Интерферометр с обратнокруговым ходом лучей

Интерферометр с обратнокруговым ходом лучей

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности для контроля правильности формы вогнутых сферических и асферических (с небольшим отступлением от сферы) поверхностей оптических деталей. Цель изобретения - повышение точности и производительности контроля. Это достигается за счет автоматизации контроля на основе оптического гетеродинирования. Двухчастотный лазерный источник 1 и коллиматорный объектив 2 дают коллимированный пучок лучей. Призма-куб 3 с поляризованным светоделительным слоем разделяет пучок на два - рабочий и опорный. В результате обратнокругового хода лучей рабочий и опорный пучки с минимальными потерями поступают в наблюдательную систему, где фотоприеминк 14, привод которого соединен с двунаправленной шиной 19, сканирует поле интерфенцией в плоскости, сопряженной проекционной системой (положительные элементы 7, 9 и отрицательный 10) с контролируемой поверхностью 20. На выходе фотоприемника 14 снимается сигнал, фаза которого меняется по отношению к фазе опорного сигнала, снимаемого с фотоприемника 15. Светочувствительная поверхность фотоприемника 15 сопряжена со светочувствительной поверхностью фотоприемника 14. Сравнение рабочего и опорного сигналов осуществляется блоком 16 измерения разности фаз. Обработка данных и общее управление работой сканирующего фотоприемника 14 и блока 16 разности фаз осуществляется контроллером 17. При этом он производит вычисление топографии контролируемой поверхности на экране дисплея 18 по разности фаз. Обмен информацией между блоком 16, сканирующим фотоприемником 14, контроллером 17 и дисплеем производится по шине 19. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля правильности формы вогнутых сферических и асферических (с небольшим отступлением от сферы) поверхностей оптических деталей. Цель изобретения повышение точности и производительности контроля достигается за счет автоматизации контроля на основе оптического гетеродинирования. На чертеже представлена принципиальная схема предложенного интерферометра. Интерферометр содержит осветительную систему, состоящую из лазерного источника 1 двухчастотного излучения с взаимно перпендикулярными компонентами, коллиматорного объектива 2 с возможностью перемещения вдоль оси излучения, светоделителя, выполненного в виде призмы-куба 3, содержащего поляризационный светоделительный слой. Светоделитель, входящий в зеркально-призменную систему, ориентирован в потоке излучения так, что светоделительный слой совпадает с плоскостью поляризации одной из взаимно перпендикулярных компонент. Зеркально-призменная система также содержит плоское зеркало 4, двугранное зеркало 5 и установленный между зеркалами 4 и 5 высокоапертурный объектив 6. В состав двухчастотного лазерного источника 1 входит также установленный на выходе отрицательный линзовый элемент (отдельно на чертеже не показан). Наблюдательная система интерферометра содержит первый положительный элемент 7, фокус которого совмещен с фокусом симметричного высокоапертурного объектива 6, и поляроид 8, установленный между элементом 7 и вторым положительным элементом 9. Поляроид 8 выполнен с возможностью поворота вокруг оси потока излучения. Третий отрицательный элемент 10 наблюдательной системы выполнен с возможностью вывода его из потока излучения. На выходе трехэлементной проекционной системы, содержащей элементы 7, 8, 9 и 10, установлен зеркально-светоделительный узел, содержащий зеркало 11 и светоделительную пластину 12, жестко связанные между собой и выполненные с возможностью поочередного ввода и вывода из потока излучения (в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа). Просветный экран 13 установлен на одном из трех выводов зеркально-светоделительного узла наблюдательной системы интерферометра. Наблюдательная система интерферометра содержит также фоторегистратор, установленный за светоделительной пластиной 12 и включающий сканирующий фотоприемник 14, расположенный в прошедшем через светоделительную пластину 12 потоке излучения и образующий рабочий канал фоторегистратора, фотоприемник 15, установленный в отраженном потоке излучения и образующий опорный канал фоторегистратора так, что светочувствительные поверхности обоих фотоприемников 14 и 15 оптически сопряжены, блок 16 измерения разности фаз, измерительные входы которого соединены с выходами фотоприемников 14 и 15 опорного и рабочего каналов, контроллер 17, дисплей 18 и двунаправленную шину 19 для обмена цифровыми данными между контроллером 17, блоком 16 измерения разности фаз, сканирующим фотоприемником 14 и дисплеем 18. Позицией 20 на чертеже обозначена контролируемая поверхность оптической детали. Интерферометр работает следующим образом. Двухчастотный лазерный источник 1 с установленным на выходе отрицательным линзовым элементом (не обозначен) формирует расходящийся пучок с взаимно перпендикулярными линейно-поляризованными компонентами, отличающимися по частоте на заданную величину (₁-₂) и направляет его на коллиматорный объектив 2, имеющий возможность перемещения вдоль оси. После объектива 2 близкий к коллимированному пучок лучей падает на поляризационный светоделительный слой куб-призмы 3. Одна компонента пучка, вектор поляризации которой перпендикулярен плоскости чертежа, отражаясь практически без потерь от поляризационного светоделительного слоя призмы-куба 3, осевым перемещением объектива 2 фокусируется на контролируемой поверхности 20 в ее вершине О. После отражения в точке О сформированный таким образом опорный пучок интерферометра последовательно отражается от двугранного зеркала 5, проходит выскокоапертурный объектив 6 и далее после отражения от плоского зеркала 4 и поляризационного светоделительного слоя призмы-куба 3 собирается в фокусе F' объектива 6 вблизи него. Вторая компонента пучка после выхода из объектива 2 практически без потерь пропускается поляризационным светоделительным слоем призмы-куба 3, отразившись от зеркала 4, проходит объектив 6, а после отражения от двугранного зеркала 5 фокусируется во втором фокусе F' объектива 6 или вблизи него. Параметры и взаимное расположение зеркально-призменной системы с объективом 6 подобраны таким образом, что фокуса F и F', а также центр кривизны вершиной сферы C контролируемой поверхности 20 находятся в одной плоскости и на одной прямой, перпендикулярной оси OC. Из точки F' сформированной таким образом рабочий пучок направляется на контролируемую поверхность 20, отражается от нее и проходит вновь поляризационный светоделительный слой призмы-куба 3, где происходит его совмещение с опорным пучком. Таким образом, в результате обратнокругового хода лучей рабочий и опорный пучки с минимальными потерями поступают в наблюдательную систему интерферометра. Трехэлементная проекционная система, установленная на входе наблюдательной системы интерферометра, формирует изображение контролируемой поверхности 20 в оптически сопряженных плоскостях экрана 13 и светочувствительных поверхностей рабочего сканирующего фотоприемника 14 и опорного фотоприемника 15. Интерференция разночастотных компонент рабочего и опорного пучков обеспечивается приведением вектором поляризации этих пучков в одну плоскость колебания с помощью поляроида 8, установленного в параллельном ходе лучей между элементами 7 и 9. Светоделительная пластина 12 направляет интерферирующие пучки в две сопряженные плоскости анализа, совпадающие со светочувствительными поверхностями фотоприемников 14 и 15. В результате интерференции разночастотных компонент излучения в каждой точке анализируемого интерференционного поля возникает модуляция интенсивности с частотой (₁-₂) и фазой, определяющей отклонение формы контролируемой поверхности 20 от приведенной к ней поверхности сравнения. Рабочий фотоприемник 14 сканирует поле интерференции в плоскости, сопряженной проекционной системой (7, 9 и 10) с контролируемой поверхностью 20. На выходе фотоприемника 14 снимается переменный сигнал, фаза которого меняется по отношению к фазе опорного сигнала, снимаемого с фотоприемника 15, фиксированного в некоторой точке интерференционного поля в сопряженной плоскости анализа. Сравнение рабочего и опорного сигналов осуществляется блоком 16 измерения разности фаз. Обработка данных и общее управление работой сканирующего фотоприемника 14 и блока 16 измерения разности фаз осуществляется контроллером 17, выполненным, например на базе микро-ЭВМ. При этом контроллер 17 производит вычисление топографии контролируемой поверхности и ее отображение на экране дисплея 18 по отсчетам разности фаз, вводимых в контроллер 17 из блока 16 в соответствии с траекторией сканирования рабочим фотоприемником 14. Обмен информацией между контроллером 17, блоком 16 измерения разности фаз, сканирующим фотоприемником 14 и дисплеем 18 производится по двунаправленной магистрали передачи цифровых данных общей шине 19.

