SU1490462A1 - Способ контрол формы зеркала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптике и квантовой электронике. Цель изобретени  - повышение точности контрол  путем совмещени  падающего и отраженного пучков без использовани  светоделительных элементов. Способ заключаетс  в том, что когерентное монохроматическое излучение длиной волны λ источника, помещенного на двойном фокусном рассто нии от опорной зеркальной поверхности, пропускают через периодический транспорт с периодом P. Регистрируют фотоприемниками дискретно-контрастную картину распределени  интенсивности отраженного излучени  в плоскости регистрации, совмещенной с плоскостью воспроизведени  и транспоранта. Фотоприемники располагают на непрозрачных участках поверхности транспаранта, обращенной к зеркальной поверхности. Фотоприемниками регистрируют смещение контрастных элементов распределени  интенсивности, по которому суд т об отклонении контролируемой поверхности от опорной. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к области оптики и квантовой электроники и может быть использовано дл  контрол  зеркал.

Цель изобретени  - повьпиение точности контрол  путем совмещени  падающего и отраженного пучков без использовани  светоделительных элементов.

На чертеже изображено совмещение пропускающих  чеек (1) транспаранта и линейной матрицы (2) фотоприемни- ков.

Способ осуществл етс  следующим образом.

Контролируетс  форма с фокусным рассто нием F. Излучение точечного монохроматического источника излуче ни  длиной волны Д , расположенного на двойном фокусном рассто нии от опорной поверхности зеркала, формируют с помощью телескопа в параллельный пучок, направл ют на периодический транспарант с периодом Р, расположенный перпендикул рно оптической оси на рассто нии Z от вершины опорной поверхности зеркала фокусного рассто ни  F. Прошедшее через пропускающие  чейки периодического транспаранта излучение падает на поверхность контролируемого зеркала, расположенного также перпендикул рно оптической оси. Падающее излучение отражаетс  от поверхности контролируемого зеркала и засвечивает фотбпри- ;

СО

о

4

а ю

емники, расположенные на непрозрачных участках поверхности транспаранта , обращенной к зеркальной поверхности . Перемеща  периодический транспарант вдоль оптической оси или измен   период расположени  пропускающих  чеек транспаранта или длину волны излучени , добиваютс  дискретно-контрастной картины распределени  интенсивности отраженного излучени  на поверхности транспаранта, состо щей из резких квадратов, по размеру и положению совпадающих с пропускающими  чейками периодического транспа- 15 ровки лазерного излучени  коротко 904624

тового пучка. В этом случае транспарант может быть помещен близко к исследуемой поверхности (в пределах

г глубины резкости контрастного распределени  интенсивности), где пучок еще не разрушаетс  и отклонени  световых п тен не очень велики.

Пример. Пусть необходимо про10 контролировать сферическое зеркало с фокусным рассто нием F 100 см диаметром D 25 см. В качестве точечного монохроматического источника можно вз ть, например, точку фокуси

фокусной линзой. Точечный источник п помещают в точку двойного фокуса опор ной поверхности зеркала. Измер емой величиной  вл етс  отклонение формы

ранта. Это будет означать, что плоскость расположени  транспаранта совмещена с одной из плоскостей воспроизведени . Положение транспаранта и совпадающих с ним плоскостей воспро-20 поверхности реального зеркала от

опорной поверхности. Плоский периодический транспарант, например, как на чертеже, помещают перпендикул рно оптической оси таким образом, 25 чтобы выполн лось условие

изведени  задаетс  формулой

I 2р 2 Z FCltJl- |- N),

где N - целое число.

Гели зеркальна  поверхность не вносит искажений волнового фронта (контролируема  поверхность совпадает с опорной поверхностью), то положение контрастных п тен в плоскости воспроизве-деии  совпадет с положением пропускающих  чеек периодического транспаранта. При наличии искажений п тна смещаютс  и начинают засвечивать фотоприемники. По количеству засвеченнь1х фотоприемников в каждой линейке определ ют величину смещени  /З п тна в соответствующем направлении. При этом точность опредеF (It

Г-11- 30

35

где Z - рассто ние от вершины опорной поверхности до плоскости расположени  транспаранта; период транспаранта; фокусное рассто ние опорной поверхности;

длина волны точечного источника;

номер плоскости воспроизведени  (целое число). Выполнение этого услови  означает

Р F

А - N 45

лени  локального угла наклона ВОЛНОВО- Q что плоскость воспроизведени  совпа- го фронта на исследуемой поверхности До определ етс  рассто нием от этой поверхности до плоскости регистрации (транспаранта) и размером отдельного фотоприемника. Если размер транспаранта меньше размера исследуемой поверхности, то его можно поместить в расход щийс  пучок внутри телескопа . Операции при этом остаютс  теми же, а рассто ние Z плоскости воспроизведени  определ етс  с учетом формул дл  сход щихс  и расход щихс  пучков.

