RU2166730C2

RU2166730C2 - Method interference measurement of shape of optical part surface

Info

Publication number: RU2166730C2
Application number: RU98118443A
Authority: RU
Inventors: М.Ф. Носков
Original assignee: Сибирская государственная геодезическая академия
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: interference measurements; determination of coordinates of interference bands on photographs of interferograms. SUBSTANCE: method includes recording in interference pattern by photographic method on transparent carrier, illumination of recorder interferogram within interval of angles from β to α+β, where α - is angle of diffuse light scattering by interferogram, β is aperture angle of optical system; method includes also analysis of light picture which consists in illumination of interferogram within interval of angle from β to α+β by red light; interferogram is additionally illuminated by blue light at optical axis of analyzing object. EFFECT: extended functional capabilities of method of observation of interference bands in diffuse scattering. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области интерференционных измерений, а конкретнее - к способам повышения точности определения координат интерференционных полос на фотоснимках интерференционных картин - интерферограмм. The invention relates to the field of interference measurements, and more particularly, to methods for increasing the accuracy of determining the coordinates of interference fringes in photographs of interference patterns — interferograms.

Измерение формы оптических поверхностей интерференционным методом сводится к определению отклонения положения интерференционных полос от расчетного положения. Поэтому точность интерференционного метода определения формы поверхности оптических деталей определяется только точностью определения координат полос на интерферограммах. Measurement of the shape of optical surfaces by the interference method reduces to determining the deviation of the position of the interference fringes from the design position. Therefore, the accuracy of the interference method for determining the surface shape of optical parts is determined only by the accuracy of determining the coordinates of the bands on the interferograms.

Известен способ многолучевой интерферометрии [1], в соответствии с которым на исследуемую и образцовую поверхности оптических деталей наносят зеркальный слой с коэффициентом отражения, близким к единице. Вследствие изменения характера интерференционной картины из синусоидальной в пикообразную увеличивается точность определения координат интерференционных полос. Недостатком метода является необходимость нанесения зеркального покрытия на исследуемую поверхность перед каждым сеансом контроля и удаления покрытия после сеанса контроля. A known method of multi-beam interferometry [1], according to which a mirror layer with a reflection coefficient close to unity is applied to the investigated and exemplary surfaces of the optical parts. Due to the change in the nature of the interference pattern from sinusoidal to peak-like, the accuracy of determining the coordinates of interference fringes increases. The disadvantage of this method is the need to apply a mirror coating on the test surface before each control session and remove the coating after the control session.

Известен также способ [2] повышения точности интерференционных измерений путем выделения экстремумов полос за счет нелинейности характеристической кривой фотоматериала, используемого для регистрации интерференционной картины. There is also known a method [2] for increasing the accuracy of interference measurements by isolating the extrema of the bands due to the nonlinearity of the characteristic curve of the photographic material used to record the interference pattern.

Недостатком способа является необходимость увеличения времени экспозиции при регистрации интерферограммы. The disadvantage of this method is the need to increase the exposure time when registering an interferogram.

Наиболее близким к заявляемому способу по количеству существенных признаков и по решаемой технической задаче - прототипом - является способ [3], включающий регистрацию интерференционной картины фотографическим путем, измерение предельного угла α диффузного рассеивания фотослоя, освещение интерферограммы коллимированным световым пучком, направление падения которого на интерферограмму ограничивают интервалом углом β и α+β, где β - передний апертурный угол оптической системы, и анализ светового изображения. В результате вышеописанного освещения интерферограммы происходит оконтуривание (или дифференцирование) интерференционных полос, что приводит к повышению точности измерений. The closest to the claimed method in terms of the number of essential features and the technical problem being solved — the prototype — is the method [3], which includes recording the interference pattern by photographic means, measuring the limiting angle α of diffuse scattering of the photo layer, illuminating the interferogram with a collimated light beam, the direction of incidence of which is limited to the interferogram interval angle β and α + β, where β is the front aperture angle of the optical system, and the analysis of the light image. As a result of the above-described illumination of the interferogram, contouring (or differentiation) of the interference bands occurs, which leads to an increase in the accuracy of measurements.

Недостатком способа является ограниченность его функциональных возможностей, проявляющаяся в достижении максимальной точности измерений координат полос не более λ/100.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционных полос в диффузном рассеивании.The disadvantage of this method is the limited functionality of the method, which is manifested in the achievement of the maximum accuracy of measuring the coordinates of the bands no more than λ / 100.
An object of the present invention is to expand the functionality of a method for observing interference fringes in diffuse scattering.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ интерференционного изменения формы поверхности прецезионных оптических изделий включает регистрацию интерференционной картины фотографическим путем на прозрачном носителе, освещение зарегистрированной интерферограммы в интервале углов от β до α+β, где α - угол диффузного рассеивания света интерферограммой, β - передний апертурный угол оптической системы, и анализ светового изображения, согласно изобретению в нем освещают интерферограмму в интервале углов от β до α+β красным светом и дополнительно освещают интерферограмму синим цветом по оптической оси анализирующего объектива. This object is achieved in that the proposed method for interference changing the surface shape of precision optical products includes recording the interference pattern by photographing on a transparent medium, lighting the recorded interferogram in the range of angles from β to α + β, where α is the diffuse light scattering angle by the interferogram, β is the front the aperture angle of the optical system and the analysis of the light image according to the invention illuminate the interferogram in the range of angles from β to α + β red m light and further light blue interferogram by analyzing the optical axis of the lens.