Формула изобретения

Интерферометр с обратнокруговым ходом лучей для контроля формы вогнутых сферических и асферических поверхностей оптических деталей, содержащий лазерный источник поляризованного света, последовательно расположенные по ходу потока излучения коллиматорный объектив, установленный с возможностью перемещения вдоль направления излучения, образующие зеркально-призменную систему светоделитель, выполненный в виде призмы-куба, плоское зеркало, симметричный высокоапертурный объектив и двугранное зеркало и наблюдательную систему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля, лазерный источник поляризованного света выполнен двухчастотным с взаимно перпендикулярной поляризацией частотных компонент излучения в одном потоке, светоделитель выполнен с поляризационным светоделительным слоем и ориентирован в потоке излучения так, что светоделительный слой совпадает с плоскостью поляризации одной из взаимно перпендикулярных компонент, а наблюдательная система выполнена из положительного элемента, расположенного так, что его фокус совмещен с фокусом симметричного высокоапертурного объектива, поляроида, установленного с возможностью поворота вокруг оси потока излучения, второго положительного элемента, отрицательного элемента, установленного с возможностью вывода его из потока излучения, просветного экрана фоторегистратора, который установлен за светоделительной пластиной и выполнен в виде двунаправленной шины, соединенных с ней контроллера, дисплея и блока измерения разности фаз, сканирующего фотоприемника, привод которого соединен с шиной, установленного в прошедшем потоке излучения, и фотоприемника, установленного в отраженном потоке так, что его светочувствительная поверхность сопряжена со светочувствительной поверхностью сканирующего фотоприемника, а выходы фотоприемников соединены с измерительными входами блока разности фаз.

РИСУНКИ

Рисунок 1