RU2264595C2 - Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей - Google Patents

Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей Download PDF

Info

Publication number
RU2264595C2
RU2264595C2 RU2002105343/28A RU2002105343A RU2264595C2 RU 2264595 C2 RU2264595 C2 RU 2264595C2 RU 2002105343/28 A RU2002105343/28 A RU 2002105343/28A RU 2002105343 A RU2002105343 A RU 2002105343A RU 2264595 C2 RU2264595 C2 RU 2264595C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
interferometer
optical
focal plane
filter
Prior art date
Application number
RU2002105343/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2002105343A (ru
Inventor
Ю.С. Скворцов (RU)
Ю.С. Скворцов
В.П. Трегуб (RU)
В.П. Трегуб
Original Assignee
Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "ЛОМО" filed Critical Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority to RU2002105343/28A priority Critical patent/RU2264595C2/ru
Publication of RU2002105343A publication Critical patent/RU2002105343A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2264595C2 publication Critical patent/RU2264595C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей содержит источник когерентного излучения, первый фильтр-конденсор, состоящий из конденсорной линзы, первый и второй светоделительные элементы, объектив, интерферометр, состоящий из эталонной и контролируемой поверхностей, устройство для изменения оптической длины хода луча, первую проекционную систему, регистрирующий блок и систему обработки интерференционной картины, систему проецирования автоколлимационных изображений. Также введен дополнительный фильтр-конденсор, установленный в фокальной плоскости объектива, устройство для изменения оптической длины хода луча расположено за лазером, выполнено в виде двух прозрачных дифракционных решеток, одна из которых может перемещаться в направлении, перпендикулярном штрихам решетки, первая дифракционная решетка делит излучение на два луча, каждый из которых попадает на линзы фильтров-конденсоров, а контролируемая и эталонная поверхности наклонены относительно нормали к оптической оси. Технический результат - расширение работы фазового интерферометра и области его применения. 5 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения отклонений формы полированных поверхностей от номинальной и может быть использовано, при контроле формы оптических деталей.
Известен интерферометр [1], предназначенный для измерения отклонений формы полированных поверхностей от номинальной.
Интерферометр содержит гелий-неоновый лазер, специальный фильтр, преобразующий луч лазера в расходящийся волновой фронт, светоделители, объектив, собственно интерферометр Физо, систему проецирования на телекамеру и систему предварительной настройки интерферометра.
В интерферометре использован способ определения координат центров интерференционных полос на интерферограммах амплитудным методом, т.е. по минимуму освещенности, дальнейшем расчете формы волнового фронта, отраженного контролируемой поверхностью и, соответственно, отклонения формы этой поверхности. Этому методу присущи недостатки, заключающиеся в том, что все дефекты интерференционной картины, возникающие из-за дефектов осветителя и оптической системы интерферометра воспринимаются системой регистрации интерфорограммы как деформации интерферограммы, вызванные отклонением формы поверхности контролируемой детали от номинальной.
Кроме амплитудных известны фазовые методы измерения отклонения формы оптических поверхностей и устройства их реализующие, основанные на осуществлении сканирования интерференционной картины. В этом случае дефекты оптической системы интерферометра не изменяются при сканировании и не влияют на результаты измерения.
Так в устройстве [2] сканирование интерференционной картины осуществляется методом изменения длины волны излучения источника, что реализовано в известном способе путем изменения оптической длины резонатора лазера. Этот способ требует для своей реализации специального лазера, что является его несомненным недостатком.
Известно устройство для перемещения зеркала интерферометра [3], в котором сканирующее зеркало совершает колебания за счет упругости элементов крепления при вращении привода:
Недостатком устройства является то, что оно может быть применимо только для зеркал небольших габаритов.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому устройству является интерферометр [4], принципиальная схема которого представлена на фиг.4.
