Интерферометр для контроля формы астрономических зеркал Советский патент 1979 года по МПК G01B9/02 G01B11/24 G02B3/02 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам типа интерферометров, позволяющим контролировать правильность формы поверхности астрономических зеркал, например зеркал крупных телескопов.

Зеркала крупных телескопов имеют, как правило, форму вогнутого параболоида, реже - гиперболоида или эллипсоида, причем диаметры зеркал иногда составляют несколько метров. В частности, главное зеркало крупнейшего в мире телескопа нмееТ форму вогнутого параболоида диаметром шесть метров и массу несколько десятков тонн. Контроль правильности формы таких зеркал надежнее всего проводить в условиях естественной разгрузки, т. е. при вертикальном расположении их оптической оси, так как в противиом случае происходит де-. формация поверхности зеркал под действием их собственной массы.

Известны устройства - сферометры, предназначенные, в частности, и для контроля формы астрономических зеркал, содержащие опорные элементы и перемещающийся щуп, с помощью которого измеряют стрелку прогиба контролируемого зеркала (1 . Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловленная деформациями контролируемого зеркала и самого устройства, а также низкая производитель ность.

Наиболее близким устройством по своей технической сущности является интерферометр для контроля формы астрономических зеркал, например, параболических зеркал крупных телескопов, содержащий последовательно расположенные монохраматический источник света, фокусирующее устройство, компенсатор и светоделнтельный элемент, эталонное сферическое зеркало, оптическую систему для фотографирования интерференционной картины и плоско-выпуклую линзу с обращенной к контролируемому зеркалу эталонной сферической поверхностью, ралиус которой равен радиусу кривизны при вершине контролируемого зеркала 2.

Недостатком известного интерферометра является болыиая масса и габариты вспомогательных оптических деталей, например комнеисатора, в свою очерейь снижает надежность и точность контроля, так как происходит деформация эталонной сферической поверхности. Кроме того, призводительнбсть контроля снижается из-за большой массы интерферометра, в котором иснользуется зеркальная линза-компенсатор, равная по диаметру линзе с эталонной сферической поверхностью. Цель изобретения - повышение точности, надежности и производительности контроля. .Указанная цель достигается тем, что поверхнЬсть линзы, обрац:енная к разделительному элементу, выполнена гиперболической с эксцентриситетом &, величина которого связана с параметрами линзы соотношением:„ «2±llri -R - d -I где п -- показатель преломления линзы; d - ее толш.ина; R - абсолютное значение радиуса эталонной сферической поверхности; г - абсолютное значение вершинного радиуса гиперболической поверхности линзы. Иа фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема предлагаемого . интерферометра; на фиг. 2 - взаимное расположение интерферометра относительно контролируемой поверхности в позициях I и II, оптическая ось О-О интерферометра совмещена с нормалью к контролируемой поверхности в точке касания; на фиг. 3 - теоретический вид интерференционной картины, возникающей в воздушном промежутке между контролируемой параболической поверхностью и эталонной сферической поверхностью линзы. Интерферометр содержит источник 1 све,та - лазер, фокусирующее устройство 2, например микрообъектив, светоделцтельный элемент 3 в виде кубика, эталонное сферическое зеркало 4, оптическую систему для фотографирования интерференционной, картинь, содержащую объектив 5 и фотопленку 6, и сферо-гиперболическую линзу 7, одна поверхность которой ГП - гиперболическая, а другая ЭСП- эталонная сферическая. ф-- угол между нормалями,контролируемой поверхности в точках касания. . Предлагаемый интерферометр работает следующим образом. Лучи Света, идуЩие измонохроматического источника света 1 -лазера, фокусируются микрообъектиБОМ в точку, совпадающую с изображениемцентра кривизны эталонного сферического зеркала 4. Светоделительный элемент 3 - кубик делит световой поток на два, один из них направляется в рабочую ветвь интерферометра к линзе 7, второй - к зеркалу 4. Лучи света, преломленные гиперболической поверхностью (ГП) линзы 7, падак)т нормально на эталонную сферическую поверхность (ЭСП) линзы 7, и, после отражения от нее, повторяют срой путь в обратном направлении. Указанный ход лучей в линзе 7 достигается только при выполнении соотношений между ее параметрами, связанными приведенной формулой. Лучи света, отраженные от зеркала 4 и ЭСП линзы 7, встречаются после кубика и интерферируют между собой. Для фотографирования интерференционйой картины служит объектив 5 и фотопленка 6. В отсутствие контролируемой поверхности по интерференционной картине определяют качество самого интерферометра, в частности, стабильность формы ЭСП - линзы 7. В процессе контроля весь интерферометр, как готовый прибор, устанавливают над контролируемой поверхностью. 8 в нужной зоне так, чтобы оптическая ось интерферометра совпадала с нормалью к поверхности в точке касания ЭСП линзы 7 с контролируемой поверхностью 8. Зеркало 4 исключают из хода лучей. Затем фотографируют интерференционную картину и сравнивают форму интерференционных колец с их теоретическим видом, на основе чего и делают заключение о погрешностях формыконтролируемой поверхности в данной зоне. Сопоставляя результаты контроля различных зон контролируемой поверхности (астрономического зеркала) делают общее заключение о правильности ее формы, т. е. о соответствии действительной формы зеркала теоретической. . Формула изобретения Интерферометр для контроля формы астрономических зеркал, например, параболических зеркал крупных телескопов, содержащий пос;педовательно расположенные монохроматический источник света, фокусирующее устройство и светоделительиый элемент эталонное сферическое зеркало, оптическую систему для фотографирования интерференционной картины и линзу с обращенной к контролируемому зеркалу эталонной сферической поверхностью, радиус которой равен радиусу кривизны привершине контролируемого зеркала, отличающийся тем, что, сцелью повышения точности, надежности и производительности контрбля, поверхность линзы; обращеннай к разделительному элементу, выполнена гиперболической с эксцентриситетом в., величина которого связана с параметрами линзЫ соотношением: вЧ1-) , где п - показатель преломления линзы, d -- ее толщина, R- абсолютное значение радиуса эталонной сферической поверхности.

г -- абсолютное :я1ачеиис вершинного ргчиуса гиперболической поверхности линзы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Афанасьев В. А. Оптические измере НИН, Машгиз, 1968, с. 52.

2.Авоторское свидетельство СССР N 332319. кл. О 01 В 9/02, 1970:

t