Интерференционное устройство для контроля линз Советский патент 1992 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к коНтрольно- измеритрлы-юй технике и может быть использовано в производстве оптических деталей и приборов при комплексной оценке их качества путем контроля формы, оптических неоднородностей и дефектов, контроля центрировки деталей типа линз.

Используемые в настоящее время технические решения для контроля качества оптических деталей типа линз обеспечивают контроль формы оптических поверхностей, выявление оптических неоднородно- стей, поверхностных и структурных дефектов, проверку центрировки и т.п. Как правило, известные устройства позволяют оценивать отдельные параметры и элементы линз. В частности, известные устройства не позволяют достоверно оценивать отклонения формы, неоднородности и дефекты в условиях децентровки линзы, Известно фотоэлектрическое устройство для проверки центрировки линз, содержащее осветительную систему, коллиматор, полупрозрачное зеркало, регулируемый центрирующий патрон для базирования контролируемой линзы, установленный с возможностью поперечного перемещения и с возможностью вращения, привод перемещения центрирующего патрона, фотоэлектрический узел, выход которого соединен через усилитель с приводом перемещения центрирующего патрона, индикатор децентровки. Устройство обеспечивает возможность автоматической центрировки линзы в центрирующем пагрфне при его вращении за счет поперечных перемещений линзы, а также возможность контролировать и измерять величины децентровки линзы индикатором. Фотометрический блок выполнен в виде фотодиодов, связанных через конденсоры с передней и задней поверхностями контролируемой линзы (передней - через полупрозрачное зеркало).

Недостатком известного устройства является невозможность контроля формы и дефектов структуры и поверхности контролируемой линзы, трудность совмещения его с интерференционным устройством, так как контролируемая линза фокусирует свет на поверхность фотоэлементов.

Известно устройство для центрировки линзовых систем интерференционным способом, содержащее лазер, расширитель светового пучка и светоделитель, узел базирования контролируемой линзы в виде линзы с вогнутой поверхностью, расположенные в совпадающих эталонной и рабочей ветзях, систему регистрации интерференционной картины, оптически связанную со светоделителем. Устройство обеспечивает контроль децентровки по наличию двух систем интерференционных полос. В качестве светоделителя используют светоделительный куб микроскопа малого увеличения, содержащего объектив и окуляр (система регистрации). Для устранения паразитных засветок используют поляризаторы, установленные во входном плане и плече регистрации, а также четвертьволновую пластину, установленную в рабочей ветви,

Недостатками известного устройства являются невозможность контроля одновременно с децентровкой формы и дефектности контролируемой линзы, а также низкая точность и достоверность оценки децентровки при наличии дефектов формы или структуры линзы.

0 Известен интерферометр для бесконтактного контроля сферических поверхностей типа КЮ, содержащий источник света, поворотное зеркало, конденсорную линзу, полупрозрачное зеркало, эталонную сфери5 ческую поверхность, расположенную вместе с контролируемой линзой в совмещенной с эталонной ветви интерферометра, наблюдательную систему, расположенную в регистрационной ветви,

0 оптически связанной с полупрозрачным зеркалам. В известном интерферометре эталонная поверхность выполнена на концентрическом мениске, контролируемая линза выполнена с возможностью продоль5 ного и поперечного перемещения, а между прозрачным зеркалом и мениском расположен объектив.

Недостатком известного устройства является низкая точность и достоверность

0 контроля формы и дефектов структуры при наличии децентровки линзы, что обусловлено сложностью выделения информации о децентричности при наличии дефекта формы или дефекта структуры и наоборот. Прак5 тически, поскольку контролируется только одна (передняя) поверхность линзы, поперечное смещение ее не позволяет оценить наличие децентричности или устранить ее для контроля дефектов формы или структу0 ры.

Наиболее близким по технической сущ- ности и достигаемому результату является интерферометр для контроля качества оптических поверхностей типа ИКАП-2, содер5 жащий источник ммнохроматического излучения - лазер, расширитель светового пучка, светоделитель, эталонный оптический элемент в эталонной ветви, систему регистрации, расположенную в регистраци0 онной ветви, узел с контролируемой линзой, установленной по ходу пучка света в рабочей ветви интерферометра. Для обеспечения комплексного контроля линзы в известном интерферометре в рабочей ветви

5 перед контролируемой линзой установлен компенсатор, а после нее - плоское эталонное зеркало, в эталонной ветви эталонный элемент выполнен в виде зеркала с эталонной поверхностью. Комплексная проверка линзы включает оценку погрешности ее обеих поверхностей и неоднородности стекла. Причем, для проверки поверхностей линзу необходимо переворачивать и устанавливать в одинаковое положение.

