RU2396513C1

RU2396513C1 - Interferometre for monitoring aspherical quadratic surfaces

Info

Publication number: RU2396513C1
Application number: RU2009106886/28A
Authority: RU
Inventors: Николай Петрович Ларионов (RU); Николай Петрович Ларионов
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: interferometre has a source of monochromatic radiation, an afocal system and a first beam splitter designed for splitting radiation into two branches - standard and operational. A plane mirror, a focusing lens and a lens for forming a standard plane wave front are placed in the standard branch. A second plane mirror, a second focusing lens in whose back focus there is a diaphragm, and a lens for forming a controlled plane wave front with possibility of it moving out of the operational beam, are placed in the operational branch. After the lens which forms a standard plane wave front there is a second beam splitter for combining the standard and the controlled wave fronts. An interference pattern recording unit which has an input lens and a photodetector is placed in the output light beam. A third plane mirror is fitted after the second beam splitter, perpendicular to the standard wave front beams passing it. The focusing lens in the standard branch can be moved along an optical axis. In the front focus of the lens which forms a controlled plane wave front there is a second diaphragm which can be moved out of the operational branch.

EFFECT: more reliable monitoring of aspherical quadratic surfaces due to possibility of independent inspection of flatness of the standard wave front using apparatus which are part of the interferometre.

4 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в оптическом производстве для технологического и аттестационного контроля формы вогнутых параболических и эллиптических поверхностей оптических деталей, в том числе с большими относительными отверстиями.The invention relates to instrumentation and can be used in optical production for technological and certification control of the shape of concave parabolic and elliptical surfaces of optical parts, including those with large relative holes.

Известен интерферометр типа Тваймана-Грина для контроля вогнутых параболических зеркал, в том числе с большими относительными отверстиями [Инюшин А.И., Шифферс Л.А. Интерференционный метод контроля вогнутых параболических поверхностей //ОМП, 1966, №7, с.33-39]. В рабочей ветви этого интерферометра после светоделителя по ходу лучей установлено выпуклое сферическое зеркало, с центром кривизны которого совмещен фокус контролируемого параболического зеркала. Благодаря этому в рабочей ветви осуществляется автоколлимационный ход лучей, которые дважды отражаются от контролируемого параболического зеркала.Known Twyman-Green type interferometer for monitoring concave parabolic mirrors, including those with large relative holes [Inyushin A.I., Schiffers L.A. The interference method for controlling concave parabolic surfaces // OMP, 1966, No. 7, p. 33-39]. In the working branch of this interferometer, after the beam splitter, a convex spherical mirror is installed along the rays, with the center of curvature of which the focus of the controlled parabolic mirror is combined. Due to this, an autocollimation course of rays is carried out in the working branch, which is reflected twice from the controlled parabolic mirror.

Недостатком данного интерферометра является невысокая надежность контроля параболических поверхностей, обладающих большими дефектами. Это обусловлено автоколлимационным ходом лучей в рабочей ветви, при котором происходит суммирование искажений волнового фронта, вносимых различными зонами поверхности, что затрудняет проведение истинной оценки ее состояния в каждой зоне и тем самым приводит к снижению надежности контроля.The disadvantage of this interferometer is the low reliability of control of parabolic surfaces with large defects. This is due to the autocollimation path of the rays in the working branch, in which the wavefront distortions introduced by various zones of the surface are summed up, which makes it difficult to make a true assessment of its state in each zone and thereby reduce the reliability of control.

