Голографический интерферометр
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, преимущественно к голографическим интерференционным устройствам для контроля формы поверхно .стей оптических деталей. Изобретение решает задачу контроля крупногабаритных оптических поверхностей i повышение точности контроля. Устанавливают по ходу излучения светоделитель, предназначенный для разделения излучения на опорный и предметные каналы, два зеркала, с возможностью поворота, и пространственный фильтр. Выполняют светоделитель N-канальным. например, в виде N-гранной лирамиды и устанавливают его вершиной по отношению к источнику излучения. Интерферометр снабжают объективом. N-2 дополнительными голограммами эталонной поверхности. N-1 дополнительными зеркалами , N-2 дополнительными пространственными фильтрами и одно из дополнительных зеркал располагают в предметном пучке с возможностью поворота вокруг оси. перпендикулярной оси пучка.a N-2 дополнительных зеркал и дополнительные пространственные фильтры располагают попарно по ходу излучения N-2 разделенных светоделителем каналов, и помещают N-1 голограмм эталонной поверхности в общем держателе по ходу излучения за обьективом, выполненным общим для N-1 предметных каналов, о месте пересечения предметных каналов с спорным. При контроле формы оптических поверхностей диаметром от 1000-3000 мм. Такое выполнение обеспечивает высокую точность контроля со средне-квадратической ошибкой оценки волнового фронта от каждой зоны при обработке на ЭВМ (а 0,02А). 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (l9) (11) (я)э G 01 В 9/021
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 4896844/28 (22) 11.01.91 (46) 15.08,93. Бюл. N. 30 (71) Ленинградское оптико-механическое объединение им.B.È.Ëeíèíà (72) Л.В.Головина и P.Ã.Õàñàíîâ (73) Ленинградское оптико-механическое объединение им.В.И.Ленина (56) АррИеб Optics,v 8, М 5, 1969, рр.951955. (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРО-.
МЕТР (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, преимущественно к голографическим интерференционным устройствам для контроля формы поверхно. стей оптических деталей. Изобретение решает задачу контроля крупногабаритных оптических поверхностей и, повышение точности контроля. Устанавливают па ходу излучения светоделитель, предназначенный для разделения излучения на опорный и . предметные каналы, два зеркала, с возможностью поворота, и пространственный фильтр. Выполняют светоделитель N-maнальным, например, в аиде N-гранной пираИзобретение относится к контрольноизмерительной технике, преимущественно к голографическим интерференционным устройствам для контроля формы поверхности оптических деталей.
Известное устройство работает следующим образом.
Излучение от лазера 1 делится светоделителем 2 на два канала: предметный и миды и устанавливают его вершиной по отношению к источнику излучения. Интерферометр снабжают объективом, й-2 дополнительными голограммами эталонной поверхности. N-1 дополнительными зеркалами, N-2 дополнительными пространственными фильтрами и одно из дополнительных зеркал располагают в предметном пучке с воэможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси пучка. а N-2 дополнительных зеркал и дополнительные пространственные фильтры располагают попарно по ходу излучения N-2 разделенных светоделителем каналов, и помещают
N-1 голограмм эталонной поверхности в общем держателе по ходу излучения за объективом, выполненным общим для N-1 предметных каналов, в месте пересечения предметных каналов с опорным. При контроле формы оптических поверхностей диаметром от 1000-3000 мм. Такое выполнение обеспечивает высокую точность контроля со средне-квадратической ошибкой оценки волнового фронта от каждой эоны при обработке на 3 ВМ (v 0,02 1),,З ил, опорный. В предметном канале световой пучок проходит через пространственный фильтр 3, который формирует расходящийся сферический волновой фронт, светоделительную пластину 4, расположенную под углом к оптической оси, Иэ светоделительной пластины 4 свет падает на заготовку 5, отражается от нее на светоделителькую пластину 4 и падает на голографическую пластину, установленную в держателе 6.