Недостатками известного интерферо- метрического устройства является недостаточная точность и достоверность контроля формы и неоднородности стекла линзы при наличии децентровки линзы, а также невозможность количественной оценки величины децентровки в реальном масштабе времени, сложность манипуляции линзой для обеспечения комплексной проверки качества изготовления, необходимость изготовления для ограниченного числа типоразмеров линз нескольких эталонных элементов и компенсатора, а в силу изложенного - недостаточные информативность « производительность при оценке качества изготовления линзы.

Цель изобретения - повышение точности, достоверности, информативности, а также повышение производительности при контроле качества изготовления линз.

Достижение цели обеспечивается тем, что интерференционное устройство для контроля линз, содержащее источник монохроматического Сьгета, светоделитель, делящий световой поток на рабочий и эталонный, последовательно установленные в рабочем потоке объектив, держатель контролируемой линзы и зеркало, эталонный элемент, расположенный в эталонном потоке и систему регистрации интерференционной картины снабжено механизмом переремещения объектива рабочего потока в плоскости, перпендикулярной оптической оси, двухкоординатным механизмом с электроприводом перемещения держателя кон- тролируемой линзы в плоскости, перпендикулярной оптической оси, последовательно установленным в эталонном потоке по ходу излучения за светоделительным зеркалом и объективом, полупрозрачным зеркалом, связывающим систему регистрации интерференционной картины с обеими потоками, последовательно установленные затвор и четырех- квадрантный фотоприемник в рабочей ветви по ходу излучения за полупрозрачным зеркалом, двумя дифференциальными усилителями, подключенными входами к диагональным квадрантам фотоприемника, а выходами к электроприводу двух координатного механизма перемещения, затвор соединен с механизмом перемещения объектива рабочего потока, а эталонный элемент выполнен в виде линзы.

Кроме того, устройство с целью повышения информативности за счет кочичественной оценки величины децентровки снабжено двумя датчиками перемещения с индикаторами,соединенными с двухкоординатным механизмом перемеще- 5 ния.

Повышение производительности достигается за счет уменьшения числа манипуляцией с линзой и устройством, необходимых для комплексной оценки качества линзы.

0 На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник монохроматического света - лазер 1, светоделитель в виде разделительного

5 полупрозрачного зеркала 2, поворотное зеркало 3. объектив 4, эталонную линзу 5. Объектив 4 и линза 5 образуют эталонную ветвь интерферометра. Кроме того, устройство содержит объектив 6 с держателем 7, установ0 ленным с возможностью поперечного перемещения от механизма перемещения 8, держатель 9 контролируемой линзы 10, расположенной на рабочем столе 11, двухкоор- динатного механизма перемещения 12 с

5 электроприводами (на фигуре не показаны), по воротное зеркало 13, полупрозрачное плоское зеркало 14, систему регистрации и наблюдения интерференционной картины 14. Объектив 6 и контролируемая линза 10 об0 разуют рабочую ветвь интерферометра. Кроме того, устройство содержит четырех- квадрантный фотоприемник 16, дифференциальные усилители 17,18. первый и второй входы которых подсоединены к диагональ5 ным фотоэлементам фотоприемника 16. а выходы соответственно, к электроприводам двухкоординатного механизма перемещения 12.

Четырехквадрэнтный фотоприемник 16

0 расположен на продолжении рабочей ветви интерферометра, перед ним за плоским полупрозрачным зеркалом 14 расположен механический затвор 19, соединенный гибкой механической связью со штоком механизма

5 перемещения 8. Для регистрации величины децентровки устройство содержит первый 20 и второй 21 датчики перемещения с индикаторами, обеспечивающими измерение перемещения рабочего стола по первой и

0 второй координатам. Устройство реализуется на базе серийного двухкоординатного стола.

Устройство работает следующим образом.

5 С помощью механизма перемещения 8 выводится объектна из лазерного пучка и одновременно открывается механический затвор 19. Устанавливают в держатель 9 контролируемую линзу 10. Лазерный луч от

лазера 1 разделяется светоделителем 2чла

два пучка, первый из которых проходит объектив 6, контролируемую линзу 10 и через зеркала 13 и 14 попадает на четырехквад- рантный фотоприемник 16, а второй отклоняясь зеркалом 3, расширяется объективом 4, и проходит через эталонную линзу 5 и создает равномерную засветку фотоприемника 16. При наличии децентровки контролируемой линзы первый лазерный пучок смещается относительно центра четырех- квадрантного фотоприемника 16 и попадает в один из его квадрантов, где преобразуется в электрический сигнал, поступающий на первый вход одного из дифференциальных усилителей, например, 17, на второй вход усилителя 17 поступает сигнал от диагонального элемента. Разностный сигнал усиливается усилителем 17 и поступает на первый электропривод двухкоординатного механизма перемещения 12, в результате чего происходит перемещение держателя 9 и контролируемой линзы 10 к центру падающего на нее лазерного пучка. Лазерный пучок смещается линзой 10 к центру фотоприемника 16. При этом он может попасть на один из квадрантов соседней диагональной пары. Сигналы рассогласования с этой пары прсле усиления усилителем 18 поступают на второй электропривод к перемеще- нию линзы 10 к центру падающего на нее лазерного пучка. Процесс центрировки продолжается до совмещения оси линзы 10 с центром падающего на нее лазерного пучка и попадания последнего в центр фотоприемника 16. Таким образом, осуществляется автоматическая центрировка линзы 10. После установки первого лазерного пучка в центр четырехквадрантного фотоприемника 16 и остановки двухкоординатного механизма перемещения 12 механизмом перемещения 8 возвращают объектив 6 в первоначальное положение и одновременно закрывают затвор 19. Лазерный пучок от светоделителя 2 расширяется объективом 6 и попадает на контролируемую линзу 10, которая завершает формирование параллельного расширенного пучка света.