Известен также интерферометр для контроля вогнутых эллиптических поверхностей, в рабочей ветви которого установлено вспомогательное сферическое зеркало [Пуряев Д.Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей. М., 1976, с.80-81; рис.28 а, б]. В одном варианте рабочей ветви интерферометра (рис.28а) вспомогательное сферическое зеркало является вогнутым, в другом (рис.286) - либо вогнутым, либо выпуклым. В обоих вариантах центр кривизны вспомогательного сферического зеркала совмещен с ближним фокусом, а точечный источник света - с дальним фокусом контролируемой эллиптической поверхности. В рабочей ветви этого интерферометра также осуществляется автоколлимационный ход пучка световых лучей, который дважды отражается от контролируемой эллиптической поверхности. Поэтому он обладает тем же недостатком, как и интерферометр для контроля вогнутых параболических поверхностей, содержащий выпуклое сферическое зеркало.Also known is an interferometer for monitoring concave elliptical surfaces, in the working branch of which an auxiliary spherical mirror is installed [Puryaev D.T. Control methods for optical aspherical surfaces. M., 1976, p. 80-81; fig. 28 a, b]. In one version of the working branch of the interferometer (Fig. 28a), the auxiliary spherical mirror is concave, in another (Fig. 286) it is either concave or convex. In both cases, the center of curvature of the auxiliary spherical mirror is aligned with the near focus, and the point source of light is aligned with the far focus of the controlled elliptical surface. In the working branch of this interferometer, the autocollimation course of the beam of light rays is also carried out, which is reflected twice from the controlled elliptical surface. Therefore, it has the same drawback as an interferometer for controlling concave parabolic surfaces containing a convex spherical mirror.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является интерферометр для контроля асферических поверхностей второго порядка вогнутых параболоидов и эллипсоидов [А.С. №1712778; опубл. 15.02.92 г. БИ №6, приор. 02.03.90 г., МКИ G01В 11/24]. Этот интерферометр содержит источник монохроматического излучения и последовательно установленные по ходу лучей первый светоделитель, предназначенный для разделения излучения на две ветви - эталонную и рабочую, в эталонной ветви установлены плоское зеркало, фокусирующий объектив и объектив для формирования эталонного плоского волнового фронта, в рабочей ветви по ходу отраженных от первого светоделителя лучей установлены второе плоское зеркало, второй фокусирующий объектив, в заднем фокусе которого установлена диафрагма, и объектив для формирования плоского контролируемого волнового фронта с возможностью вывода его из рабочей ветви, после объектива, формирующего эталонный плоский волновой фронт, установлен второй светоделитель для совмещения эталонного и контролируемого волновых фронтов, в выходном пучке световых лучей установлен блок регистрации интерференционной картины, содержащий входной объектив и фотоприемное устройство.The closest in technical essence to the present invention is an interferometer for monitoring aspherical surfaces of the second order of concave paraboloids and ellipsoids [A.S. No. 1712778; publ. 02/15/92, BI No. 6, prior. 03/02/90, MKI G01B 11/24]. This interferometer contains a monochromatic radiation source and a first beam splitter sequentially installed along the rays, designed to separate the radiation into two branches - the reference and the working, in the reference branch there is a flat mirror, a focusing lens and a lens for forming the reference plane wave front, along the working branch a second flat mirror, a second focusing lens with a diaphragm in the back focus, and a lens are mounted on the rays reflected from the first beam splitter for the formation of a planar controlled wavefront with the possibility of withdrawing it from the working branch, after the lens forming the reference plane wavefront, a second beam splitter is installed to combine the reference and controlled wavefronts, an interference pattern registration unit containing an input lens and a photodetector is installed in the output beam of light rays device.