1835047
> опорном канале свет падает на поворотное зеркало 7, пространственный фильтр 8, линзу-каллиматор 9, которая создает плоский волновой фронт, и на поворотное зеркала 10, которое направляет волновой франт на голографическую пласти ну, Голографическая пластина содер>кит
33nMcb эталонного Валнавага франта оТ за готовки в исходном состоянии, Свет из 10 опорнога канала. падая на голограмму, восстанавливает волновой фронт сравнения, который интерферирует с расходящимся сферическим валнавым фронтам, идущим ат заготовки. Полученная интерференцион- 15 ная картина показывает отличие заготовки ат ее лсхаднага состояния, Известный голографический интерфеp0vi8Tp мо>кет быть использован только для
l
Указанщя цель дастлгается тем, что в голографическом интерфераметре для контроля формы оптической поверхности, садерх<ащем источник .кагерентнага 40 излучения, установленный по ходу излучения Светаделитель, предназначенный для разделения излу- ения на оперный и предметные каналы, расположенные последовательна па ходу излучения в опорном канале два зеркала, установленные с вазможностью поворота, и пространственный фильтр, расположенные в предметном пучке пространственный фильтр л голограмму эталонной поверхности, светоделитель вы- 50 палнен N-канальным, например, в виде Играннай пирамиды и установлен вершиной па отношение к источнику излучения, интерферометр снабжен объективам, N-2 дополнительными голаграммами эталонной 55 поверхности, N-1 д<>палнительными зеркалами, N-2 допалнительнымл пространственными фильтрами, адно из дополнитель. ных зеркал расположе го в предметном пучке и установлено с вазможностью поворота вокруг ОСи, перпендикулярной оси пучка, N2 дополнительных зеркал и дополнительные пространственные фильтры расположены попарно по ходу излучения N-2 разделенных светоделителем каналов, N-1 голограмм эталонной поверхности помещены в общем держателе и расположены по ходу излучения за объективом, выполненным общим для К-1 предметных каналов, в месте пересечения предметных каналов с опорным.
Выполнение светоделителя в виде пятигранной пирамиды позволяет разделять излучение на пять световых пучков, один из которых попадает в опорный канал, образованный известными элементами, а четыре иэ них являются предметными, образованными как новыми, так и известными элементами, Световые пучки, проходящие через 4 предметных канала, падают на 4 зоны контролируемой поверхности, что позволяет получить информацию от поверхности большого диаметра, Хотя сами па себе, новые конструктивные элементы известны из уровня техники и выполня ат известные функции, их взаимное распола>кение позволяет получить информацию ат четырех эан контролируемой поверхности одновременно.
Так введение трех дополнительных голографических пластин, которые сами па себе известны, позволяет получить информацию о поверхности большого диаметра от !000 3000 мм. не увеличивая размер пластин, а только увеличив их количество.
Связь между диаметром контролируемой поверхности D< и диаметром объектива
Dz может быть представлена математическим выражением Dz=2/3 D1, Величина диаметра линзы 02 влияет на точность контроля, При величине диаметра линзы Dz<2/3 01 световой поток, отраженный ат контролируемой поверхности не используется полностью, в связи с чем снижается энергетическая эффективность схемы, чта влечет снижение точности контроля.
При величине дламетра линзы Dz>2/3
D1 величина угла падения центрального луча в каждом предметном канале будет более
15, что также ведет к снижению точности о контроля.
Лишь при.величине диаметра объектива
0г=2/3 0> световой поток; падающий на контролируемую поверхность будет максимальным, причем угол падения центрального луча в каждом предметном канале на контролируемую поверхность не должен превышать 15О, 1835047
i0
30
50
Благодаря взаимодействию всех признаков у заявляемой совокупности признаков появилось новое техническое свойство, иное по отношению к прототипу и выражающееся в возможности контролировать форму оптических поверхностей диаметром
1000 — 3000 мм. Кроме того, повысилась точность контроля, что является усиленным свойством по отношению к прототипу.
На фиг,1 представлена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 представлена оптическая схема устройства-аналога (схема Коммона); на фиг.3 представлена оптическая схема устройства-прототипа, Голографический интерферометр для контроля формы поверхности содержит источник когерентнога излучения 1 (лазер), светоделитель 2, выполненный в виде пятигранной пирамиды, установленный вершиной к источнику излучения 1, и предназначенный для разделения излучения на 5 световых пучков, один иэ которых является опорным, а четыре — предметными.
