Способ контроля формы зеркала

Способ контроля формы зеркала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптике и квантовой электронике. Цель изобретения - повышение точности контроля путем совмещения падающего и отраженного пучков без использования светоделительных элементов. Способ заключается в том, что когерентное монохроматическое излучение длиной волны λ источника, помещенного на двойном фокусном расстоянии от опорной зеркальной поверхности, пропускают через периодический транспорт с периодом P. Регистрируют фотоприемниками дискретно-контрастную картину распределения интенсивности отраженного излучения в плоскости регистрации, совмещенной с плоскостью воспроизведения и транспоранта. Фотоприемники располагают на непрозрачных участках поверхности транспаранта, обращенной к зеркальной поверхности. Фотоприемниками регистрируют смещение контрастных элементов распределения интенсивности, по которому судят об отклонении контролируемой поверхности от опорной. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5И 4 С 01 В 9/00 ), C: Л » ",» 4 g

L » »» д»»» »»»

»»

» .: »(! !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»

E IL» .: »(.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4260121/24-28 (22) 19.06.87 (46) 30.06.89. Бюл, 11» 24 (71) Институт общей физики АН СССР (72) А.С. Коряковский, В.М. Марченко и А.М. Прохоров (53) 531.7.717 (088.8) (56) Коряковский А.С., Марченко В.М.

Исследование формы зеркальных поверхностей методом тальбот-интерферометрии. М., 1983, с, 36, (препринт/ФИАИ, 11» 10) (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ЗЕРКАЛА (57) Изобретение относится к оптике и квантовой электронике. Цель изобретения — повышение точности контроля путем совмещения падающего и отраженного пучков без использования светоделительных элементов, Способ эаклюИзобретение относится к области оптики и квантовой электроники и может быть использовано для контроля зеркал.

Цель изобретения — повышение точности контроля путем совмещения падающего и отраженного пучков без использования светоделительных элементов.

На чертеже изображено совмещение пропускающих ячеек (1) транспаранта и линейной матрицы (2) фотоприемников °

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируется форма с фокусным расстоянием F. Излучение точечного монохроматического источника излуче„„SU„„1490462 А 1 чается в том, что когерентное монохроматическое излучение длиной волны

Д источника, помещенного на двойном фокусном расстоянии от опорной зеркальной поверхности, пропускают через периодический транспарант с периодом P. Регистрируют фотоприемниками дискретноконтрастную картину распределения интенсивности отраженного излучения в ппоскости регистрации, совмещенной с плоскостью во спроиэ ведения и транспаранта. Фотоприемники располагают на непрозрачных участках поверхности транспаранта, обращенной к зеркальной поверхности. Фотоприемниками регистрируют смещение контрастных элементов

Ф распределения интенсивности, по которому судят об отклонении контролируемой поверхности от опорной. 1 ил.

Озим ния длиной волны »1, расположенного ваяв на двойном фокусном расстоянии от опорной поверхности зеркала, формируют с помощью телескопа в параллель- !»1Ь ный пучок, направляют на периодичес- фЪ кий транспарант с периодом P располо- 3Я женный перпендикулярно оптической оси на расстоянии Е от вершины опорной поверхности зеркала фокусного расстояния F. Прошедщее через пропускающие ячейки периодического транспаранта излучение падает на поверхность контролируемого зеркала, распапоженного также перпендикулярно оптической оси. Падающее излучение отражается от поверхности контролируЕмого зеркала и засвечивает фотбпри1490462 емники, расположенные на непрозрачных участках поверхности транспаранта, обращенной к зеркальной поверхности. Перемещая периодический транспарант вдоль оптической оси или изменяя период расположения пропускающих ячеек транспаранта или длину волны излучения, добиваются дискретно-контрастной картины распределения интенсивности отраженного излучения на поверхности транспаранта, состоящей из резких квадратов, по размеру и положению совпадающих с пропускающими ячейками периодического транспа- 15 ранта. Это будет означать, что плоскость расположения транспаранта совмещена с одной из плоскостей воспроизведения, Положение транспаранта и совпадающих с ним плоскостей воспро-20 изведения задается формулой где N — цело е число . 25

Ест зеркальная поверхность не вносит искажений волнового фронта (контролируемая поверхность совпадает с опорной поверхностью), то положение контрастных пятен в плоскости 30 воспроизведения совпадет с положением пропускающих ячеек периодического транспаранта. При наличии искажений пятна смещаются и начинают засвечивать фотоприемники. По количеству засвеченных фотоприемников в каждой линейке определяют величину смещения д пятна в соответствующем направлении. При этом точность определения локального угла наклона волново 40 го фронта на исследуемой поверхности

Ьо(определяется расстоянием. от этой поверхности до плоскости регистрации (транспаранта) и размером отдельного фотоприемника. Если размер транспаранта меньше размера исследуемой поверхности, то его можно поместить в расходящийся пучок внутри телескопа. Операции при этом остаются теми же, а расстояние Z плоскости воспроизведения определяется с учетом фор50 мул для сходящихся и расходящихся пучков.