Недостатком этого интерферометра является невысокая надежность контроля вогнутых параболических и эллиптических поверхностей, которая обусловлена несколькими причинами. Во-первых, в оптической системе интерферометра отсутствуют элементы для проведения поверочного контроля эталонного волнового фронта, сформированного в эталонной ветви. В связи с этим отсутствует возможность выявления случайно возникшего в процессе эксплуатации интерферометра отступления формы эталонного волнового фронта от плоскости, что может привести к изготовлению поверхности, отличающейся по форме от параболической или эллиптической, в случае контроля этим интерферометром поверхностей в процессе их формообразования. Во-вторых, в оптической системе интерферометра отсутствуют элементы для визуализации положения второго фокуса контролируемого эллипса, что затрудняет контроль расстояния между его фокусами и приводит к снижению надежности при определении его параметров. В-третьих, из-за сильной неравномерности контраста интерференционных полос, обусловленной гауссовым распределением интенсивности в излучении монохроматического источника света, затрудняется анализ интерференционной картины, что отрицательно влияет на достоверность результатов при определении дефектов контролируемой поверхности.The disadvantage of this interferometer is the low reliability of the control of concave parabolic and elliptical surfaces, which is due to several reasons. Firstly, there are no elements in the optical system of the interferometer for verification testing of the reference wavefront formed in the reference branch. In this regard, it is not possible to detect a deviation of the shape of the reference wavefront from the plane that accidentally occurred during operation of the interferometer, which can lead to the manufacture of a surface that differs in shape from parabolic or elliptical in the case of control of surfaces by this interferometer during their formation. Secondly, there are no elements in the optical system of the interferometer for visualizing the position of the second focus of the controlled ellipse, which makes it difficult to control the distance between its foci and leads to a decrease in reliability in determining its parameters. Thirdly, due to the strong non-uniformity of the contrast of the interference bands due to the Gaussian distribution of intensity in the radiation of a monochromatic light source, it is difficult to analyze the interference pattern, which negatively affects the reliability of the results when determining defects of a controlled surface.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание интерферометра, обладающего повышенной надежностью контроля асферических поверхностей второго порядка за счет обеспечения возможности автономного поверочного контроля плоскостности эталонного волнового фронта средствами, входящими в состав самого интерферометра, визуализации положения второго фокуса контролируемого эллипса дополнительной диафрагмой, повышения равномерности контраста интерференционных полос и получения максимального уровня этого контраста.The problem to which the invention is directed is to create an interferometer with increased reliability of control of aspherical surfaces of the second order by enabling autonomous calibration control of the flatness of the reference wavefront by means of the interferometer itself, visualizing the position of the second focus of the controlled ellipse with an additional diaphragm, and increasing uniformity contrast of interference fringes and obtaining the maximum level of this contrast.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом интерферометре для контроля формы асферических поверхностей второго порядка, содержащем источник монохроматического излучения и последовательно установленные по ходу лучей первый светоделитель, предназначенный для разделения излучения на две ветви - эталонную и рабочую, в эталонной ветви установлены плоское зеркало, фокусирующий объектив и объектив для формирования эталонного плоского волнового фронта, в рабочей ветви по ходу отраженных от первого светоделителя лучей установлены второе плоское зеркало, второй фокусирующий объектив, в заднем фокусе которого установлена диафрагма, и объектив для формирования плоского контролируемого волнового фронта с возможностью вывода его из рабочей ветви, после объектива, формирующего эталонный плоский волновой фронт, установлен второй светоделитель для совмещения эталонного и контролируемого волновых фронтов, в выходном пучке световых лучей установлен блок регистрации интерференционной картины, содержащий входной объектив и фотоприемное устройство, дополнительно введена афокальная система, установленная между источником монохроматического излучения и первым светоделителем, после второго светоделителя перпендикулярно к прошедшим его лучам светового пучка, соответствующего эталонному волновому фронту, установлено третье плоское зеркало, в эталонной ветви фокусирующий объектив установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси, в переднем фокусе объектива для формирования плоского контролируемого волнового фронта установлена вторая диафрагма с возможностью вывода ее из рабочей ветви.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed interferometer for controlling the shape of aspherical surfaces of the second order, containing a source of monochromatic radiation and the first beam splitter sequentially installed along the rays, designed to separate the radiation into two branches - the reference and the working one, a flat mirror is installed in the reference branch, a focusing lens and a lens for forming a reference plane wave front in the working branch along the rays reflected from the first beam splitter a second planar mirror is installed, a second focusing lens with a diaphragm in its rear focus, and a lens for forming a plane controlled wavefront with the possibility of outputting it from the working branch; after a lens forming a reference plane wavefront, a second beam splitter is installed to combine the reference and controlled wave fronts, in the output beam of light rays there is an interference pattern registration unit containing an input lens and a photodetector, An afocal system is introduced, which is installed between the monochromatic radiation source and the first beam splitter, after the second beam splitter, a third plane mirror is installed perpendicular to the rays of the light beam corresponding to the reference wave front, and the focusing lens is mounted in the reference branch to move along the optical axis in the front a second diaphragm is installed with the focus of the lens to form a planar controlled wavefront with the possibility of removing it from work whose branches.

На фиг.1 изображена принципиальная оптическая схема предложенного интерферометра для контроля вогнутых параболических поверхностей оптических деталей.Figure 1 shows a schematic optical diagram of the proposed interferometer for monitoring concave parabolic surfaces of optical parts.

На фиг.2 изображена принципиальная оптическая схема предложенного интерферометра для контроля вогнутых эллиптических поверхностей оптических деталей.Figure 2 shows a schematic optical diagram of the proposed interferometer for monitoring concave elliptical surfaces of optical parts.

На фиг.3 представлена интерферограмма параболической поверхности, полученная на стадии ее доводки.Figure 3 presents the interferogram of the parabolic surface obtained at the stage of its refinement.

На фиг.4 представлена интерферограмма участка на параболической поверхности, выделенного ее экранированием.Figure 4 presents the interferogram of the plot on the parabolic surface, highlighted by its shielding.