Интерферометр, выбранный за прототип, основан на том, что эталонная поверхность совершает колебательные движения вдоль оптической оси. В результате вся интерференционная картина смещается на одну полосу при перемещении эталонной поверхности на 1/2 длину волны излучения, используемого в интерферометре источника. Измерив три или более значений интенсивности интерференционной картины в точках поля, соответствующих положению пикселей матрицы, за время одного цикла перемещения эталонной поверхности, можно рассчитать фазу интерферограммы в этих точках поля, что соответствует фазе волнового фронта.
Известное устройство [4] содержит источник когерентного излучения, расположенные за ним фильтр-конденсор, установленный в фокальной плоскости объектива и состоящий из конденсорной линзы и диафрагмы малого диаметра, первый и второй светоделительные элементы, объектив и интерферометр. Интерферометр состоит из контролируемой и эталонной поверхностей. Обе поверхности перепендикулярны оптической оси. Эталонная поверхность совершает колебания вдоль оптической оси интерферометра, благодаря чему длина хода луча, отраженного от этой поверхности, непрерывно изменяется. Устройство [4] содержит также проекционную систему, которая вместе с объективом проецирует интерференционную картину на TV-камеру и фотодиодную матрицу, а также систему проецирования автоколлимационных изображений, предназначенную для предварительной настройки интерферометра. С фотодиодной матрицей связана ЭВМ, в которой осуществляется обработка результатов измерения. Известное устройство [4] может быть использовано только для контроля деталей диаметром до 100 мм, так как обеспечить высокочастотное колебательное перемещение деталей, имеющих большие габариты, практически невозможно.
При применении известного устройства для контроля сферических поверхностей вносится дополнительная погрешность, обусловленная смещением центра кривизны эталонной поверхности относительно центра кривизны поверяемой поверхности, что также сказывается на точности измерения.
Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение диапазона работы фазового интерферометра и области его применения.
Для решения поставленной задачи предложено устройство, которое, как и прототип, содержит источник когерентного излучения, первый фильтр-конденсор, расположенный в фокальной плоскости объектива и состоящий из конденсорной линзы, в фокальной плоскости которой установлена диафрагма малого диаметра, первый и второй светоделительные элементы, интерферометр, состоящий из контролируемой и эталонной поверхностей, а также устройство для изменения оптической длины хода луча, первую проекционную систему, которая вместе с объективом проецирует интерференциальную картину на регистрирующий блок и связанную с регистрирующим блоком систему обработки интерференциональной картины и систему проецирования автоколлимационных изображений.
В отличие от прототипа устройство для изменения оптической длины хода луча расположено в осветительной части интерферометра, выполнено в виде двух прозрачных дифракционных решеток, одна из которых может перемещаться в направлении, перпендикулярном штрихам решетки с помощью пьезодвигателя, в устройство введен второй фильтр-конденсор, установленный в фокальной плоскости объектива, а эталонная и контролируемая поверхности наклонены относительно нормали к оптической оси в разные стороны на угол
α=S/4f'об,
где S - расстояние между диафрагмами первого и второго фильтров-конденсоров;
f'об - фокусное расстояние объектива.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что устройство для изменения оптической длины хода луча, выполненное в виде двух прозрачных дифракционных решеток, одна из которых совершает колебательное движение, перпендикулярное штрихам решетки, создает два луча, разность фаз между которыми изменяется при движении решетки.
После отражения эталонной и контролируемой поверхностей эти лучи интерферируют между собой, образуя интерферограмму, фаза которой изменяется при движении решетки.
Измеряя интенсивности интерференционной картины в местах установки фотоприемных устройств, при смещении картины (не менее, чем в 3-х положениях) вычисляются фазы волнового фронта в этих точках обычными методами, привычными для сканирующих интерферометров.
