RU2224982C2

RU2224982C2 - Method of interference measurement of form of surface of optical parts

Info

Publication number: RU2224982C2
Application number: RU99123152/28A
Authority: RU
Inventors: М.Ф. Носков
Original assignee: Сибирская государственная геодезическая академия
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2004-02-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method of interference measurement of form of surface of optical parts includes recording of interference picture by photography on transparent carrier, illumination of recorded interferogram in angle interval from β to α+β, where α is angle of light diffusion by interferogram; β- is front aperture angle of analyzing optical system, and subsequent analysis of light image. Interferogram is also illuminated by second light source in angle interval from 0 to β, Inteferogram is illuminated by first and second light sources in antiphase. EFFECT: expanded functional potential of method of observation of interference fringes in light diffusion. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области интерференционных измерений, а конкретнее - к способам повышения точности определения координат интерференционных полос на фотоснимках интерференционных картин - интерферограммах. 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. 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.

Недостатком метода является необходимость нанесения зеркального покрытия на исследуемую поверхность перед каждым сеансом контроля и удаления покрытия после сеанса контроля. 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 углов α 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 the interval of angles α 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, the contouring (or differentiation) of the interference bands occurs, which leads to an increase in the measurement accuracy.

Недостатком способа является ограниченность его функциональных возможностей, проявляющаяся в достижении максимальной точности измерений координат полос не более λ/100. 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.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей способа наблюдения интерференционных полос в диффузном рассеивании. 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 измерения формы поверхности оптических деталей 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 анализирующей оптической системы, и последующий анализ светового изображения, согласно изобретению в нем дополнительно освещают интерферограмму вторым источником света в интервале углов от 0 до β, причем освещение интерферограммы первым и вторым источниками света производят в противофазе. This object is achieved in that the proposed method for interference measurement of the surface shape of optical parts 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 aperture the angle of the analyzing optical system, and the subsequent analysis of the light image, according to the invention, it additionally illuminates the interferogram of the second a source of light in the angular range from 0 to β, wherein the lighting interferogram first and second light sources to produce antiphase.

Сквозь слабо экспонированные, почти прозрачные участки интерферограммы проходит и попадает в объектив анализирующей системы преимущественно свет от второго источника, направленный вблизи нормали к поверхности интерферограммы. Сквозь сильно экспонированные, почти черные, участки интерферограммы практически не проходит свет ни от первого, ни от второго источника. Сквозь участки интерферограммы, соответствующие средним величинам экспозиций, соответствующих переходу от светлых к темным участкам, может проходить диффузно рассеянный свет и от первого, и от второго источника. Through weakly exposed, almost transparent sections of the interferogram, it is mainly light from a second source that passes near the normal to the surface of the interferogram and enters the lens of the analyzing system. Through strongly exposed, almost black, sections of the interferogram, practically no light passes from either the first or the second source. Diffuse scattered light from both the first and second sources can pass through the interferogram sections corresponding to the average exposure values corresponding to the transition from light to dark areas.

В результате освещения интерферограммы первым и вторым источниками света в противофазе область перепада от светлых к темным полосам наблюдается мерцающей. За счет того, что чувствительность глаза к мерцаниям, т.е. к циклическим изменениям интенсивности света, на порядок выше, чем к плавным изменениям интенсивности, повышается точность интерференционных изменений в целом. As a result of illumination of the interferogram by the first and second light sources in antiphase, the region of the difference from light to dark bands is observed to flicker. Due to the fact that the sensitivity of the eye to flicker, i.e. to cyclic changes in light intensity, an order of magnitude higher than to smooth changes in intensity, the accuracy of interference changes as a whole increases.

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, первый и второй источники коллимированного излучения, включающие точечные источники света 3 и 4, помещенные в фокусе объективов 5 и 6. Источники и объективы расположены таким образом, что интерферограмма освещается двумя коллимированными световыми пучками, причем в противофазе - когда горит источник света 3, источник 4 гаснет, и наоборот. The device comprises a lens 1 with a front aperture angle β. interferogram 2 analyzed by light, the first and second sources of collimated radiation, including point light sources 3 and 4, placed at the focus of lenses 5 and 6. Sources and lenses are arranged so that the interferogram is illuminated by two collimated light beams, and in antiphase - when lit light source 3, source 4 goes out, and vice versa.

Через светлые, прозрачные участки интерферограммы свет от первого источника проходит практически без рассеивания, не попадая в объектив, и эти участки наблюдателю кажутся темными. Через сильно экспонированные, темные участки интерферограммы свет не проходит вообще, поэтому при освещении только первым источником наблюдаются только участки перехода от светлых к темным полосам, т.е. границы полос. Through the light, transparent sections of the interferogram, light from the first source passes almost without scattering, without falling into the lens, and these sections appear dark to the observer. Light does not pass through strongly exposed dark portions of the interferogram at all, therefore, when illuminated with the first source only, the transitions from light to dark bands are observed, i.e. border stripes.

При освещении интерферограммы вторым источником света под углом от 0^o до β, кажущееся наблюдателю распределение интенсивности в полосах интерференционной картины соответствует действительному распределению. При освещении интерферограммы двумя источниками света в противофазе границы перехода от светлых к темным полосам представляются наблюдателю мерцающими.When illuminating the interferogram with a second light source at an angle from 0 ^o to β, the intensity distribution that appears to the observer in the fringes of the interference pattern corresponds to the actual distribution. When interferograms are illuminated by two light sources in antiphase, the boundaries of the transition from light to dark bands appear flickering to the observer.

Оценка погрешности наведения на полосу производится при помощи окулярмикрометра MOB-1-16^х. Среднеквадратичная погрешность наведения на полосу составляет λ/100 (в периодах полос) для известного способа и λ/500 для предлагаемого способа.The error estimation of guidance to the strip is performed using an MOB-1-16 ^x eyepiece microscope. 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 заявляемого изобретения позволяет повысить точность измерения формы поверхности оптических деталей. The use of the claimed invention improves the accuracy of measuring the surface shape of 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 p. - analogue.

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

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

Claims

A method for interference measurement of the surface shape of optical parts, including recording the interference pattern by photographing on a transparent medium, illuminating 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 aperture angle of the analyzing optical system, and subsequent analysis of the light image, characterized in that the interferogram is illuminated with a second light source in the range of angles from 0 to β, and the interfero illumination grams of the first and second light sources are produced alternately in antiphase.