Интерферометр для контроля формы поверхностей оптических деталей Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 G01B11/24 

Изобретение относится к контрсяь- ио-измерительной технике, предназначено для контроля формы поверхностей оптических деталей и может быть , использовано преимущественно в производстве, занятом серийным изготовлением оптических деталей небольшого диаметра со сферическими и асфери ческими поверхностями. Известен интерферометр для контро ля формы асферических поверхностей, содержащий источник света, светоделитель, объектив, вспомогательное сферическое зеркало, плоское эталонное зеркало и регистратор интерферен ционной картины {. Недостатком известного интерферометра является сравнительно большая трудоемкость контроля, обусловленнгш высокой чувствительностью интерферометра к поперечныя смещениям контролируемой поверхности относительно вспомогательного сферического зеркала. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является интерферометр для контроля формы повер ностей оптических деташей, содержащи установленные последовательно осветительную систему с источником ноге,рентного излучения, светоделитель и объектив, зеркало, устанавливаеглое между объективом и контролируемой деталью отражающей поверхностью к детали, и регистратор интерференционной картины, расположенный в обратном ходе излучения за светоделителем 2 J. Недостатком этого интерферо «тра является его сложность, обусловленная сравнительно большим количеством оптических деталей, входящих в интерферометр, а также тем, что должно иметь отверстие в центральной зоне. Цепь изобретения - упрощение интерферометра. Поставленная цель достигается тем, что в интерферометре для контроля форкся поверхностей оптических деталей, содержащем.установленные последовательно осветительную систему с источником когерентного излучения, светоделитель и объектив, зеркало, устанавливаемое между объективом и контролируемой деталью отражающей поверхностью к детали, и регистратор интерференционной картины, расположенный в обратном ходе излучения за светоделителем, зеркало выполнено с преломлягогцими поверхностями в его центральной зоне, а на поверхность центральной зоны зеркала , противоположную той поверхности, которая обращена к объективу, нанесено светоделительное покрытие.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов интерферометра для контроля поверхностей оптических деталей, в случае контроля вогнутой параболической поверхности у на фиг. 2 - схема рабочей ветви интерферометра при контроле выпуклой гиперболической поверхности; на фиг. 3 - то же, при контроле вогнутой сферической поверхности.

Интерферометр (фиг. 1) содержит осветительную систему,, выполненную в виде лазера 1 и микрообъектива 2, светоделитель 3, объектив 4, зеркало 5 и регистратор 6 интерференционной картины.

Микрообъектив 2, светоделитель 3 и объектив 4 установлены последовательно друг за .другом в ходе излучения лазера 1. Зеркало 5 устанавливается между контролируемой поверхностью 7 и объективом 4. Регистратор б помещен за светоделителем 3 в обратном ходе излучения.

Зеркало 5 выполнено с преломляюЙ1ИМИ поверхностягли в его центральной зоне, а на поверхность центральной зоны зеркала,противоположную той поверхности, которая обращена к объективу, нанесено светоделительное покрытие. Оптимальное значение диаметра центральной зоны/ зеркала 5 лежит в диапазоне 1-5, мм. Форма отражающей поверхности зеркала 5 (поверхность зеркала, противоположная той, которая обраР1ена к объективу 4) зависит от типа контролируемой поверхности 7. Так, например отражающая поверхность зеркала 5 плоская при контроле вогнутых параболических поверхностей (фиг. 1) и вогнутых сферических поверхностей (фиг. 3), отражанвдая поверхность зеркала 5 вогнутая сферическая, при контроле выпуклой гиперболической поверхности (фиг. 2).

Интерферометр работает следуюсщм образом.