Поскольку сканирующее устройство установлено в осветительной части интерферометра, оно одинаково пригодно для плоских и сферических поверхностей любых размеров, определенных деталями интерферометра.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволила достигнуть определенный технический результат, выражающийся в расширении диапазона работы фазового интерферометра и области применения, благодаря тому, что получение фазовой картины за счет изменения оптической длины хода двух лучей появилась возможность производить контроль плоскостности деталей любых размеров, обеспечиваемых размерами деталей интерферометра, так как узел, создающий набег фазы не зависит от размеров контролируемой детали. Система пригодна также и для контроля сферических деталей, так как не нарушается центрировка деталей в процессе сканирования.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 -изображена схема образования разности фаз двух лучей, прошедших через подвижную дифракционную решетку; на фиг.2 - представлена принципиальная схема устройства; на фиг; 3- представлена схема одного из конкретных примеров выполнения узла изменения фазы интерферирующих лучей, на фиг.4 - представлен разрез по А-А; на фиг.5 - представлена принципиальная схема устройства, принятого за прототип.
Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей содержит источник когерентного излучения 1, например лазерный излучатель ЛГН-303, расположенный за ним узел изменения фазы интерферирующих лучей 2, состоящий из двух дифракционных решеток 3 и 4, одна из которых совершает колебательные движения и два фильтра-конденсора 5, расположенные в фокальной плоскости объектива 6 и состоящие из линз, в фокальных плоскостях которых расположены диафрагмы 7 и 8. Устройство содержит также первый и второй светоделительные элементы 9 и 10, интерферометр 11, состоящий из эталонной 12 и контролируемой 13 поверхностей, наклоненных к оптической оси устройства так, чтобы лучи от диафрагмы 7, отраженные эталонной поверхностью и лучи от диафрагмы 8, отраженные контролируемой поверхностью, были параллельны и интерферировали между собой.
Устройство содержит также проекционную систему 14, которая вместе с объективом 5 проецирует интерференционную картину на TV камеру 15, с которой связана ЭВМ, осуществляющая обработку результатов измерения, и систему проецирования автоколлимационных изображений 16.
Эталонная 12 и контролируемая 13 поверхности наклонены относительно нормали к оптической оси в разные стороны на угол
α=S/4 f'об,
где S - расстояние между диафрагмами первого и второго фильтров-конденсоров;
f'об - фокусное расстояние объектива.
В одном из конкретных примеров выполнения узла изменения фазы интерферирующих лучей устройства узел содержит первую дифракционную решетку 3, которая с помощью упругого шарнирного подвеса 17 и пьезодвигателя 18 может совершать колебательные движения, перпендикулярные штрихам решетки 3. За подвижной решеткой 3 расположена неподвижная решетка 4, которая отклоняет падающие на нее лучи и делает их параллельными.
Устройство работает следующим образом.
Образование разности фаз двух лучей, прошедших через подвижную дифракционную решетку 3 показано на фиг.1, где решетки обозначены следующим образом:
А - подвижная дифракционная решетка 3;
Б - неподвижная дифракционная решетка 4;
l - перемещение дифракционной решетки.
Если принять точку О за начало отсчета, то фаза волны в плоскости С, будет:
Фс10-2π/λ·Δ1,
а в плоскости С2
Фс20+2π/λ·Δ2,
так как Δ12=lsin α, a sin α=λ/d,
где d - шаг решетки, то разность фаз лучей I и II будет
ΔФ=Фc2с1=2π/λ. 2Δ=4π·l/d
Изменение разности фаз лучей I и II на 2π будет при смещении решетки на d/2.
Излучение лазера 1 первой дифракционной решетки 3 делится на два луча, каждый из которых попадает на линзы фильтров-конденсоров 5, в фокальной плоскости которых имеются диафрагмы 7 и 8, пропускающие только основной поток и отрезающие все паразитные лучи. Из диафрагмы выходят два сферических волновых фронта, которые после объектива становятся плоскими.
Эталонная поверхность 12, установленная под углом относительно нормали к оптической оси, отражает падающие на нее лучи и в фокальной плоскости объектива образуется изображение диафрагмы, которое можно наблюдать с помощью системы проецирования автоколлимационных изображений 15. Наклонами контролируемой поверхности 13 совмещается изображение диафрагмы 8 с изображением диафрагмы 7, отраженным от эталонной поверхности 12.
При этом отраженные от эталонной и контролируемой поверхностей лучи параллельны между собой и образуют интерференционную картину. При движении дифракционной решетки фазы фронтов, идущих от диафрагм 7 и 8 изменяются друг относительно друга и интерференционная картина смещается на одну полосу при изменении разности фаз на 2π.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент США N 4201473, МПК G 01 В 9/02, 1980 г.
2. Европейский патент N 0144510, МПК G 01 В 9/02, 1985 г.
3. Авторское свидетельство СССР N 1337651, МПК G 01 B 9/02, 1985 г.
4. Интерферометр. Модель MARK III. Техническое описание - прототип.

