Интерферометр для контроля формы асферических поверхностей составных зеркал

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф с

4 (21) 4913178/28 (22) 14..12.90 (46) 30.04.93. Бюл. ¹ 16 (71) Научно-исследовательский инстйтут радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э.Баумана (72) Д.Т.Пуряев, Б.М.Комраков, Н.Л,Лазарева и А,В.Гусара в (56) Макет оптико-электронной системы управления составным зеркалом. Рябова Н.В; и др, Оптико-механическая промышленность, 1977, № 4, с. 21-25.

Креопалова Г.B., Лазарева Н.Л„ Пуря-. ев Д.Т. Оптические измерения, M. Машиностроение, 1987, с. 126-130, 146 — 149. (54) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ФОРМЫ АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙЙ СОСТАВНЫХ ЗЕРКАЛ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться для контроля формы вогнутых составных зеркальных поверхностей. Цель изобретения — повышение точности контроля. Параллельный пучок излучения лазера расширяется и разделяется эталонной све торазделйтельной поверхностью на два пучка. При отсутствии погрешности формы лучи света падают нормально на поверхность

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться для контроля формы вогнутых составных эеркалькых асферических поверхностей большЬго диаметра, Целью изобретения является повышение точности контроля путем выявления ступенек между элементами составного контролируемого зеркала.

„,5U„„ 1812421 А1 (51)5 6 01 В 11/24,9/02 контролируемого зеркала и, отразившись от нее, повторяют свой путь в обратном направлении и ийтерферируют с лучами эталонного пучка". Падающий на плоскопараллельную пластину пучок белого света делится эталонной светоразделительной поверхностью на отраженный и riðîõîдящий, Отраженный пучок проходит зеркальную призму Дове, светоделитель и дифрагирует на щелях и двоййой щели, В фокальной плоскости блока анализа формируется интерференционная картина, а проходящий пучок направляется через зеркальный компенсатор на контролируемую поверхность. При неточной состыковке элементов и наличии между ними ступеньки появляется разность хода между лучами, отразившимися от разных. элементов, С помощью привода призма может вращаться и фиксироваться в определенных положениях. При ее повороте пучок белого света выполняет круговое сканирование по поверхности контролируемого зеркала относительно его оси. Это позволяет последовательно освещать боковые сегменты составного зеркала и, анализируя получаемые интерференционные картины, контролировать размер ступеньки между центральным и боковым сегментами. 2 ил.

На фиг, 1 изображена оптическая схема - а устройства, на фиг. 2-структура составного зеркала.

Интерферометр содержит лазер 1; расширитель 2 пучка, светоделитель 3, плоскопараллельную пластину 4. эталонная поверхность 5, компенсатор 6,аберраций нормалей, позицией 7 обозначено контролируемое составное зеркало. блок 8 анализа

1812421 интерференционной картины, источник 9 белого света, формирователь t 0 пучка белого света, щель 11, второй светоделитель 12, зеркальную призму 13 Дове, привод 14, третий светоделитель 15, двойная щель 16, клиновой компенсатор 17 оптической разности хода, блока 18 управления перемещением клина, блок 19 регистрации интерференционной картины в белом свете.

Устройство работает следующим образом, Параллельный пучок когерентного излучения лазера 1 проходит расширитель 2 пучка, светоделители 3 и 15 и разделяется эталонной светораэделительной поверхностью 5 на два пучка. Отраженный пучок является эталонным, а прошедший — попадает в компенсатор 6 аберраций нормалей, формирующий волновой фронт, совпадающий с теоретической формой контролируемой.поверхности. Поэтому при отсутствии погрешности форму лучи света падают нормально на поверхность контролируемого зеркала 7.

Отразившись от нее, лучи повторяют свой путь в обратном направлении и интерферируют с лучами эталонного пучка.

Полученная интерференционная картина регистрируется с помощью блока 8 анализа. При контроле формы поверхности составного зеркала 7 необходимо выявить не только погрешности изготовления отдельных элементов, но и всего зеркала "в сборе", Однако, если существует поперечное смещение h сегментов и

h=m* iI. /2, где А — длина волны;

m — целое чйсло, то интерференционная картина неотличима от случая, когда поверхность зеркала

7 идеальна.