Пучок света посредством зеркала 13 направляется на полупрозрачное зеркало 14, где интерферирует с параллельным расширенным пучком света от эталонной ветви. Интерференционная картина наблюдается и (или) регистрируется системой 15.При наличии отклонений формы оптических поверхностей, неоднородностей в материле контролируемой линзы, дефектов структуры или поверхности происходит уширение интерференционных полос, их искривление и

смещение, по которым судят о годности контролируемой линзы визуально и (или) путем автоматической регистрации. Отсутствие дефектов и отклонений формы от эталонной

свидетельствует о высоком качестве изготовления. Величину децентровки измеряют по индикаторам датчиков перемещения 20, 21. При превышении величины децентровки пределов, установленных стандартами делают вывод о негодности линзы, необходимости ее корректировки. После установки следующей контролируемой линзы в держателе аналогично повторяют процесс автоматической центрировки и оценки отклонений

формы и дефектности.

Формула изобретения

1.Интерференционное устройство для контроля линз, содержащее источник монохроматического света, светоделитель, делящий световой поток на рабочий и эталонный, последовательно установленные в рабочем потоке объектив, держатель контролируемой линзы и зеркало, эталонный элемент, расположенный в эталонном

потоке, и систему регистрации интерференционной картины, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и достоверности контроля линз с децентровкой, оно снабжено механизмом перемещения

объектива рабочего потока в плоскости, перпендикулярной оптической оси, двухкоор- динатным механизмом с электроприводом перемещения держателя контролируемой линзы в плоскости, перпендикулярной оптической оси, последовательно установленными в эталонном потоке по ходу излучения за светоделителем зеркалом и объективом, полупрозрачным зеркалом, связывающим систему регистрации интерференционной

картины с обойми потоками, последовательно установленными затвором и четырех- квадрантным фотоприемником в рабочей ветви по ходу излучения за полупрозрачным зеркалом, двумя дифференциальными усилителями, подключенными входами к диагональным квадрантам фотоприемника, а выходами - к электроприводу двухкоординатного механизма перемещения, затвор соединен с механизмом перемещения объектива рабочего потока, а эталонный элемент выполнен в виде линзы.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения информативности за счет количественной оценки величины децентровки, оно снабжено двумя датчиками перемещения с индикаторами, соединенными с двухкоординатным механизмом перемещения.

(Ј.&

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в производстве оптических деталей и приборов при комплексной оценке их качества контроля формы, оптических неоднородностей и дефектов, контроля центровки деталей типа линз. Целью изобретения является повышение точности и достоверности контроля качества изготовления линз с децентровкой. Луч от лазера разделяется светоделителем путем на два пучка, первый из которых проходит контролируемую линзу и через зеркала попадает на четырсхквадрантный фотоприемник, а второй расширяется телескопической системой и создает равномерную засветку фотоприемника. При наличии децен- тровки контролируемой линзы первый лазерный пучок смещаемся относительно центра четырехквадратного фотоприемника контролируемую линзу центрируют по узкому лазерному пучку от светоделителя, при выведении входного элемента телескопической системы из пучка до попадания его в центр чегырехвадрантного фотоприемника, связанного дифференциальными усилителями с электроприводами двухкоординат- ного механизма перемещения, на рабочем столе которого установлен держатель контролируемой линзы, С помощью двух телескопических систем с идентичными входными элементами и выходными элементами в виде контролируемой и эталонной линз,создают коллимированные расширенные пучки света, интерферирующие на плоском полупрозрачном зеркале, при введении в пучок входного элемента и закрытии затвора с помощью механизма перемещения. Величину децентровки измеряют по индикаторам датчиков перемещения. При превышении децентровки пределов, установленных стандартами делают вывод о негодности линзы, необходимости ее корректировки, а наоборот - о годности линзы. После установки следующей контролируемой линзы в держателе аналогично повторяют процесс автоматической центровки и оценки отклонений формы дефектности. (Л С XI СЛ 00 ю О5