Сквозь слабо экспонированный участок интерферограммы проходит преимущественно нерассеянный синий цвет. Сквозь сильно экспонированные темные участки интерферограммы свет практически не проходит. Сквозь участки интерферограммы, соответствующие средним величинам экспозиций (период от светлых к темным участкам) проходит преимущественно рассеянный красный цвет. В результате смешения цветов область перехода от светлых к темным полосам приобретает зеленый цвет, светлые участки остаются окрашенными в синий цвет, а темные - в красный цвет. За счет того, что чувствительность глаза к изменениям цвета более чем на порядок больше чувствительности к изменениям интенсивности, и повышается точность измерения координат полос и, соответственно, точность интерференционных измерений в целом. Through a weakly exposed area of the interferogram, a predominantly undisturbed blue color passes. Light hardly passes through the strongly exposed dark sections of the interferogram. Through the areas of interferograms corresponding to the average values of exposures (the period from light to dark areas), mainly diffused red color passes. As a result of color mixing, the region of transition from light to dark stripes becomes green, light areas remain blue, and dark areas red. Due to the fact that the sensitivity of the eye to color changes is more than an order of magnitude more sensitive to changes in intensity, the accuracy of measuring the coordinates of the bands and, accordingly, the accuracy of interference measurements as a whole are increased.

В заявляемом способе описаны известные в научно-технической литературе отдельные признаки, однако положительный эффект обусловлен только взаимным сочетанием признаков в описанной последовательности, поэтому автор считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". In the inventive method, certain features known in the scientific and technical literature are described, however, the positive effect is due only to a mutual combination of features in the described sequence, therefore, the author believes that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Осуществление заявленного способа поясняется с помощью устройства, представленного на чертеже. The implementation of the claimed method is illustrated using the device shown in the drawing.

Устройство содержит объектив 1 с передним апертурным углом β , анализируемую на просвет интерферограмму 2, два источника коллимированного излучения, включающие точечные источники света 3 и 4, помещенные в фокусе объективов 5 и 6, синий светофильтр 7 и красный светофильтр 8. Источники коллимированного излучения расположены таким образом, что синий цвет падает вдоль оптической оси анализирующего объектива, а красный - под углом γ, выбранным из условия α < γ < α+β, где α - предельный угол рассеяния света фотоэмульсий, а β - передний апертурный угол объектива наблюдаемой системы. The device comprises a lens 1 with a front aperture angle β, interferogram 2 analyzed for light, two collimated radiation sources, including point light sources 3 and 4, placed at the focus of the lenses 5 and 6, a blue light filter 7 and a red light filter 8. Sources of collimated radiation are located such so that blue color falls along the optical axis of the analyzing lens, and red color at an angle γ selected from the condition α <γ <α + β, where α is the limiting angle of light scattering of emulsions and β is the front aperture angle of lens of the observed system.

Через светлые прозрачные участки интерферограммы свет проходит практически без рассеивания, и в поле зрения светлым участкам полос будут соответствовать участки, окрашенные в синий цвет. Через темные, непрозрачные участки свет не будет проходить вообще, и в поле зрения эти участки также останутся темными. Красный свет, прошедший через слабо и среднеэкспонированные участки полос, будет в той или иной мере рассеиваться на микрокристаллах серебра и, смешиваясь с нерассеянным синим светом, окрашивать наблюдаемое изображение интерференционных полос во все цвета видимого спектра. Through light transparent portions of the interferogram, the light passes almost without scattering, and in the field of view, the light areas of the bands will correspond to areas painted in blue. Light will not pass through dark, opaque areas at all, and in the field of view these areas will also remain dark. Red light that has passed through weakly and medium-exposed sections of the bands will be scattered to one degree or another on the silver microcrystals and, mixed with the non-scattered blue light, color the observed image of the interference bands in all colors of the visible spectrum.

Оценка погрешности наведения на полосу производится при помощи окулярмикрометра MOB-1-16^x. Среднеквадратичная погрешность наведения на полосу составляет λ/100 - (в периодах полос) для известного способа и λ/500 - для предлагаемого способа.The error in pointing to the strip is estimated using an MOB-1-16 ^x ocular micrometer. The standard deviation of the guidance on the strip is λ / 100 - (in the periods of the bands) for the known method and λ / 500 for the proposed method.

Предложенный способ может быть использован для измерения формы пробных стекол, зеркал лазерных резонаторов, других прецизионных оптических деталей. The proposed method can be used to measure the shape of test glasses, mirrors of laser resonators, and other precision optical parts.

Использование заявленного изобретения позволяет повысить точность измерения формы поверхности оптических деталей. Using the claimed invention allows to increase the accuracy of measuring the surface shape of the optical parts.

Источники информации
1. Скоков И. В. Оптические интерферометры. - М., Машиностроение, 1979, 128 с., - аналог.Sources of information
1. Skokov IV. Optical interferometers. - M., Mechanical Engineering, 1979, 128 pp., - analogue.

2. Скоков И.В., Носков М.Ф. Нелинейная фоторегистрация двухлучевых интерференционных картин. - Заводская лаборатория, 1984, N 1, с. 32-36 - аналог. 2. Skokov I.V., Noskov M.F. Nonlinear photorecording of double-beam interference patterns. - Factory Laboratory, 1984, N 1, p. 32-36 is an analogue.

3. А.с. N 1651096. Носков М.Ф. и др. "Способ интерференционного измерения формы поверхности прецизионных оптических деталей" - прототип. 3. A.S. N 1651096. Noskov M.F. and others. "The method of interference measurement of the surface shape of precision optical parts" - prototype.

Claims

A method for interference measuring the surface shape of precision optical products, including recording the interference pattern by photographing on a transparent medium, illuminating the recorded interferogram in the angle range from β to α + β, where α is the diffuse light scattering angle by the interferogram, β is the front aperture angle of the optical system, and analysis of the light image, characterized in that they illuminate the interferogram in the range of angles from β to α + β with red light and additionally illuminate the interferogram with blue color along the optical axis of the analyzing lens.