Для устранения этого недостатка при работающем лазере 1 включается источник

- 9 белого света. Параллельный пучок лучей, вышедший из формирователя 10 пучка бело го света, через светоделитель 12, зеркальную призму 13 Даве и светоделитель 15 попадает в рабочую ветвь"интерферометра, Падающий на плоскопараллельную пластину 4 пучок белого света делится эталонной светоразделительной поверхностью на два: отраженный и проходящий. Отраженный пучок проходит зеркальну1о призму 1,3 Даве, светоделитель 12 и дифрагирует на щелях

Ш1 и Ш2 двойной щели 16, В фокальной плоскости блока 19 формируется интерференцибнная картина; которая регистрируется с помощью матрицы ПЭС или наблюдается в окуляр. Проходящий пучок направляется через зеркальный компенса.тор 6 нэ контролируемую поверхность.

На практике наиболее распространены составные зеркала с сотовой структурой, при которой элементы зеркала имеют вид многоугольников и юстируются относительно центрального элемента (фиг. 2), Поэтому наиболее целесообразным представляется

"0 такой способ измерения, при котором размеры двойной щели !6 рассчитаны так, что изображение одного из отверстий располагается на центральном элементе составного зеркала, а второго — на боковом. При неточ- . ной состыковке элементов и наличии между ними ступеньки,.появляется разность хода между лучами;.отразившимися от разных элементов, Так как при формировании интерференционной картины используется HGMOHoxpoматическое излучение (белый свет), то компенсатор 6 выполняется зеркальным.

Метод измерения основывается на численном определении разности оптических

25 путей, проходимых двумя различными световыми пучками одинакового происхо>кдения, Эта разность хода появляется из-за налйчия ступеньки между двумя соседними сегментами составного зеркала и приводит к смещению регистрируемой интерференцйонной картины по отношени|о к интерференционной картине, сформированной отраженным от эталонной поверхности 5 пучком белого света. Измеряя величину смещения,.определяют размер ступеньки.

Клиновидный компенсатор оптической разности хода используется для изменения оптического пути светового пучка, прошедшего через одно из отверстий двойной щели

16, Его конструкция аналогична конструкции клинового компенсатора, используемого в известном интерферометре ЛИР-1, При контроле величины рассогласования между элементами составного зеркала первонэ45 чально фиксируется индексом положение интерференционной картины, сформированной отраженным от эталонной поверхности 5 пучком белого света. При наличии ступеньки регистрируемая интерференци50 онная картина, образованная лучами, ïðîшедшими эталонную поверхность 5 и отраженными от составного зеокала 7, смещена относительно индекса. Перемещая с помощью блока управления 18 подвижный клин клинового компенсэтора 16, вносим дополнительную разность хода в один из дифрагирующих пучков и смещаем регистрируемую интерференционную картину в поло>кение,отмеченное индексом, По велиI. 1812421 чине перемещения клина определяется размер ступеньки.

Зеркальная призма 13 Дове предназначена для такой ориентации изображения двойной щели 16 на поверхности контроли- 5 руемого зеркала, при которой изображение щели Ш1 располагается на центральном сегменте, а щели Ш2 — wa одном из боковых (см. фиг 2). С помощью привода 14 призма может вращаться и фиксироваться в апре- 10 деленных положениях. При ее повороте пучок белого света выполняет круговое сканирование по поверхности контролируемого зеркала 7 относительно его оси, Это позволяет последовательно освещать боко- 15 вые сегменты составного зеркала 7 и,анализирую получаемые интерференционные картины, контролировать размер ступеньки между центральным и боковым сегментами.

Таким образом, деталь признается год- 20 ной, если искривление интерференционных линий в монохроматическом свете не превышает заданного значения и отсутствует сме щейие относительно отсчетного индекса интерференционных полос в белом свете для 25 любой пары сегментов составного зеркала, Формула изобретения, Интерферометр для контроля формы асферических поверхностей составных эер-. кал, содержащий последовательно установленные лазер, расширитель светового пучка. светоделитель, плоскопараллельную пластину с эталонной поверхностью и компенсатор аберраций нормалей и блок интерференционной картины, размещенный на выходе интерферометра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности контроля, он снабжен последовательно установленными источником белого света, формирователем пучка белого света, вторым светоделителем, зеркальной призмой с приводом ее поворота и фиксации вокруг оптической оси, перпендикулярной оси лазерного излучения, и третьим светоделителем, установленным между первым светоделителем и плоскопараллельной пла- стиной, и послеДовательно размещенными в отраженном от второго светоделителя потоке двойной щелью, клиновым компенсатором с блоком перемещения клина и блоком анализа интерференционной картины в белом свете, компенсатор аберраций нормалей выполнен зеркальным, а первый и третий светоделители выполнены клиновидными с углом клина не более 1.5 и ориентированы направлениями клиновидности в противоположные стороны, 1812421

Состзвйтель В.Климова

Техред М,Моргентал Корректор Л.Пйлипенко

Редактор

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1569 Тираж . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССОР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5