Интерферометр для контроля вогнутых асферических поверхностей Советский патент 1992 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и преимущественно может использоваться для контроля формы вогнутых асферических поверхностей монолитных и составных зеркал.

Известен интерферометр для контроля асферических поверхностей, содержащий лазер, светоделитель, микрообъектив, объектив, плоскопараллельную пластину со светоделительной эталонной поверхностью, вспомогательное плоское или сферическое зеркало, а также систему наблюдения. Интерферометр обеспечивает контроль асферических поверхностей второго порядка на основе использования их энаберрационных точек (геометрических фокусов). При использовании интерферометра, кроме контроля формы поверхности, выполняется контроль расстояния между геометрическими фокусами поверхности.

Однако на этом интерферометре невозможно выполнить контроль радиуса кривизны при вершине поверхности. Отступление радиуса кривизны при вершине поверхности приводит к появлению плавно изменяющейся от центра к краю погрешности формы поверхности, называемой общей погрешностью. Особенно этот недостаток проявляется при контроле формы и юстировке составных зеркал, так как наличие этой общей погрешности не будет устранено ни при каких перемещениях и наклонах сегмента составного зеркала при юстировке.

Известен интерферометр для контроля формы асферических поверхностей, являющийся наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, содержащий лазер, светоделитель, микрообъектив, линзу с эталонной сферической светоделительной поверхностью и систему наблюдения. При контроле асферических поверхностей в интерферометре используется компенсатор, обеспечивающий падение световых лучей строго вдоль нормалей контролируемой поверхности.

Недостатком известного интерферометра является его нечувствительность к некоторым типам общей погрешности, он принципиально не в состоянии отличить асферическую поверхность с теоретическим профилем от эквидистантной поверхности, которой называют поверхность, отстоящую по нормалям на одинаковые расстояния от теоретической формы. При этом радиус кривизны при вершине эквидистантной поверхности отличается от радиуса кривизны исходной поверхности, в результате этого возникает общая погрешность, проконтролировать которую на известном интерферометре невозможно.

Цель изобретения - повышение качества контроля за счет определения помимо местных погрешностей также всех типов общих погрешностей формы поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что интерферометр, содержащий последовательно расположенные источник монохроматического излучения, оптическую систему формирования пучка, светоделитель, разделяющий световой поток на две ветви, в одной из которых расположены плоскопараллельная пластина с эталонной поверхностью и компенсатор, а в другой система регистрации и анализа интерференционной картины, снабжен вторым компенсатором, расположенным за первым компенсатором и выполненным с апертур- ным углом в пространстве предметов не ме0 нее. чем впять раз меньше апертурного угла в пространстве изображения первого компенсатора, и плоским зеркалом с отверстием, ориентированным таким образом, что его отражающая поверхность пересекает

5 оптическую ось интерферометра под прямым углом в точке заднего фокуса первого компенсатора. Первый компенсатор формирует световой пучок, все лучи которого падают по нормалям на контролируемую

0 поверхность и, отразившись от нее после вторичного прохождения первого компенсатора, интерферируют с лучами, отраженными от -эталонной, поверхности плоскопараллельной пластины. В системе

5 регистрации наблюдается интерференционная картина, по-которой можно судить о наличии местных погрешностей формы контролируемой поверхности. Интерференци- онная картина имеет вид прямых

0 равноотстоящих полос для случая идеальной формы контролируемой поверхности и для любой поверхности, эквидистантной идеальной.

Контроль общей погрешности контро5 лируемой поверхности осуществляется следующим образом..

Схема интерферометра включает плоское зеркало с центральным отверстием, ориентированное таким образом, что его от-.

0 ражающая поверхность пересекает оптическую ось интерферометра под прямым углом в точке заднего фокуса первого компенсатора, а также второй компенсатор, расположенный между задним фокусом

5 первого компенсатора и контролируемой поверхностью. Центральная часть светового пучка, сформированного после прохождения через первый компенсатор, падает на второй компенсатор. Расчет второго ком0 пенсатора выполняется таким образом, что, если контролируемая поверхность не имеет погрешностей, то прошедшие через второй компенсатор лучи после отражения от контролируемой поверхности параллельны оп5 тической оси. После отражения от плоского зеркала они повторяют свой путь в обратном ходе, вновь отражаются от контролируемой поверхности и проходят через второй и первый компенсаторы, после чего интерферируют с лучами, отраженными от эталонной поверхности плоскопараллельной пластины. Интерференционная картина имеет вид прямых равноотстоящих полос. Если контролируемая поверхность является эквидистантной к расчетной поверхности, то после прохождения через второй компенсатор и отражения от контролируемой поверхности лучи не параллельны оптической оси и интерференционная картина наблюдается в виде дугообразных полос. Измеряя ве- личину искривления полос, можно определить величину общей погрешности контролируемой поверхности.

Использование в схеме интерферометра второго компенсатора не позволяет про- ко.нтролировать местные погрешности в центральной части контролируемой поверхности. Однако многие вогнутые асферические поверхности имеют нерабочую центральную часть в пределах 0,2 светового диаметра или даже выполняются с отверстием в центре, достигающем 0,5-0,6 светового диаметра. Диаметр . второго компенсатора не превышает 0,2 светового диаметра контролируемой поверхности, поэтому вызываемое им экранирование центральной части светового пучка незначительно и не сказывается на контроле местных погрешностей.

На чертеже изображена оптическая схема интерферометра.

