z :н 3,6-10 гад. При этом размеры транс- паранта d7 D Z/2F-I) с: 9,1 см.

В случае контроля параболического эллиптического или гиперболического зеркал (при условии существования плоскостей воспроизведения, т.е. в случае малых отклонений от сферы на апертуре зеркала) в качестве опорной поверхности можно брать соответственно параболическую, эллиптическую или гиперболическую поверхности. В этом случае даже при отсутствии искажений контрастные световые пятна будут смещены относительно пропускающих ячеек транспаранта согласно за

висимости, которая может быть рассчи- 40 опорной поверхности контролируемого

тана. Уклонения поверхности зеркала измеряются по смещению пятен относи- Я вльно расчетных положений. Контроль плоских зеркал является частным случаем рассматриваемого способа при F -со.

Способ позволяет увеличить точность контроля по сравнению с прототипом за счет осуществления схемы измерения с нормальным падением зондирующего пучка на контролируемое зеркало. Например, в способе-прототи, 25

490462 6

пе, чтобы транспарант отраженный от зеркала

контроля, приведенной в примере, необходимо зондирующее излучение пос- лать под углом с 3,А-10 рад. Это приведет к искажениям типа астигматизма, которые вызовут увеличение ощибки на порядок /loi 3 , А 10-- рад.

10

25

Формула изобретения

Способ контроля формы зеркала с фокусным расстоянием F, заключающийся в том, что излучение точечного монохроматического источника с длиной волны / пропускают через дискретный транспарант с периодом Р, расположенный в плоскости, перпендикулярной оптической оси источника излучения на расстоянии Z от вершины опорной поверхности контролируемого зеркала, и направляют на контролируемое зеркало, регистрируют дискретно- контрастное распределение интенсивности излучения, отраженного от зеркала, в плоскости воспроизведения

измеряют смещения контрастных световых пятен распределения интенсивности излучения относительно положений, задаваемых геометрией транспаранта и опорной поверхностью контролируемого зеркала, по которым судят об отклонении поверхности зеркала от

опорной поверхности, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью увеличения точности контроля, точечный источник монохроматического излучения помешают в точку двойного фокуса

зеркала, а затем совмещают N-ную плоскость воспроизведения с обращенной к контролируемому зеркалу поверхностью транспаранта путем вьтол- нения условия

Z . F(H j. ),

где N - целое число, непрозр)чные участки транспаранта используют для регистрации дискретно-контрастного распределения интенсивности.