Способ может быть использован для диагностики поверхностей, облада55 ющих сильными искажениями, которые

I на малых расстояниях ((1 см) вызывают сильные отклонения световых лучей, что приводит к разрушению светового пучка. В этом случае транспарант может быть помещен близко к исследуемой поверхности (в пределах глубины резкости контрастного распределения интенсивности), где пучок еще не разрушается и отклонения световых пятен не очень велики.

Пример. Пусть необходимо проконтролировать сферическое зеркало с фокусным расстоянием F = 100 см диаметром D 25 см. В качестве точечного монохроматического источника можно взять, например, точку фокусировки лазерного излучения короткофокусной линзой. Точечный источник попомещают в точку двойного фокуса опорной поверхности зеркала. Измеряемой величиной является отклонение формы поверхности реального зеркала от опорной поверхности. Плоский периодический транспарант, например, как на чертеже, помещают перпендикулярно оптической оси таким образом, чтобы выполнялось условие

F(lf где Z — расстояние от вершины опорной поверхности до плоскости расположения транспаранта;

Р— период транспаранта;

F — фокусное расстояние опорной поверхности; — длина волны точечного источника;

N — номер плоскости воспроизведения (целое число).

Выполнение этого условия означает, что плоскость воспроизведения совпадает с плоскостью расположения транспаранта, Выберем в качестве опорной поверхности сферу с радиусом 2F.

Тогда, если поверхность контролируемого зеркала совпадает с опорной поверхностью, то контрастные пятна в плоскости транспаранта (регистрации, воспроизведения) точно совпадут с пропускающими ячейками и непрозрачные участки поверхности транспаранта, обращенной к зеркалу, не будут засвечены. Отклонения поверхности зеркала от опорной поверхности приведут к смещению контрастных пятен и, следовательно, к засветке непрозрачных участков транспаранта и могут контролироваться визуально.

По этим смещениям известным образом находят отклонения формы поверх1490462 ности контролируемого зеркала от опорной поверхности. Для регистрации контрастных: пятен могут быть использованы, например, фотоэмульсия

5 нанесенная на непрозрачные участки поверхности транспаранта, обращенной к зеркалу, матрицы фотоприемников, помещенные там же и т.д. В случае использования матричных фотопри- 10 емников повышается надежность изме-. рений, поскольку отсчет ведется по количеству засвеченных фотоприемников. Например, в случае использования линейных матриц фотоприемников (см.чертеж) измеряемая величина смещения контрастного пятна д = nd, где d - размер отдельного фотоприемника, п — число засвеченных фотоприемников. Для с = 10 см, P = 0,1 см, 20

-3

Д = 10 см, N = -1, 2 = 273 см и точность определения локального наклона поверхности зеркала относительно опорной поверхности do(= d /2

3,6 10 рад. При этом размеры транс-6 паранта d> D 2/2F-1) 9,1 см.

В случае контроля параболического, эллиптического или гиперболического зеркал (при условии существования плоскостей воспроизведения, т. е. в 30 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 пятна будут смещены относительно пропускающих ячеек транспаранта согласно зависимости, которая может быть рассчи- 4р тана. Уклонения поверхности зеркала измеряются по смещению пятен относительно расчетных положений. Контроль плоских зеркал является частным случаем рассматриваемого способа при 45 р -чв ОО.

Способ позволяет увеличить точность контроля по сравнению с прототипом за счет осуществления схемы измерения с нормальным падением зондирующего пучка на контролируемое зеркало. Например, в способе-прототипе, чтобы транспарант не экранировал отраженный от зеркала пучок в схеме контроля, приведенной в примере, необходимо зондирующее излучение послать под углом 2 > 3,4 .10 рад. Это приведет к искажениям типа астигматиэма, которые вызовут увеличение ошибки на порядок Эс =3,4 10 - рад.

Формул а изобретения

Способ контроля формы зеркала с фокусным расстоянием F, заключающийся в том, что излучение точечного монохроматического источника с дпиI ной волны Л пропускают через дискретный транспарант с периодом P расположенный в плоскости, перпендикулярной оптической оси источника излучения на расстоянии 2 от вершины опорной поверхности контролируемого зеркала, и направляют на контролируемое зеркало, регистрируют дискретноконтрастное распределение интенсивности излучения, отраженного от зер0 кала, в плоскости воспроизведения измеряют смещения контрастных световых пятен распределения интенсивности излучения относительно положений, задаваемых геометрией транспаранта и опорной поверхностью контролируемого зеркала, по которым судят об отклонении поверхности зеркала от опорной поверхности, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения точности контроля, точечный источник монохроматического излучения помешают в точку двойного фокуса опорной поверхности контролируемого зеркала, а затем совмещают N-ную плоскость воспроизведения с обращенной к контролируемому зеркалу поверхностью транспаранта путем выполнения условия

2 = F(14 где N — целое число, непрозрачные участки транспаранта используют для регистрации дискретно-контрастного распределения интснсивности.

1490462

Составитель О. Несова

Редактор О. Спесивых Техред A.Кравчук Корректор Л. Бескид

3ак аз 3739/44 Тирам 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r ° Ужгород, ул. Гагарина, 101