Интерференционное устройство для контроля рельефа

 

ИНТЁРФЕРЕН1ЩОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЛЬЕФА поверхностей, содержащее источник света,Д1 ухлуче вой интерферометр и регистрируяпиЙ узел, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расвофеиия диапазона контролируеьшх поверхностей, источник света выполнен двухчастотНИ4 , а устройство снабжено оптическим смесителем частот и фильтром, выделяющим суммарную частоту излучения , источника света, последовательно установленными на выходе интерферометра . fr

о,ээ цээ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

И АВТОРСКОМУ СОЙДИ ЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3596421/25-28 (22) 06.О4.83 (46) 07.12.84 ° Бюл. 0. 45 (72) Г.В. Островская и Ю.И. Остров; ский (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (53) 531.715.1(088 8) (56) 1 . Островский- Ю.И. и др. Гологра. фическая интерферометрия. М., "Наука", 1977, с ° 278-287.

2. Дитчберн P. Физическая оптика. М., "Наука", 1965, с. 247. (54) (57) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОК УСТРОЙСТВО

ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЛЬЕФА поверхностей, содержащее источник света, двухлучевой интерферометр н регистрируаиций узел, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона контролируемых поверхностей, . источник света выполнен двухчастот" ным, а устройство снабжено оптическим смесителем частот и фильтром, выделяющим суммарную частоту излучения,источника света, последовательно установленными на выходе интерферометра.

Поставленная цель достигается тем, что в интерференционном устрой- 50 стве.для контроля рельефа поверхностей, содержащем источник света, двух- . лучевой интерферометр и регистрирующий узел, источник света выполнен ,двухчастотным, а устройство снабжено 55 оптическим смесителем частот и фильт"ром,выделяющим суммарную частоту излучения источника света, последо1 11281 .. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях машино- и приборостроения для получения топографических карт рельефа шероховатых поверхностей, а также для непосредственного сравнения поверхностей контролируемого и эталонного объектов.Известны голографические устрой- 10 ства для получения контуров рельефа поверхностей, например двухчастотное устройство, иммерсионное устройство со смещенными источникаи.

Однако эти устройства не дают воэможности непосредственно сравнивать данную поверхность с эталонной. Кроме того, голографические устройства являются двухэкснозицион- 20 ными и двухступенчатыми (требуют сначала получения, голограммы двойным экспонированием, а затем восстановления волнового фронта).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является интерференционное устройство для контроля рельефа поверхностей, содержащее источник света, двухлучевой интерферометр и регистрирующий узел.

Устройство широко используется для непосредственного сравнения формы полированных оптических поверхностей с эталонной поверхностью L 2), 35

Недостаток известного устройства заключается в невозможности сравнения шероховатых поверхностей, элементы микроструктуры которых превышают по своим размерам /2, где длина волны излучения источника света.

Цель изобретения — расширение

-диапазона контролируемых поверхностей путем обеспечения возможности сравнения рельефа указанных шероховатых

5 поверхностей при регистрации в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра. вательно установленными на выходе интерферометра.

На чертеже представлена оптическая схема интерференционного устройства для контроля рельефа.

Устройство содержит источник 1 света (один двухчастотный или два раздельных лазера), излучающий на двух частотах 4» и 9 и освещающий двухлучевой интерферометр 2 со светоделителем, например светоделительное зеркало 3, в плечах интерферометра установлены сравниваемые детали 4 и 5, на выходе интерферометра 2 последовательно установлены смеситель б частоты, фильтр 7, выделяющий излучение суммарной частоты получения ис- . точника света, и регистрирующий узел 8. В плечи интерферометра 2 введены также поляризационные элементы

9 и 10, обеспечивающие взаимно перпендикулярную ориентацию плоскости поляризации волн в плечах интерферометра 2,.

Устройство работает следующим образом.

