Интерферометр для контроля качества поверхностей оптических деталей Советский патент 1993 года по МПК G01B9/21 G03H1/22 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано при изготовлении оптических деталей с а ферическими поверхностями.

Известно устройство для контроля асферических поверхностей оптических деталей, содержащее монохроматический источник света, коллиматор, светоделитель, осевой голограммный оптический элемент, плоское зёркалй в опорной ветви, сопрягающий объектив и блок регистрации. Принцип работы интерферометра заключается в следующем. Расширенный пучок света падает по нормали к плоскости осевого голограммного оптического элемента. В первом порядке дифракции формируется объектная волна, предназначенная для автоколлимационного контроля поверхности детали. Объектная волна, отразившись от контролируемой поверхности,, проходит в нулевом порядке дифракции и совмещается со сходящейся опорной волной, которая образуется при прохождени/i через голограммный оптический элемент световой волны в нулевом порядке дифракции, отражении ее от плоского эталонного зеркала, расположенного в центральной части контролируемой поверхности, и последующей дифракции в первом порядке дифракции на осевом голо- граммном оптическом элементе. Оценка каVIN0

VI

О

честваповерхности проводится по интерференционной картине, образованной в результате наложения объектной и опорной волн.

Недостатком интерферометра является невозможность контроля центральной части поверхности оптической детали ввиду ее экранирования опорным плоским зеркалом. К тому же наличие осевых паразит- ных поря 1 Ь ЁГ дифракции на голограммном оптическом5 §ле енте приводит к затруднениям в протд ё бсе юстировки интерферометра и к снижению отношения сигнал/шум. Кроме того, точность контроля в данном интерферометре определяется качеством изготовления эталонного зеркал-а.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому является интерферометр для контроля качества поверхностей оптических деталей с использованием внеосевых голограмм- ных оптических элементов. Он содержит источник монохроматического излучения (лазер), коллиматор, внеосевой отражательный голограммный оптический элемент, держатель детали с контролируемой поверхностью и блок регистрации.

Интерферометр работает следующим образом.

Пучок монохроматического излучения расширяется с помощью коллиматора и падает на внеосевой голограммиый оптический элемент, который представляет собой двумерную отражательную голограмму, полученную путем регистрации сферической объектной волны с помощью плоской опорной волны, падающей по нормали к плоскости голограммы. При освещении вне- осевого голограммного оптического элемента восстанавливающей плоской волной в первом порядке дифракции формируется объектная волна, которая после отражения от контролируемой поверхности совмещается с восстановленной в минус первом порядке опорной волной и направляется в блок регистрации. По виду интерференционной картины, полученной при наложении этих двух волн, судят о качестве контролируемой поверхности.

Недостаток интерферометра состоит в том, что он может быть использован лишь для контроля качества сферических поверхностей.

Цель изобретения - расширение класса контролируемых поверхностей за счет возможности контроля асферических поверхностей оптических деталей.

Поставленная цель достигается тем, что в интерферометр для контроля качества поверхностей оптических дета пей: содержащий осветительную систему из источника монохроматического излучения (лазер) и коллиматора, внеосевой голограммный оптический элемент, держатель контролируемой детали и блок регистрации, согласно изобретению между держателем контролируемой оптической детали и внеосевым го- лограммным оптическим элементом дополнительно введен преобразователь

сферического волнового фронта в асферический волновой фронт, выполненный в виде синтезированного голограммного оптического элемента, расстояние L от которого до внеосевого голограммного оптического элемента определяется соотношением

1

s-in a

D

cos a +

2

где d - диаметр виеосевого голограммного оптического элемента;

D - диаметр синтезированного голограммного оптического элемента;

(Х- угол между оптической осью осветительной системы и оптической осью блока регистрации.

На чертеже представлена оптическая схема предложенного интерферометра для контроля качества поверхностей оптических деталей.

Интерферометр содержит осветительную систему, состоящую из источника монохроматического излучения 1 и коллиматора 2, внессевой голограммный оптический элемент 3, синтезированный голограммный оптический элемент 4, держатель контролируемой детали 5 и блок регистрации 6. Синтезированный голограммный оптический элемент 4 установлен от

внеосевого голограммного оптического элемента на расстоянии L, определяемом из соотношения:

L

1

sin a

-у- cos a + -jгде d - диаметр внеосевого голограммного оптического элемента;

D - диаметр синтезированного голо- граммного оптического элемента;

а- угол между оптической осью осветительной системы и оптической осью блока регистрации.

Интерферометр для контроля .качества поверхностей оптических деталей работает следующим образом. Световой пучок от монохроматического источника излучения 1 расширяется с помощью коллиматора 2 и падает по нормали к плоскости внеосевого

голограммного оптического элемента 3. При этом в первом порядке дифракции формируется сферическая объектная волна, предназначенная для автоколлймэционного контроля поверхности оптического детали, укрепленной в держателе 5. В минус первом порядке дифракции формируется волна, сопряженная обьектной, которая направляется в блок регистрации б и является опорной.

Сформированная в плюс первом поряд- ке дифракций объектная сферическая волна направляется на синтезированный голо- граммный оптический элемент 4, который синтезируется по заданному уравнению профиля контролируемой асферической поверхности оптической детали. В данном интерферометре синтезированный голо- граммный оптический элемент 4 выполняет роль оптического компенсатора, причем он используется дважды в одном и том же порядке дифракции. В первом случае при прохождении объектной волны синтезированный голограммный оптический элемент 4 формирует волновую поверхность, совпадающую с расчетной формой контролируемой асферической поверхности, а во втором случае он преобразует асферическую волну, отраженную от контролируемой поверхности оптической детали, установленной в держателе 5, в сфе- рическую волну.

После этого объектная волна, отразившись от плоскости внеосевого голограммного оптического элемента 3, в нулевом порядке дифракции направляется в блок ре- гистрации 6. Угол а между оптической осью осветительной системы (1,2) и оптической осью блока регистрации 6 и расстояние L между синтезированным голограммным оптическим элементом 4 и внеосевым голо-

граммным оптическим элементом 3 обеспечивают пространственное разделение освещающей, обьектной и опорной волн. О качестве контролируемой поверхности судят по виду интерференционной картины, образованной при наложении опорной и объектной волн.

Ф ормула изобретения Интерферометр для контроля качества поверхностей оптических деталей, содержащий осветительную систему, состоящую из источника монохроматического излучения и коллиматора, внеосевой голограммный оптический элемент, держатель контролируемой оптической детали и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью расширения класса контролируемых поверхностей, между держателем контролируемой оптической детали и внеосевым голограммным оптическим элементом дополнительно введен преобразователь сферического волнового фронта в асферической волновой фронт, выполненный в виде синтезированного голограммного оптического элемента, расстояние L от которого до внеосевого голограммного оптического элемента определяется соотношением:

D

-cos« +

d 2

где d - диаметр внеосевого голограммного оптического элемента;

D - диаметр синтезированного голограммного оптического элемента;

а. - угол между оптического осью осветительной системы и оптической осью блока регистрации.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к контрольно-измерительной технике, и может быть использовано для контроля поверхностей оптических деталей сферической и асферической формы. Сущность: для возможности контроля различной формы поверхностей в интерферометр, содержащий осветительную систему из источника и коллиматора монохроматического излучения, внеосевой голограммный оптический элемент, держатель контролируемой детали и блок регистрации, введен дополнительный голограммный оптический элемент, установленный между держателем контролируемой детали и внеосевым гологрзммным оптическим элементом, расстояние до которого определяется из математического выражения. 1 ил.