Интерферометр содержит (см. фиг.1, 2) источник монохроматического излучения 1, афокальную систему 2, формирующую на выходе расширенный параллельный пучок лучей с небольшим коэффициентом расширения, светоделитель 3, разделяющий падающий на него пучок световых лучей на две части, одна из которых (прошедшая светоделитель 3), поступает в эталонную ветвь, а другая (отраженная от светоделителя 3) - в рабочую ветвь интерферометра. В эталонной ветви по ходу пучка световых лучей последовательно установлены плоское зеркало 4, фокусирующий объектив 5, установленный с возможностью перемещения вдоль оптической оси, и объектив 6 для формирования эталонного плоского волнового фронта. В рабочей ветви по ходу пучка световых лучей последовательно установлены второе плоское зеркало 7, второй фокусирующий объектив 8, диафрагма 9, установленная в заднем фокусе второго фокусирующего объектива 8, и контролируемая оптическая деталь 10 либо с вогнутой параболической поверхностью ПП (фиг.1), либо с вогнутой эллиптической поверхностью ЭП (фиг.2). Диафрагма 11, установленная в переднем фокусе объектива 12, и сам объектив 12 также являются элементами рабочей ветви, которые вводятся в рабочую ветвь при контроле деталей с вогнутыми эллиптическими поверхностями ЭП (фиг.2). Светоделитель 13 служит для совмещения эталонного и рабочего волновых фронтов; он установлен таким образом, что часть пучка параллельных световых лучей, соответствующая отраженной от него части эталонного волнового фронта, направлена в рабочую ветвь. Плоское зеркало 14 установлено перпендикулярно к падающему на него параллельному пучку световых лучей, соответствующих прошедшей светоделитель 13 части эталонного волнового фронта. Блок регистрации интерференционной картины содержит входной объектив 15 и фотоприемное устройство 16, состоящее, например, из передающей камеры и монитора.The interferometer contains (see Fig. 1, 2) a source of monochromatic radiation 1, an afocal system 2, which forms at the output an expanded parallel beam of rays with a small expansion coefficient, a beam splitter 3, dividing the incident beam of light rays into two parts, one of which ( the transmitted beam splitter 3) enters the reference branch, and the other (reflected from the beam splitter 3) goes into the working branch of the interferometer. In the reference branch along the beam of light rays, a plane mirror 4, a focusing lens 5 mounted for moving along the optical axis, and a lens 6 for forming a reference plane wave front are successively mounted. In the working branch along the beam of light rays, a second flat mirror 7, a second focusing lens 8, a diaphragm 9 mounted in the rear focus of the second focusing lens 8, and a controlled optical part 10 with either a concave parabolic surface of the PP (Fig. 1) or with a concave elliptical surface of the EP (figure 2). The diaphragm 11 installed in the front focus of the lens 12, and the lens 12 itself are also elements of the working branch, which are introduced into the working branch when controlling parts with concave elliptical surfaces of the electromotive force (Fig. 2). The beam splitter 13 serves to combine the reference and working wave fronts; it is installed in such a way that a part of the beam of parallel light rays corresponding to the part of the reference wave front reflected from it is directed to the working branch. A flat mirror 14 is mounted perpendicular to a parallel beam of light rays incident on it, corresponding to the transmitted beam splitter 13 of the reference wave front part. The interference pattern registration unit comprises an input lens 15 and a photodetector 16, consisting, for example, of a transmitting camera and a monitor.

Интерферометр работает следующим образом.The interferometer operates as follows.

Световой пучок лучей от источника монохроматического излучения 1 поступает в афокальную систему 2 с небольшим коэффициентом расширения и преобразуется ею в параллельный пучок световых лучей с равномерным распределением освещенности по сечению, который частично проходит светоделитель 3, частично отражается им. Прошедшая часть пучка поступает в эталонную ветвь, отражается от плоского зеркала 4 и попадает в фокусирующий объектив 5, а затем, в объектив 6, из которого выходит расширенный пучок параллельных световых лучей с эталонным плоским волновым фронтом, который частично проходит светоделитель 13, частично отражается от него. Соответствующий отраженной части эталонного волнового фронта параллельный пучок световых лучей поступает в рабочую ветвь, а соответствующий прошедшей части эталонного волнового фронта параллельный пучок световых лучей падает на плоское зеркало 14, установленное перпендикулярно к этому пучку лучей, отражается от него и в автоколлимационном ходе частично отражается от светоделителя 13 и частично проходит его. Отраженная часть поступает во входной объектив 15 блока регистрации интерференционной картины, фокусируясь в точку А_э, и поступает в передающую камеру фотоприемного устройства 16, а прошедшая часть пучка лучей в автоколлимационном ходе проходит в обратном направлении объективы 6 и 5, отражается от зеркала 4, проходит светоделитель 3, афокальную систему 2 и входит в отверстие выходного окна источника монохроматического излучения 1. В этом случае в блоке регистрации точка фокусирования А_э пучка световых лучей займет определенное фиксированное положение.The light beam from the source of monochromatic radiation 1 enters the afocal system 2 with a small expansion coefficient and is converted by it into a parallel beam of light rays with a uniform distribution of illumination over the cross section, which partially passes the beam splitter 3, is partially reflected by it. The transmitted part of the beam enters the reference branch, is reflected from the planar mirror 4 and enters the focusing lens 5, and then, into the lens 6, from which an expanded beam of parallel light rays with a reference plane wavefront, which partially passes the beam splitter 13, partially reflects from him. The parallel beam of light rays corresponding to the reflected part of the reference wave front enters the working branch, and the parallel beam of light rays corresponding to the transmitted part of the reference wave front falls on a flat mirror 14, which is mounted perpendicular to this beam of rays, is reflected from it and partially reflected from the beam splitter in the autocollimation process 13 and partially passes it. The reflected part enters the input lens 15 of the interference pattern registration unit, focusing at point A _e , and enters the transmitting chamber of the photodetector 16, and the transmitted part of the beam in the autocollimation course passes in the opposite direction of the lenses 6 and 5, is reflected from the mirror 4, passes a beam splitter 3, an afocal system 2 and enters the hole exit window monochromatic radiation source 1. in this case, the recording unit a focusing point _e of the beam of light rays takes a certain fixed th position.