Излучение лазера 1 проходит микрообъектив 2, светоделитель 3 и фокусируется объективом 4 в точку на поверхности со светоделительным покрытием центральной зоны зеркала 5. Часть излучения отражается светоделительным покрытием зеркала 5 в обратном направлении и представляет собой волновой фронт сравнения. Другая часть проходит светоделительное покрытие, отражается от контролируемой поверхности 7 и падает на зеркало 5 по нормалям к его отражакидей

поверхности. Отражакяцая поверхность зеркала 5 возвращает излучение внрвь на контролируемую поверхность 7, после отраженит от которой оно фокусируется в точку на отражсцощей поверхности зеркала 5 вне его центральной зоны.

Затем излучение проходит рабочую ветвь интерферометра в обратном направлении, а именно: последовательно отражается от контролируемой поверхности 7, от отражающей поверхности зеркала 5 по нормалям к ней, вновь от контролируемой поверхности 7, проходит поверхность зеркала 5 со све(Тоделительным покрытием в его центральной зоне и Представляет собой рабочий волновой фронт. Рабочий волновой фронт интерферирует с волновым фронтом сравнения, а получаемая интерференционная картина несет в себе информацию об ошибках формы контролируемой поверхности 7 и фиксируется регистратором 6.

Работа интерферометра при контроле выпуклой гиперболической поверхности 7 (фиг.2)ничем не отличается от рассмотренной выше.

При контроле вогнутой сферической поверхности 7 рабочий волновой фронт формируется при двукратном отражении лучей света от контролируемой поверхности 7, а не при четырехкратном (как в рассмотренных примерах).

Кроме поверхностей второго порядка, имеющих анаберрационные точки, интерферометр позволяет контролировать и асферические поверхности высших порядков. В последнем случае необходимо использовать специально рассчитанный линзовый компенсатор (показан -пунктиром) .

В том случае, если контролируемая поверхность 7 имеет большое относительное отверстие (1:3 и выше), преломляющая поверхность центральной зоны зеркала 5, обращенная к объективу 4, начинает вносить в проходящий через нее пучок лучей заметную сферическую аберрацию, в связи с чем желательно принять меры к ее коррекции, например за. счет соответствующего выполнения объектива 4.

Благодаря тому, что контролируемая поверхность 7 и зеркало 5 образуют оптическую систему типа кошачий глаз, интерферометр в небольших пределах нечувствителен к наклонам и поперечшлм смещениям контролируемой поверхности 7, что повышает производительность контроля. Однако это обстоятельство позволяет полу.чать интерференционную картину только при настройке на бесконечно широкую полосу и кольца и препятствует получению настройки на полосы конечной ширины. Кроме того, поскольку рабочий волновой фронт последовательно отргикается 6т участков контролируемой поверхности 7, симметричных относительно ее центра, затруднена локализация местных ошибок поверхности 7 при расшифровке интерференционной картины, в связи с чем нецелесообразно использовать интерферометр для контроля поверхностей диаметром более 200 мм-,

Предлагаег/ый интерферометр проще известного, чем объясняется меньшим количеством оптических элементов, образукхчих его оптическую схему (исключен мениск с эталонной сферической поверхностью), а также тем, что зеркало 5 выполнено без отверстияс прелог-шяюютми поверхностями в его центральной зоне.

Форг.ула изобретения

Интерферометр для контроля поверхностей оптических деталей.

содержащий -установленные последовательно осветительную систему с источником когерентного излучения, светоделител)ь и объектив, зеркало, устанавливаемое между объективом и

контролируемой деталью отражающей поверхностью к детали, и регистрато интерференционной картины, расположенной в обратном ходе излучения, за светоделителем, отличаю0 щ и и с я тем, что, с целью упрощения интерферометра, зеркало выполнено с преломпя эщими поверхностями в его центральной зоне, а на поверхность центральной зоны зеркала, проS тивоположную той поверхности, которая обращена к объективу, нанесено светоделительное покрытие

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 Пуряев Д.Т. Методы контроля

оптических асферических поверхностей. М., Машиностроение, 1976, с. 83. 2. Авторское свидетельство СССР 823845, кл. G 01 В 9/02, 1981 (про отип), .

гп/

Фиг. 2.