В каждом из предметных каналов установлены последовательно поворотные зеркала 3, 4, 5, 6 и пространственные фильтры7, 8, 9. 10 (формирующие расходящиеся сферические волновые фронты, падающие пад углом на 4 зоны контролируемой поверхности).
В опорном канале последовательно установлены поворотные зеркала 11, 12 и пространственный фильтр 13.
Обьектив. 15, диаметр которого составляет 2/3 диаметра контролируемой поверхности 14 (Ог = 2/3 01), установлен таким образом, что он фокусирует 4 сферических волновых потока, отраженных ат четырех зон контролируемой поверхности 14, Вблизи плоскости П фокусирования предметных волновых фронтов (до или после нее) установлен держатель 16 для голографических пластин, предназначенных для записи волнового фронта от эталонной поверхности.
Устройство работает следующим образом;
Свет от источника когерентного излучения 1 попадает в светаделитель 2 и разделяется в нем на 5 пучков-каналов, один из которых опорный, а 4 — предметных. В четырех предметных каналах свет поворачивается поворотными зеркалами 3, 4, 5, 6, а пространственные фильтры 7, 8, 9, 10 формируют 4 расходящихся сферических волновых фронта, которые падают под углом
10 — 15О к контролируемой поверхности 14 . на 4 ее эонь!.
Отраженные от контролируемой поверхности 14 четыре волновых сферических фронта фокусируются объективам 15 в плоскости П.
В опорном кана в световой йатак поворачивается зеркалами 11, 12, а пространственный фильтр 13 формирует расходящийся сферический волновой фронт, который, падая под углом 20 на голографические плаЬ стины. установленные в держателе 16, восстанавливает эталонные волновые фронты от четырех зон эталонной поверхности 17, которые были получены от нее предварительно и в той же схеме, причем, эталонная поверхность 17 находилась на месте контролируемой поверхности 14, В результате, 4 восстановленные с голограмм эталонные волновые фронта, записанные в тай же схеме с эталонной поверхности 17, интерферируют с волновыми фронтами от четырех зан контролируемой поверхности 14.
Интерференционная картина оценивается либо визуальна, либо регистрируется на фотоматериале, Математическая обработка интерференционных картин может быть выполнена па одной из программ обработки интсрфераграмм, полученных в схеме Физо.
Вместо голограмм, записанных для эталаннай поверхности 17, можно испальзавать голограммы, синтезированные на
ЭВМ.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано при контроле формы оптических поверхностей диаметрам ат. 1000-3000 мм, а устройство-прототип только для поверхностей 700 мм.
flpM этом оНо обеспечивает высокую точность контроля, среднеквадратическая ошибка оценки волнового фронта ат каждой зоны при обработке на ЭВМ составляет
cr 0,021.
Формула изобретения
Голографический интерферометр для контроля формы оптической поверхности, содержащий источник когерентнага излучения, установленный па ходу излучения светоделитель, предназначенный для разделения излучения на опорный и предметные каналы, расположенные последовательно па ходу излучения в опорном канале два зеркала, установленные с возможностью поворота, и пространственный фильтр, расположенные в предметном пу <ке пространственный фильтр и голограмму эталонной поверхности, отличающийся тем, что светоделитель выполнен в «иде Nгранной пирамиды и установлен вершиной по отношению к источнику излучени, ин1835047 терферометр снабжен объективом, N-2 дополнительными голограммами эталонной поверхности, N-1 дополнительными зеркалами, N-2 дополнительчыми пространст-, венными фильтрами, одно из дополнительных зеркал расположено в предметном пучке и установлено с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси пучка, N-2 дополнительных зеркал и дополнительные пространственные фильтры расположены попарно по ходу излучения N 2 разделенных светоделителем,каналов, N-1 голограмм эталонной поверхности помеще5 ны в общем держателе и расположены по ходу излучения за объективом, выполненным общим для N-1 предметных каналов, в месте пересечения предметных каналов с опорным.
1835047
Составитель Л.Г ловина
Техред М.Моргентал . Корректор M.дндрушенко
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101
Заказ 2712 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж 35 Раушская наб., 4/5