Двухчастотное излучение источника 1 разделяется с помощью светоделительного зеркала 3 интерферометра

2 на два пучка и освещает сравниваемые детали 4 и 5. Световые пучки, отраженные и рассеянные этими деталями, направляются с помощью зеркала 3 на нелинейный смеситель б частоты, в котором осуществляется смешение волн разных частот, отраженных от разных объектов. На выходе смеси-: теля 6,. таким образом, помимо излучений с частотами 4» и 4 имеются две волны суммарной частоты

11 1» + 12, одна из которых 0»(») получена при смешении волны tl (g,), отраженной от детали 4, с волной

Ц (1 отраженной от детали 5, а вто2 2> рая ф1(31) получена при смешении волны 0 (9 ) отраженной от детали 4, с волной ц, (9,) отраженной от детали 5. Фильтр 7 выделяет излучение с частотой 5 и регистрирующий узел 8, например фотоаппарат или зрительная труба, сфокусированные на поверхности сравниваемых деталей, регистрируют картину интерференции волн U (4 >) и U > (4 ), Сдвиги полос на интерферограмме при этом определяются .разностью

1 ( фаз 4 =С .»- q» где с » и Cf фазы волн О„(.Ф ) и (1 y(>q) ° Поскольку (2) 01 .и 1у - — глубина рельефа эталонной и сравниваемой поверхности, отсчитанная от плоскостей, нормальных к освещающим пучкам; с — скорость света. Подставляя уравнения (2) в уравнение (1), получаем

aq- (,е,-ОДо,-0 ) .. (3) Зг 1 волна 0 получена при смешении

BOJIH » (,) H U g (Qz) TO eP Фаза q = g, 4 Я > . Аналогично фаза

I (1 волны 0> (3>) равна

® (, ф Отсюда

»»4 (9» Ч») (»» 2 (1)

Фазы волн, отраженных от сравниваемых поверхностей, связаны с их рельефом соотношениями

4»» С»1» 4»» 0» т, 4И,, . 4-,Ñ,Л, Ч»=

Из этой формулы следует, что сдвиги полос на интедферограмме пропорциональны ((, - f,2), т.е. отличию рельефов сравниваемых деталей.

Ксли одна из сравниваемых деталей— плоское. зеркало, установленное нор"мально к направлению падающего на него пучка света, то ин-.ерференционная картина характеризует контуры рельефа другой детали.

Разность рельефов», Ю, - g> ) соот-, 2 о» ветствующая одной интерференционной 1 . полосе (цена сдной полосы)., определяется величиной b.g = 2 » которой соответствует

С (О 2(1»- 2} аким образом, чувствительность устройства определяется разностью частот излучения, генерируемого лазерным узлом. Необходимо, чтобы выполнялось условие (3 -82)», Ь

I где 12 — средняя высота элементов микроструктуры сравниваемых поверхностей. Отсюда находим требования к разности частот излучения, исходя

128111 4 из средней высоты элементов микроструктуры: с А- 21-=

Л

Из формулы (3) следует также, что чувствительность устройства такая же, как при интерференционном сравнении двух поверхностей при использовании излучения с разностной час10 TotoH (»- z)

Введение в плечи интерферометра попяризационных элементов 9 и 10, обеспечивающих взаимно перпендикулярную ориентацию плоскостей поляризации в плечах интерферометра, и выполнение смесителя частоты в соответствии с условиями синхронизма для 0-Е -е взаимодействия приводит к тому, что суммирование частот происходит только для тех волн разной частоты 11

» и )» которые проходят по разным плечам интерферометра и имеют разную ориентацию плоскости поляризации, что исключает появление высокочастотного шумового фона и обеспечивает регистрацию интерференционных полос абсолютного (равного единице) контраста.

В качестве поляриззционных элементов могут быть использованы поляризаторы или поляроиды, ориентированные во взаимно перпендикулярных направлениях и установленные под углом о

45 к направлению поляризации исходного излучения, а также поляризационные элементы, обеспечивающие повоо рот на 90 плоскости поляризации в одном из плеч интсрферометра, например магнитовращающая ячейка.

Таким образом, выполнение источника света двухчастотньж, введение

40 оптического смеси»еля частот, установленного на выходе интерферометра, и введение в регистрирующий узел фильтра; выделяющего излучение суммарной частоты, дает возможность сравнения рельефа поверхностей, параметры шероховатости которых превышают h / 2, где Я - частота излучения, при этом регистрация осуществляется на суммарной частоте в види мой или ближней ультрафиолетовой

50 . части спектра, цля которых имеются чувствительные регистрирующие материалы.

ИНИИПИ Заказ 9016/30 Типаж 586 Попписное

Филиал П %атеит, r.Óõãîðîä, ул.Проектная, 4