Интерферометр содержит источник 1 монохроматического излучения, систему 2 формирования пучка, светоделитель 3, плоскопараллельную пластину 4 с эталонной поверхностью 5, первый 6 и второй 7,ком- пенсаторы, плоское зеркало 8 с отверстием и систему 9 регистрации и анализа интерференционной картины. Апертурный угол в пространстве предметов второго компенсатора (72 не менее, чем в пять раз меньше апертурногоугла в пространстве изображения первого компенсатора О . .

Интерферометр работает следующим образом.

Параллельный пучок от источника 1 мо-. нохроматического излучения проходит через систему 2 формирования пучка, светоделитель 3 и падает на плоскопараллельную пластину 4 с эталонной поверхностью 5. Часть излучения отражается от эталонной плоской поверхности 5 пластины 4, образуя эталонный волновой фронт сравнения, а прошедшие лучи преломляются первым компенсатором 6. Эти лучи после выхода из компенсатора также создают эталонный волновой фронт, форма которого определяется параметрами контролируемого зеркала 10. Часть этого пучка, которая не

попадает на второй компенсатор 7, падает по нормали на контролируемое зеркало 10, отражается от него, вновь проходит через 5 первый компенсатор 6 и плоскопараллельную пластину 4 и интерферирует с эталонным волновым фронтом, отраженным от эталонной поверхности 5. В результате этого в системе наблюдения 9 получена интер10 ференционная картина, по которой можно сделать заключение о наличии или отсутствии местных погрешностей формы контролируемой поверхности. Если местные погрешности отсутствуют, то интерферен- 15 ционная картина не изменяется, если контролируемая поверхность заменена на эквидистантную.

Поэтому для выявления общей погрешности формы контролируемой поверхности

20 образована дополнительная ветвь. Она состоит из второго компенсатора 7, расположенного между задним фокусом F первого компенсатора и контролируемой поверхностью 10, и плоского зеркала 8 с централь25 ным отверстием, причем отражающая поверхность плоского зеркала проходит через задний фокус F первого компенсатора перпендикулярно его оптической оси. Такое расположение зеркала обеспечивает мини0 мальные размеры отверстия в нем. Центральная часть светового пучка после преломления первым компенсатором 6 падает на второй компенсатор 7, который рас- считан таким образом, что после

5 прохождения через него и отражения от контролируемого зеркала 10, лучи выходят параллельным пучком лишь в том случае, если контролируемая поверхность является идеальной. Этот параллельный пучок пада0 ет на плоское зеркало 8, отражается от него, претерпевает второе отражение от контролируемой поверхности 10, повторно преломляется вторым 7 и первым 6 компенсаторами и, пройдя через плоскопа5 раллельную пластину 4, интерферирует с эталонным волновым фронтом, В этом случае система 9 регистрации и анализа интерференционной картины зафиксирует вторую интерференционную картину в виде

0 прямых полос, расположенную в центральной части первой интерференционной картины. При отступлении радиуса кривизны при вершине контролируемой поверхности от расчетного значения интерференцион5 ная картина имеет вид дугообразных полос. Таким образом, изобретение позволяет определить помимо местных погрешностей также все типы общих погрешностей формы поверхности, выявляя отличие расчетной поверхности от эквидистантной при отступлении их друг от друга на 0,02 мм.

Формула изобретения

Интерферометр для контроля вогнутых асферических поверхностей, содержащий последовательно расположенные источник монохроматического излучения, оптическую систему формирования пучка, светоделитель, разделяющий световой поток на два. в одном из которых расположены плоскопараллельная пластина с эталонной по- ; верхностью и компенсатор, а в другом - система регистрации и анализа интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повышения качества конт

роля за счет определения также всех типов общих погрешностей формы поверхности, он снабжен вторым компенсатором, расположенным за первым компенсатором и выполненным с апертурным углом в пространстве предметов не менее чем в пять раз меньше апертурного угла в пространстве изображения первого компенсатора, и плоским зеркалом с отверстием, ориентированным таким образом, что его отражающая поверхность пересекает оптическую ось интерферометра под прямым углом в точке заднего фокуса первого компенсатора.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля формы вогнутых асферических поверхностей монолитных и составных зеркал. Цель изобретения - повышение качества контроля за счет определения помимо местных погрешностей также всех ти пов общих погрешностей формы поверхности. Центральная часть светового пучка после преломления первым компенсатором падает на второй компенсатор, после прохождения через который и отражения от контролируемого зеркала лучи выходят параллельным Пучком лишь в том случае, если,контролируемая поверхность является идеальной, для чего он выполнен с апертурным углом в пространстве предметов не менее чем в пять раз меньше апертурного угла в пространстве изображения первого компенсатора. Этот параллельный пучок падает на плоское зеркало, отражается от него, претерпевает второе отражение от контролируемой поверхности, повторно преломляется вторым компенсатором, первым компенсатором под прямым углом в точке заднего фокуса, к которому отражающая поверхность плоского зеркала с отверстием пересекаетесь интерферометра и, пройдя через плоскопараллельную пластину, интерферирует с эталонным волновым фронтом. В этом случае система регистрации и анализа интерференционной картины зафиксирует вторую интерференционную картину в виде прямых полос, расположенную в центральной части первой интерференционной картины. При отступлении радиуса кривизны при вершине контролируемой поверхности от расчетного значения интерференционная картина будет иметь вид дугообразных полос. 1 ил. (Л С XI ю 00 Оч о