В рабочую ветвь поступает отраженная светоделителем 3 часть пучка световых лучей, вышедшего из афокальной системы 2, которая затем отражается вторым плоским зеркалом 7, проходит второй фокусирующий объектив 8 и после прохождения диафрагмы 9 падает на контролируемую оптическую деталь 10 либо с параболической поверхностью ПП (фиг.1), либо с эллиптической поверхностью ЭП (фиг.2).The working branch receives the part of the light beam reflected from the beam splitter 3 that leaves the afocal system 2, which is then reflected by the second flat mirror 7, passes the second focusing lens 8, and after passing through the diaphragm 9 falls onto the controlled optical part 10 or with a parabolic surface of the PP (Fig. 1), or with an elliptical surface of the electron beam (figure 2).

При контроле оптических деталей с параболическими поверхностями диафрагма 11 и объектив 12 выведены из рабочей ветви (фиг.1). В этом случае после отражения от контролируемой параболической поверхности детали 10 пучок световых лучей падает на светоделитель 13, проходит его и поступает во входной объектив 15, фокусируясь им в точку А_р, совпадающую с точкой А_э, и затем поступает в передающую камеру фотоприемного устройства 16. Интерференционная картина, образованная в результате суперпозиции волн, соответствующих пучкам световых лучей, поступивших из эталонной и рабочей ветвей, изображается на экране монитора фотоприемного устройства 16; она служит для анализа дефектов контролируемой параболической поверхности. Для получения достоверных результатов контролируемая деталь должна быть надежно отъюстирована в интерферометре. Для обеспечения этого требования служит диафрагма 9, а также пучок параллельных лучей, распространяющийся от светоделителя 13 к детали 10 и падающий на ее контролируемую параболическую поверхность. После отражения от параболической поверхности этот пучок лучей становится сходящимся. В процессе юстировки путем продольных и поперечных смещений, а также угловых поворотов детали 10 фокусируют этот пучок лучей на диафрагме 9 в минимально возможное световое пятно и затем направляют его угловыми подвижками детали 10 в отверстие диафрагмы 9. Окончательную юстировку ведут по виду интерференционной картины, наблюдаемой на экране монитора фотоприемного устройства 16. В результате фокус F_п параболы будет совмещен с задним фокусом второго фокусирующего объектива 8.When controlling optical parts with parabolic surfaces, the diaphragm 11 and the lens 12 are removed from the working branch (Fig. 1). In this case, after reflection from the controlled parabolic surface of the part 10, a beam of light beams falls on the beam splitter 13, passes it and enters the input lens 15, focusing it at the point A _p matching the point A _e , and then enters the transmitting camera of the photodetector 16 The interference pattern formed as a result of a superposition of waves corresponding to beams of light rays coming from the reference and working branches is depicted on the monitor screen of the photodetector 16; it serves to analyze defects of a controlled parabolic surface. To obtain reliable results, the controlled part must be reliably aligned in the interferometer. To meet this requirement, a diaphragm 9 is used, as well as a beam of parallel rays propagating from the beam splitter 13 to the part 10 and incident on its controlled parabolic surface. After reflection from a parabolic surface, this beam of rays becomes convergent. In the process of alignment by means of longitudinal and transverse displacements, as well as angular rotations of the part 10, this beam of rays is focused on the diaphragm 9 into the smallest possible spot of light and then they are guided by the angular movements of the part 10 into the opening of the diaphragm 9. The final adjustment is made according to the type of interference pattern observed on the monitor screen of the photodetector 16. As a result, the focus F _{p of the} parabola will be aligned with the rear focus of the second focusing lens 8.

При контроле оптических деталей 10 с эллиптическими поверхностями диафрагма 11 и объектив 12 введены в рабочую ветвь интерферометра (фиг.2). Причем объектив 12 установлен в ходе параллельного пучка световых лучей, распространяющегося от светоделителя 13, а диафрагма 11 установлена в его фокусе, при этом их положение в рабочей ветви задается таковым, чтобы центр отверстия диафрагмы 11 был удален от центра отверстия диафрагмы 9 на расстояние, равное расстоянию между фокусами F₁ и F₂ теоретически заданной эллиптической поверхности. Контролируемая деталь 10 с эллиптической поверхностью ЭП установлена в интерферометр таким образом, чтобы фокус F₁ эллиптической поверхности, который ближе к ее вершине О, совпадал с отверстием диафрагмы 9, а значит и с задним фокусом второго фокусирующего объектива 8, а фокус F₂ - с отверстием в диафрагме 11 и соответственно с передним фокусом объектива 12. Пучок световых лучей, вышедший из второго фокусирующего объектива 8, после отражения от эллиптической поверхности ЭП проходит диафрагму 11, объектив 12, светоделитель 13 и поступает в объектив 15, фокусируясь в точку А_р. Картина интерференции, образованная в результате суперпозиции волн, соответствующих пучкам световых лучей, вышедших из эталонной и рабочей ветвей, наблюдается на экране монитора фотоприемного устройства 16 для оценки дефектов эллиптической поверхности. Юстировка детали 10 с эллиптической поверхностью проводится с использованием двух реперов: диафрагм 9 и 11. В процессе юстировки необходимо путем продольного и поперечных смещений, а также угловых поворотов детали 10 сфокусировать отраженный от эллиптической поверхности пучок световых лучей в плоскости диафрагмы 11 в минимально возможное световое пятно, а затем угловыми поворотами детали 10 направить его в отверстие этой диафрагмы. При проведении этих операций отверстие диафрагмы 11 играет роль репера. Затем провести более точную юстировку детали 10 по интерференционной картине. При правильно отъюстированной детали 10 с эллиптической поверхностью параллельный пучок световых лучей, распространяющийся от второго светоделителя 13, после прохождения объектива 12 и диафрагмы 11 и отражения от эллиптической поверхности должен фокусироваться в отверстие диафрагмы 9. Это будет означать, что фокус F₁ эллиптической поверхности совмещен с центром отверстия диафрагмы 9, а значит и с задним фокусом второго фокусирующего объектива 8, при этом фокус F₂совмещен с фокусом объектива 12 и с центром отверстия диафрагмы 11. Таким образом, диафрагма 9 с отверстием является при юстировке эллиптических поверхностей еще одним (вторым) репером. Дефекты эллиптической поверхности определяются из анализа интерференционной картины подобно тому, как это делается для параболической поверхности.When controlling optical parts 10 with elliptical surfaces, the diaphragm 11 and the lens 12 are inserted into the working branch of the interferometer (figure 2). Moreover, the lens 12 is installed during a parallel beam of light rays propagating from the beam splitter 13, and the diaphragm 11 is installed in its focus, while their position in the working branch is set such that the center of the aperture of the diaphragm 11 is removed from the center of the hole of the diaphragm 9 by a distance equal to the distance between the foci F ₁ and F ₂ theoretically given an elliptical surface. The controlled part 10 with an elliptical surface of the ET is mounted in the interferometer so that the focus F _{1 of the} elliptical surface, which is closer to its vertex O, coincides with the aperture 9, and hence with the back focus of the second focusing lens 8, and the focus F ₂ with a hole in the diaphragm 11 and, respectively, with the front focus of the lens 12. The beam of light rays emerging from the second focusing lens 8, after reflection from the elliptical surface of the ET passes through the diaphragm 11, the lens 12, the beam splitter 13 and enters the lens 15, focusing on point A _p . The interference pattern formed as a result of a superposition of waves corresponding to beams of light rays emerging from the reference and working branches is observed on the monitor screen of the photodetector 16 for assessing defects of an elliptical surface. Alignment of part 10 with an elliptical surface is carried out using two frames: diaphragms 9 and 11. During the adjustment process, it is necessary to focus the beam of light rays reflected from the elliptical surface in the plane of the diaphragm 11 by the longitudinal and transverse displacements, as well as the angular rotations of part 10, into the smallest possible spot of light and then angularly rotate part 10 to direct it into the hole of this diaphragm. During these operations, the opening of the diaphragm 11 plays the role of a benchmark. Then carry out a more accurate adjustment of the part 10 according to the interference pattern. If the part 10 with the elliptical surface is correctly aligned, the parallel beam of light rays propagating from the second beam splitter 13, after passing through the lens 12 and the diaphragm 11 and reflected from the elliptical surface, should focus into the hole of the diaphragm 9. This will mean that the focus F _{1 of the} elliptical surface is aligned with the center of the opening of the diaphragm 9, and hence with the back focus of the second focusing lens 8, while the focus F _{2 is} aligned with the focus of the lens 12 and the center of the hole of the diaphragm 11. Thus, the diaphragm 9 with the hole is another (second) benchmark when adjusting elliptical surfaces. Defects of an elliptical surface are determined from the analysis of the interference pattern, similar to how it is done for a parabolic surface.

В предложенном интерферометре в отличие от известного плоскостность эталонного волнового фронта может быть проверена каждый раз перед началом работы, что повышает надежность контроля данным интерферометром. Для этого плоское зеркало 14 должно быть сориентировано так, чтобы отраженный от него пучок световых лучей в обратном ходе прошел светоделитель 13, объективы 6 и 5, отразился от зеркала 4, прошел светоделитель 3, афокальную систему 2 и упал на выходное окно источника монохроматического излучения 1. Диаметр следа от этого пучка лучей на выходном окне должен быть сравним с сечением светового пучка, выходящего из источника монохроматического излучения 1, это будет означать, что задний фокус объектива 5 совмещен с передним фокусом объектива 6 и эталонный волновой фронт является плоским. Если же при проверке оказалось, что величина диаметра следа от указанного выше пучка лучей на выходном окне источника монохроматического излучения 1 отличается от величины сечения светового пучка, выходящего из источника монохроматического излучения 1, то необходимо их сравнять путем продольного перемещения вдоль оптической оси объектива 5; в результате чего задний фокус объектива 5 будет совмещен с передним фокусом объектива 6 и эталонный волновой фронт станет плоским. После этого угловыми поворотами зеркала 14 отраженное им излучение необходимо направить непосредственно в отверстие выходного окна источника монохроматического излучения 1. В результате плоское зеркало 14 установится перпендикулярно к падающему на него параллельному пучку световых лучей, а точка фокусировки А_э пучка лучей, вышедшего из эталонной ветви, в блоке регистрации займет определенное фиксированное положение.In the proposed interferometer, in contrast to the known flatness of the reference wavefront, it can be checked every time before starting work, which increases the reliability of control by this interferometer. To do this, the flat mirror 14 should be oriented so that the beam of light rays reflected from it passes through the beam splitter 13, the lenses 6 and 5, reflects from the mirror 4, passes the beam splitter 3, the afocal system 2 and falls onto the output window of the monochromatic radiation source 1 The diameter of the trace from this beam of rays at the output window should be comparable with the cross section of the light beam exiting from the monochromatic radiation source 1, this will mean that the rear focus of the lens 5 is aligned with the front focus of the lens 6 and This wavefront is flat. If during the verification it turned out that the diameter of the track from the above-mentioned beam at the output window of the monochromatic radiation source 1 is different from the cross-section of the light beam emerging from the monochromatic radiation source 1, then it is necessary to compare them by longitudinal movement along the optical axis of the lens 5; as a result, the rear focus of the lens 5 will be aligned with the front focus of the lens 6 and the reference wavefront will become flat. After that, by angular rotation of the mirror 14, the reflected radiation must be directed directly to the hole of the output window of the monochromatic radiation source 1. As a result, the flat mirror 14 is installed perpendicular to the parallel beam of light rays incident on it, and the focal point A _{e of the} beam of rays emerging from the reference branch, in the registration block will occupy a certain fixed position.

При проверке эллиптических поверхностей повышение надежности контроля обусловлено еще и тем, что достаточно точно может быть задано в пространстве положение их фокусов благодаря введению в интерферометр диафрагмы 11, плоскость которой должна быть надежно совмещена с фокальной плоскостью объектива 12, а центр ее отверстия должен быть надежно совмещен с фокусом этого объектива. Выполнение указанных совмещений осуществляется сначала продольным смещением диафрагмы 11 в требуемое положение, что контролируется по виду теневой картины, возникающей при кратковременном касании каким-либо краем отверстия диафрагмы 11 сфокусированного объективом 12 пучка световых лучей, падающего на этот объектив от светоделителя 13, а затем поперечным смещением диафрагмы 11 до положения, когда сфокусированное пятно займет центр отверстия диафрагмы 11. Последнее можно проконтролировать визуально, используя лупу. Таким же методом устанавливается и диафрагма 9 в фокальную плоскость второго фокусирующего объектива 8. Расстояние между центрами отверстий диафрагм 9 и 11 может быть также надежно измерено линейными измерителями. Пучок световых лучей, распространяющийся от второго светоделителя 13 в рабочую ветвь предложенного интерферометра, служит ориентиром для размещения в ней объектива 12 и диафрагмы 11; это обстоятельство значительно облегчает и убыстряет процесс установки указанных элементов в интерферометр при подготовке его для контроля эллиптических поверхностей.When checking elliptical surfaces, an increase in the reliability of control is also due to the fact that the position of their foci can be precisely set in space by introducing a diaphragm 11 into the interferometer, the plane of which must be reliably aligned with the focal plane of the lens 12, and the center of its hole must be reliably aligned with the focus of this lens. These combinations are performed first by longitudinally shifting the diaphragm 11 to the desired position, which is controlled by the type of shadow pattern that occurs when the edge of the diaphragm 11 momentarily touches the beam of light rays incident on the lens 12 incident on the lens from the beam splitter 13 and then transversely displaced of the diaphragm 11 to the position where the focused spot occupies the center of the hole of the diaphragm 11. The latter can be visually checked using a magnifying glass. Using the same method, the aperture 9 is installed in the focal plane of the second focusing lens 8. The distance between the centers of the apertures of the apertures 9 and 11 can also be reliably measured by linear meters. A beam of light rays propagating from the second beam splitter 13 into the working branch of the proposed interferometer serves as a guide for placing the lens 12 and the diaphragm 11 in it; this circumstance greatly facilitates and accelerates the process of installing these elements in the interferometer when preparing it for monitoring elliptical surfaces.

Вследствие введения афокальной системы 2 обеспечивается равномерность освещенности по всему сечению параллельного пучка лучей, поступающего в эталонную и рабочую ветви интерферометра, что приводит к выравниванию контраста полос по всей площади, занятой интерференционной картиной, и положительно сказывается на достоверности результатов контроля, полученных при ее анализе. Путем изменения положения плоского зеркала 14 вдоль оптической оси добиваются оптимальной разности хода световых волн для эталонной и рабочей ветвей и тем самым настраивают интерферометр на максимальный контраст интерференционных полос, что также положительно сказывается на достоверности результатов контроля. Таким образом, указанные возможности по обеспечению получения хорошего контраста интерференционных полос вносят вклад в повышение надежности контроля предложенным интерферометром.As a result of the introduction of the afocal system 2, uniformity of illumination is ensured over the entire cross section of a parallel beam of rays entering the reference and working branches of the interferometer, which leads to equalization of the contrast of the bands over the entire area occupied by the interference pattern and positively affects the reliability of the control results obtained during its analysis. By changing the position of the planar mirror 14 along the optical axis, the optimal path difference of the light waves for the reference and working branches is achieved, and thereby the interferometer is tuned to the maximum contrast of the interference fringes, which also positively affects the reliability of the control results. Thus, these capabilities to ensure a good contrast of interference fringes contribute to improving the reliability of the control proposed by the interferometer.

Итак, из приведенных выше обоснований следует, что предложенный интерферометр действительно обладает высокой надежностью.So, from the above justifications it follows that the proposed interferometer really has high reliability.

На основе оптической схемы интерферометра, изображенной на фиг.1, создан контрольно-измерительный стенд, который в настоящее время используется в оптическом производстве при контроле параболических поверхностей с относительными отверстиями: D/f'=1/0,25 и D/f'⁼1/0,267.Based on the optical design of the interferometer shown in FIG. 1, a test bench has been created, which is currently used in optical production for monitoring parabolic surfaces with relative openings: D / f '= 1 / 0.25 and D / f' ⁼ 1 / 0.267.

На фиг.3 представлена интерферограмма параболической поверхности с относительным отверстием D/f'=1/0,25 на стадии ее доводки, а на фиг.4 - интерферограмма участка на той же параболической поверхности, выделенного ее экранированием, который соответствует отражающей поверхности внеосевого параболоидального зеркала, вырезаемого из сформированной параболической заготовки.Figure 3 presents the interferogram of a parabolic surface with a relative aperture D / f '= 1 / 0.25 at the stage of its refinement, and figure 4 is an interferogram of a section on the same parabolic surface highlighted by its shielding, which corresponds to the reflecting surface of an off-axis paraboloidal mirrors cut from the formed parabolic billet.

Claims

An interferometer for monitoring second-order aspherical surfaces, containing a monochromatic radiation source and a first beam splitter sequentially installed along the rays, designed to separate the radiation into two branches - the reference and the working, a flat mirror, a focusing lens and a lens for forming a reference plane wave front are installed in the reference branch , in the working branch along the rays reflected from the first beam splitter, a second flat mirror, a second focusing lens, are installed in the rear whose focus is set to the diaphragm, and a lens for forming a plane controlled wavefront with the possibility of withdrawing it from the working branch, after the lens forming the reference plane wavefront, a second beam splitter is installed to combine the reference and controlled wavefronts, and a recording unit is installed in the output beam of light rays interference pattern containing an input lens and a photodetector, characterized in that the afocal system installed additionally between the monochromatic radiation source and the first beam splitter, after the second beam splitter, a third flat mirror is installed perpendicular to the rays of the light beam corresponding to the reference wavefront, the focusing lens is mounted in the reference branch to move along the optical axis, in the front focus of the lens to form a flat controllable the wave front has a second diaphragm with the ability to output it from the working branch.