Способ может быть использован дп  диагностики поверхностей, обладающих сильными искажени ми, которые на малых рассто ни х ( 1 см) вызывают сильные отклонени  световых лучей, что приводит i разрушению све50

55

дает с плоскостью расположени  транспаранта . Выберем в качестве опорной поверхности сферу с радиусом 2F. Тогда, если поверхность контролируемого зеркала совпадает с опорной поверхностью , то контрастные п тна в плоскости транспаранта (регистрации, воспроизведени ) точно совпадут с пропускающими  чейками и непрозрачные участки поверхности транспаранта , обращенной к зеркалу, не будут засвечены. Отклонени  поверхности зеркала от опорной поверхности приведут к смещению контрастных п тен и, следовательно, к засветке непрозрачных участков транспаранта и могут контролироватьс  визуально. По этим смещени м известным образом наход т отклонени  формы поверхфокусной линзой. Точечный источник по- помещают в точку двойного фокуса опорной поверхности зеркала. Измер емой величиной  вл етс  отклонение формы

поверхности реального зеркала от

F(It

Г-11- 0

5

где Z - рассто ние от вершины опорной поверхности до плоскости расположени  транспаранта; период транспаранта; фокусное рассто ние опорной поверхности;

длина волны точечного источника;

номер плоскости воспроизведени  (целое число). Выполнение этого услови  означает.

Р F

А - N

что плоскость воспроизведени  совпа-

дает с плоскостью расположени  транспаранта . Выберем в качестве опорной поверхности сферу с радиусом 2F. Тогда, если поверхность контролируемого зеркала совпадает с опорной поверхностью , то контрастные п тна в плоскости транспаранта (регистрации, воспроизведени ) точно совпадут с пропускающими  чейками и непрозрачные участки поверхности транспаранта , обращенной к зеркалу, не будут засвечены. Отклонени  поверхности зеркала от опорной поверхности приведут к смещению контрастных п тен и, следовательно, к засветке непрозрачных участков транспаранта и могут контролироватьс  визуально. По этим смещени м известным образом наход т отклонени  формы поверх

ности контролируемого зеркала от опорной поверхности. Лл  регистрации контрастных: п тен могут быть использованы , например, фотоэмульси , нанесенна  на непрозрачные участки поверхности транспаранта, обращенной к зеркалу, матрицы фотоприемников , помещенные там же и т.д. В случае использовани  матричных фотоприемников повышаетс  надежность изме- рений, поскольку отсчет ведетс  по количеству засвеченных фотоприемников . Например, в случае использовани  линейных матриц фотоприемников (см.чертеж) измер ема  величина смещени  контрастного п тна пс, где f- размер отдельного фотоприемника , п - число засвеченных фотоприемников . Дл  сЛ 10 см, Р 0,1 см h , N -1, Z 273 см и точность огфеделени  локального наклона поверхности зеркала относительно опорной поверхности ud- cT/Z :н 3,6-10 гад. При этом размеры транс- паранта d7 D Z/2F-I) с: 9,1 см.

В случае контрол  параболического эллиптического или гиперболического зеркал (при условии существовани  плоскостей воспроизведени , т.е. в случае малых отклонений от сферы на апертуре зеркала) в качестве опорной поверхности можно брать соответственно параболическую, эллиптическую или гиперболическую поверхности. В этом случае даже при отсутствии искажений контрастные световые п тна будут смещены относительно пропускающих  чеек транспаранта согласно за

висимости, котора  может быть рассчи- 40 опорной поверхности контролируемого

тана. Уклонени  поверхности зеркала измер ютс  по смещению п тен относи- Я вльно расчетных положений. Контроль плоских зеркал  вл етс  частным случаем рассматриваемого способа при F -со.

Способ позвол ет увеличить точность контрол  по сравнению с прототипом за счет осуществлени  схемы измерени  с нормальным падением зондирующего пучка на контролируемое зеркало. Например, в способе-прототи , 25

490462 6

пе, чтобы транспарант отраженный от зеркала

контрол , приведенной в примере, необходимо зондирующее излучение пос- лать под углом с 3,А-10 рад. Это приведет к искажени м типа астигматизма , которые вызовут увеличение ощибки на пор док /loi 3 , А 10-- рад.

10

25

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ контрол  формы зеркала с фокусным рассто нием F, заключающийс  в том, что излучение точечного монохроматического источника с длиной волны / пропускают через дискретный транспарант с периодом Р, расположенный в плоскости, перпендикул рной оптической оси источника излучени  на рассто нии Z от вершины опорной поверхности контролируемого зеркала, и направл ют на контролируемое зеркало, регистрируют дискретно- контрастное распределение интенсивности излучени , отраженного от зеркала , в плоскости воспроизведени 

   измер ют смещени  контрастных световых п тен распределени  интенсивности излучени  относительно положений, задаваемых геометрией транспаранта и опорной поверхностью контролируемого зеркала, по которым суд т об отклонении поверхности зеркала от

   опорной поверхности, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью увеличени  точности контрол , точечный источник монохроматического излучени  помешают в точку двойного фокуса

   зеркала, а затем совмещают N-ную плоскость воспроизведени  с обращенной к контролируемому зеркалу поверхностью транспаранта путем вьтол- нени  услови 

   Z . F(H j. ),

   где N - целое число, непрозр)чные участки транспаранта используют дл  регистрации дискретно-контрастного распределени  интенсивности.