Claims (1)

  1. Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей, содержащий источник когерентного излучения, первый фильтр-конденсор, расположенный в фокальной плоскости объектива и состоящий из конденсорной линзы, в фокальной плоскости которой установлена диафрагма малого диаметра, первый и второй светоделительные элементы, объектив, интерферометр, состоящий из эталонной и контролируемой поверхностей, а также устройство для изменения оптической длины хода луча, первую проекционную систему, которая вместе с объективом проецирует интерференционную картину на регистрирующий блок, связанный с системой обработки интерференционной картины, систему проецирования автоколлимационных изображений, которая вместе с объективом проецирует изображение диафрагмы на регистрирующий блок, отличающийся тем, что в интерферометр введен дополнительный фильтр-конденсор, установленный в фокальной плоскости объектива, устройство для изменения оптической длины хода луча расположено за лазером, выполнено в виде двух прозрачных дифракционных решеток, одна из которых может перемещаться в направлении, перпендикулярном штрихам решетки, с помощью пьезодвигателя, первая дифракционная решетка делит излучение на два луча, каждый из которых попадает на линзы фильтров-конденсоров, а контролируемая и эталонная поверхности наклонены относительно нормали к оптической оси в разные стороны на угол α=S/4 f'об, где S - расстояние между диафрагмами первого и второго фильтров-конденсоров; f'об - фокусное расстояние объектива.
RU2002105343/28A 2002-02-26 2002-02-26 Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей RU2264595C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002105343/28A RU2264595C2 (ru) 2002-02-26 2002-02-26 Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002105343/28A RU2264595C2 (ru) 2002-02-26 2002-02-26 Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002105343A RU2002105343A (ru) 2003-10-10
RU2264595C2 true RU2264595C2 (ru) 2005-11-20

Family

ID=35867316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002105343/28A RU2264595C2 (ru) 2002-02-26 2002-02-26 Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2264595C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182727U1 (ru) * 2018-03-26 2018-08-29 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Инфракрасный интерферометр

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Руководство по эксплуатации Ю-30.60.050 РЭ. Интерферометр ИКД-110.О.М. Модель Mark III, 23.01.1995. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182727U1 (ru) * 2018-03-26 2018-08-29 АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") Инфракрасный интерферометр

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230392920A1 (en) Multiple channel locating
KR100389017B1 (ko) 모아레무늬 발생기를 적용한 위상천이 영사식 모아레방법및 장치
JP5149486B2 (ja) 干渉計、形状測定方法
US6882433B2 (en) Interferometer system of compact configuration
US20110298896A1 (en) Speckle noise reduction for a coherent illumination imaging system
US20050238237A1 (en) Method and apparatus for determining the shape and the local surface normals of specular surfaces
JP4718486B2 (ja) 投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム及び方法
JP2015102485A (ja) 形状測定装置、光走査装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラム
KR100916593B1 (ko) 실시간 3차원 형상 측정 시스템
JP2000009444A (ja) 表面形状計測装置
RU2264595C2 (ru) Сканирующий интерферометр для измерения отклонения формы оптических поверхностей
JP3540004B2 (ja) 斜入射干渉計
JP4357002B2 (ja) 物体の方向を測定する方法および装置
KR100943405B1 (ko) 래터럴 스캔을 이용한 3차원 형상 측정 시스템
KR100943407B1 (ko) 전사 방식의 3차원 형상 측정 시스템
RU2263279C2 (ru) Способ интерферометрического измерения отклонения формы оптических поверхностей и система для его осуществления
RU2237865C2 (ru) Способ интерферометрического измерения отклонения формы оптических поверхностей и система для его осуществления
JP2993835B2 (ja) 多波長位相干渉法及び多波長位相干渉計
JP2000018918A (ja) レーザ干渉式可動体の移動量検出装置
JP3150761B2 (ja) 簡易位相シフト干渉計
JPH03243804A (ja) 非球面の形状測定方法
JP2022112872A (ja) 距離測定装置および方法
RU2441199C1 (ru) Устройство для измерения отклонения формы оптических поверхностей
JP3555666B2 (ja) 位置検出方法及び装置、並びに露光方法及び装置
RU2000125117A (ru) Способ интерферометрического измерения отклонения формы оптических поверхностей и система для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100227