Способ измерения угла между интерферирующими фронтами Советский патент 1980 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к оптикоинтерференционным средствам измерений и может быть использовано для определения угла между интерферирую щими фронтами при автоматической юстировке двухлучевых интерференционных устройств. Известны способы измерения угла между интерферирующими фронтами/основанное на счете числа полос интерференции, лежащих между двумя точками прямой, перпендикулярной полосам 1. Однакр эти способы не позволяют автоматизировать процесс измерений,. поскольку не обеспечивают получение информации о знаке угла,т.е.принадл ности фронта плечу интерферометра. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ измерения угла между интерфе рирующими фронтами, основанный на изменении разности хода лучей в дву лучевом интерферометре и счете числа ПОЛОС в поле интерференции неподвижного источника света. Получение требуемой информации о величине и знаке угла в этом спосоЭе достигается путем дифференциальной фотоэлектрической регистрации числа пол в четырех противоположных точках ПЛОСКОСТИ изображения интерференционной картины во время изменения разности хода 2}. Недостатком этого способа является СЛОЖНОСТЬ автоматизации процесса измерения, поскольку его реализация требует применение четырехканальной измерительной системы. Цель изобретения - упрощение автоматизации процесса измерения.. Это достигается тем, что по предло.женному способу в интерферометр дополнительно вводят подвижнЬй луч, формируют его интерференции и осуществляют в кем счет числа полос гзри смещении луча между двумя парами точек на взаимно перпендикулярных прямых, а величину угла определяют по разности числа полос, полученной при их счете в обоих полях интерференции . На чертеже изображена схема интерференционного устройства ДЛЯ осуществления данного способа. Интерферометр содержит светоделитель 1, неподвижное зеркало 2, подвижное зеркало 3, неподвижный луч 4, подвихкный луч 5, зеркало 6 с отверстием в центре, линзу 7, фотоприемники 8 и 9, блок 10 управления и блок 11 отметок положения подвижного луч Устройство работает следующим образом. Интерференционную картину от неподвижного луча 5 проектируют на фо топриемник 8, а от подвижного луча с помощью зеркала 6 - на фотоприемник 9, При измерении угла между интерферирующими фронтами на блоке 11 отметок положения подвижного луч .выбирают две пары диаметрально противоположных точек 12, 13 и 14, 15. С помощью блока 12 управления подви ный луч перемещают по сечению пучка с прямоугольными координатами X, Y из точки 12 в точку 13 и одйовременно изменяют оптическую разнос хода зеркалом 3 на число дл-ин волн заведомо большее числа полос в поле интерференции. Подсчитывают разност числа полос дМ в поле интерференции подвижного и неподвижного луча. За:тем перемещают луч 5 из точки 14 в ;точку 15 и при изменении разности хода аналогичным образом определяют разность числа полос д N в этом направлении. Величины N и uNj по ностью характеризуют взаимное положение фронтов интерферирующих лучей Если ввести в сечении пучка на выходе интерферометра прямоугольную систему координат так, что ось Z I направлена вдоль оптической оси, : томатрица (а , Ь , с ) - единична нормаль-к фронту из первого луча интерферометра и а х +Ь, у + с, Z + + d О - уравнение фронта из перво плеча, а + Ь у + с z + d О уравнение фронта из второго плеча. Тогда разность фаз Ч по сечению пучка интерферометра имеет вид v(x,v,z,e)fK-a,).,-t)vv(c,-c,)z.( .где 1 - оптическая разность хода в плечах интерферометра. Так как интерференционная картина наблюдает ся в плоскости Z const, и ко;)ффициент ( С) весьма мал, то и зависимостью Ч от Z можно пренебре т.е. положить 4(y,z,e)(,v,e).J(,1.), Поскольку интенсивность J луча в точке -(Xf у) при оптической чзазно ти хода равна, -J 1 + sin4(x,y,K то методом счета полос мы можем опр делить с точностью до доли полосы М руль, изменения фазы при измерении X, у и . Чтобы выяснить знак изм нения, фазы используют два луча., Первый неподвижный, координаты кото рого X 0, у О, а фаза

U, 27t,

()

ТГ

второй - подвижной с фазой

(axi-bv+c y) где aj-a

1

V

(э ,-d,

1.К6ЛОМИЙЦОВ Ю.В.- интерферометры, Машиностроение, Ленинградское отделение, 1976, с.141.

2. Патент Франции W 2098666, кл. G 01 В 9/02, опублик. 23.06.70 (прототип). При одновременном движении подвижого луча между точками А (х, г У, ) и УЙ такими, что у у , изменение оптической разности хода а величину дР 1ад/.1в результате змерения получим К1 Mal-l() , то обе велиак как и ны д положительны и .) ак как число полос равно л а f бозначив через & N. г.тг uN,A. еМ: о Для измерения коэффициента Ь необходимо осуществить движение луча ежду точками В и в, у которых координата х совпадает, а разность вторых координат равна йу. Тогда при условии de lti4v| , получим t) ДУ При диаметре луча в 2-3 раза . меньше ширины полосы и при наименьших значениях коэффициентов а и Ь, при которых можно получить отличные от нуля значения дМ и например д N - д Ng -( , при Л 0,63 мкм, Дх ду 30 мм чувствительность способа измерений равна , а предельное значение угла равно О,37-10-3 рад. Формула изобретения Способ измерения угла между интерферирующими фронтами, основанный на изменении разности хода лучей в двухлучевом интерферометре и счете числа полос в поле интерференции неподвижного источника света, отличающийся тем, что,с целью упрощения автоматизации процесса измерений, в интерферометр дополнительно вводят подвижный луч, формируют поле его интерференции и осуществляют в нем счет полос при смещении луча между двумя парами точек на взаимно перпендикулярных прямых, а величину угла определяют по разности числа полос, полученной при их счете в обоих полях интерферен. ции о , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе