[go: up one dir, main page]

RU2186336C1 - Interferometer to measure form of surface of optical articles - Google Patents

Interferometer to measure form of surface of optical articles Download PDF

Info

Publication number
RU2186336C1
RU2186336C1 RU2001102758/28A RU2001102758A RU2186336C1 RU 2186336 C1 RU2186336 C1 RU 2186336C1 RU 2001102758/28 A RU2001102758/28 A RU 2001102758/28A RU 2001102758 A RU2001102758 A RU 2001102758A RU 2186336 C1 RU2186336 C1 RU 2186336C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hologram
optical
interferometer
holograms
diaphragm
Prior art date
Application number
RU2001102758/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Г. Полещук
Original Assignee
Институт автоматики и электрометрии СО РАН
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 Институт автоматики и электрометрии СО РАН filed Critical Институт автоматики и электрометрии СО РАН
Priority to RU2001102758/28A priority Critical patent/RU2186336C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2186336C1 publication Critical patent/RU2186336C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • G01B9/02034Interferometers characterised by particularly shaped beams or wavefronts
    • G01B9/02038Shaping the wavefront, e.g. generating a spherical wavefront
    • G01B9/02039Shaping the wavefront, e.g. generating a spherical wavefront by matching the wavefront with a particular object surface shape
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: holography. SUBSTANCE: interferometer to measure form of surface of optical article incorporates illuminator, beam splitter, synthesized hologram, examined optical surface, diaphragm and recording unit. Synthesized hologram comes in the form of spatial combination of two holograms, one of which is hologram of bearing surface and the other one is hologram of examined surface. Spatial combination of holograms has the form of periodically alternating zone from first and second holograms with alternation period less than T = 2λl/D, where λ is wave length of radiation source; l is distance between diaphragm and hologram; D is diameter of aperture of diaphragm. EFFECT: diminished effect of vibration and optical noise in process of measurement of form of optical surfaces. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области бесконтактного оптического измерения формы поверхности оптических изделий, например, сферических и асферических зеркал или линз в условиях оптического производства и лабораторных исследований. The invention relates to measuring equipment, namely to the field of non-contact optical measurement of the surface shape of optical products, for example, spherical and aspherical mirrors or lenses in the conditions of optical production and laboratory research.

Известен интерферометр (Патент России 2114390, С 01 В 9/02, Интерферометр для контроля формы поверхности выпуклых гиперболических зеркал), содержащий формирователь рабочего и опорного волновых фронтов, контрольное сферическое зеркало, пластину с голограммой и контролируемое асферическое зеркало с отверстием в центре. A well-known interferometer (Russian Patent 2114390, C 01 B 9/02, Interferometer for controlling the surface shape of convex hyperbolic mirrors), comprising a shaper of the working and reference wave fronts, a control spherical mirror, a plate with a hologram and a controlled aspherical mirror with a hole in the center.

Существенным недостатком данного интерферометра является его низкая точность работы, которая обусловлена высокой чувствительностью к вибрациям. Чувствительность к вибрациям обусловлена пространственным разносом формирователей опорного и измерительных волновых фронтов в схеме интерферометра. A significant drawback of this interferometer is its low accuracy, which is due to its high sensitivity to vibrations. Sensitivity to vibrations is due to the spatial spacing of the shapers of the reference and measuring wavefronts in the interferometer circuit.

Известен также интерферометр с общим ходом лучей (R. N. Smаrt. Zоnе рlаtе interferometer. Аррl. Орtiсs, 1974, vоl. 13, Nо.5, рр. 1093-1099) состоящий из источника излучения, светоделителя, с одной стороны которого установлены последовательно зонная пластинка и исследуемый объект, а с другой стороны диафрагма и регистрирующее устройство. Also known is an interferometer with a common path of rays (RN Smart. Zone platter interferometer. Arl. Ortix, 1974, vol. 13, No.5, pp. 1093-1099) consisting of a radiation source, a beam splitter, on one side of which a zone plate is installed in series and the object under study, and on the other hand, the diaphragm and the recording device.

Недостатком данного интерферометра является низкая точность работы обусловленная оптическими шумами в регистрируемой интерферограмме. Оптические шумы возникают из-за дифракции оптического излучения на осевой зонной пластинке и полностью не блокируются диафрагмой, так как распространяются вдоль оптической оси. The disadvantage of this interferometer is the low accuracy due to optical noise in the recorded interferogram. Optical noise arises due to diffraction of optical radiation on the axial zone plate and is not completely blocked by the diaphragm, as it propagates along the optical axis.

Наиболее близким техническим решением является интерферометр (Т. Ноndа, Y. Каwаmоtо, Н. Guаn, еtс. Zоnе-рlаtе null interferometer fоr mеаsuring аsрhеriсаl murrоr with lаrgе ареrturе. Рrос. оf SPIЕ, 1992, vоl. 1720, рр. 305-310. ) состоящий из осветителя, светоделителя, синтезированной голограммы, исследуемой оптической поверхности, опорной оптической поверхности, диафрагмы и регистрирующего устройства. The closest technical solution is an interferometer (T. Nonda, Y. Kavamoto, N. Guan, etc. Zoner-plat null interferometer for mesuring aspherisl murror with largé arep. .) consisting of a illuminator, a beam splitter, a synthesized hologram, a studied optical surface, a supporting optical surface, a diaphragm, and a recording device.

Недостатком данного устройства является низкая точность работы, обусловленная, во первых, оптическими шумами, которые появляются на интерферограмме из-за зеркального отражения света от пластины с голограммой, дифракции света на осевой структуре голограммы, и во вторых, высокой чувствительностью к вибрациям, которая обусловлена применением плоского зеркала в опорном плече интерферометра. The disadvantage of this device is the low accuracy due to, firstly, the optical noise that appears on the interferogram due to specular reflection of light from a plate with a hologram, light diffraction on the axial structure of the hologram, and secondly, high sensitivity to vibration, which is caused by the use of a flat mirror in the supporting arm of the interferometer.

Перед автором ставилась задача создания интерферометра для измерения формы поверхности прецизионных оптических изделий в условиях воздействия вибраций при одновременном увеличении точности измерений. The author was tasked with creating an interferometer for measuring the surface shape of precision optical products under the influence of vibrations while increasing the accuracy of measurements.

Поставленная задача решается тем, что в интерферометре, состоящем из осветителя, светоделителя, синтезированной голограммы. исследуемой оптической поверхности, опорной оптической поверхности, диафрагмы и регистрирующего устройства, синтезированная голограмма выполнена в виде пространственной комбинации не менее двух голограмм, одна из которых является голограммой опорной поверхности, а другая является голограммой исследуемой поверхности. Причем пространственная комбинация голограмм выполнена в виде периодически чередующихся колец с первой и второй голограммами, причем период чередования меньше чем T = 2λl/D, где λ - длина волны источника излучения, l -расстояние между диафрагмой и голограммой. D - диаметр диафрагмы. Кроме того, поверхность отражателя имеет сферическую форму, а синтезированная голограмма, исследуемая и опорная оптические поверхности, наклонены к оптической оси на угол φ больший чем φ = D/2l.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в уменьшении влияния вибраций и оптических шумов на измерение формы поверхности оптических изделий - высокоапертурных сферических и асферических зеркал в условиях оптического производства.
The problem is solved in that in the interferometer, consisting of a illuminator, a beam splitter, a synthesized hologram. the studied optical surface, the reference optical surface, the diaphragm and the recording device, the synthesized hologram is made in the form of a spatial combination of at least two holograms, one of which is a hologram of the supporting surface, and the other is a hologram of the studied surface. Moreover, the spatial combination of holograms is made in the form of periodically alternating rings with the first and second holograms, and the alternation period is less than T = 2λl / D, where λ is the wavelength of the radiation source, l is the distance between the diaphragm and the hologram. D is the diameter of the diaphragm. In addition, the reflector surface has a spherical shape, and the synthesized hologram, the investigated and supporting optical surfaces, are inclined to the optical axis by an angle φ greater than φ = D / 2l.
The technical result of the invention is to reduce the influence of vibration and optical noise on the measurement of the surface shape of optical products - high aperture spherical and aspherical mirrors in optical production.

Новыми отличительными признаками изобретения является то, что синтезированная голограмма выполнена в виде пространственной комбинации не менее двух голограмм, одна из которых является голограммой опорной поверхности, а другая является голограммой исследуемой поверхности. Пространственная комбинация голограмм выполнена в виде периодических чередующихся колец с первой и второй голограммами, причем период чередования меньше чем T = 2λl/D, где λ - длина волны источника излучения, l - расстояние между диафрагмой и голограммой. D - диаметр диафрагмы. Опорная поверхность имеет сферическую форму, а синтезированная голограмма, исследуемая и опорная оптические поверхности, наклонены к оптической оси на угол φ больший чем φ = D/2l.
Предложенное изобретение иллюстрируется следующим графическим материалом.
New distinctive features of the invention is that the synthesized hologram is made in the form of a spatial combination of at least two holograms, one of which is a hologram of the supporting surface, and the other is a hologram of the investigated surface. The spatial combination of holograms is made in the form of periodic alternating rings with the first and second holograms, and the alternation period is less than T = 2λl / D, where λ is the wavelength of the radiation source, l is the distance between the diaphragm and the hologram. D is the diameter of the diaphragm. The supporting surface has a spherical shape, and the synthesized hologram, the investigated and supporting optical surfaces, are inclined to the optical axis by an angle φ greater than φ = D / 2l.
The proposed invention is illustrated by the following graphic material.

На фиг. 1 представлена схема интерферометра для измерения формы поверхности оптических изделий. In FIG. 1 shows a diagram of an interferometer for measuring the surface shape of optical products.

На фиг.2 представлено взаимное расположение голограмм на оптической подложке. Figure 2 shows the relative position of the holograms on the optical substrate.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения оптической системы интерферометра. In FIG. 3 shows an embodiment of an optical system of an interferometer.

На фиг.4 представлен вид плоскости регистрирующего устройства при измерении формы оптической поверхности. Figure 4 presents a plane view of the recording device when measuring the shape of the optical surface.

Предложенный интерферометр (фиг.1) состоит из осветителя 1, светоделителя 2, синтезированной голограммы 3, исследуемой оптической поверхности 4, в центре которой установлена опорная оптическая отражающая поверхность 5, диафрагмы 6 и регистрирующего устройства 7. Осветитель 1 выполнен, например, в виде оптически связанных лазера 8, фокусирующего объектива 9 и микродиафрагмы 10. Регистрирующее устройство 7 состоит, например, из объектива 11 и видеокамеры 12. Синтезированная голограмма 3 (фиг.2) выполнена в виде комбинации двух голограмм 13 и 14. Вне зоны основной голограммы нанесена дополнительная зона с отражающей синтезированной голограммой 15. В варианте интерферометра на фиг.3 перед голограммой 3 установлен коллимирующий объектив 16. The proposed interferometer (Fig. 1) consists of a illuminator 1, a beam splitter 2, a synthesized hologram 3, a studied optical surface 4, in the center of which a reference optical reflective surface 5, aperture 6 and a recording device 7 are installed. The illuminator 1 is made, for example, in the form of an optical coupled laser 8, a focusing lens 9 and a micro aperture 10. The recording device 7 consists, for example, of a lens 11 and a video camera 12. The synthesized hologram 3 (figure 2) is made in the form of a combination of two holograms 13 and 14. Out of the zone the main hologram has an additional zone with a reflecting synthesized hologram 15. In the embodiment of the interferometer in figure 3, a collimating lens 16 is installed in front of the hologram 3.

Интерферометр (фиг.1) работает следующим образом. Световой поток от осветителя 1, выполненного в виде установленных последовательно лазера 8, микробъектива 9 и микродиафрагмы 10, поступает к светоделителю 2. Отраженный световой поток поступает к синтезированной голограмме 3. При освещении голограммы 3 на ее выходе образуются несколько дифракционных порядков. The interferometer (figure 1) works as follows. The luminous flux from the illuminator 1, made in the form of a laser 8 installed in series, a micro lens 9 and a micro-diaphragm 10, enters the beam splitter 2. The reflected luminous flux enters the synthesized hologram 3. When the hologram 3 is illuminated, several diffraction orders are formed at its output.

Голограмма выполнена в виде пространственной комбинации двух независимых голограмм, таким образом, что первая из них формирует волновой фронт (кривая u1) сферической формы с центром в точке s1, а вторая формирует волновой фронт (кривая U2), повторяющий форму исследуемой оптической поверхности 4. Опорная оптическая поверхность (отражатель) имеет сферическую форму. Волновой фронт u1 фокусируется точно в центр (точка s1) кривизны опорной поверхности 5 (отражателя), которая установлена вблизи вершины исследуемой поверхности 4, например, асферического зеркала с отверстием в центре. В этом дифракционном порядке голограмма выполняет функцию линзы с параксиальным фокусным расстоянием

Figure 00000002

где с1= 0.8-1.2 - постоянный коэффициент, зависящий от положения и размеров отражателя, l1 - расстояние вдоль оптической оси от осветителя 1 до голограммы 3, d- расстояние от голограммы до вершины исследуемой отражающей поверхности 4. Если центр кривизны отражателя совпадает с вершиной исследуемой поверхности, то с1=1.The hologram is made in the form of a spatial combination of two independent holograms, so that the first one forms a wave front (curve u 1 ) of a spherical shape centered at point s 1 , and the second one forms a wave front (curve U 2 ) that repeats the shape of the studied optical surface 4. The supporting optical surface (reflector) has a spherical shape. The wave front u 1 focuses exactly in the center (point s 1 ) of the curvature of the supporting surface 5 (reflector), which is installed near the top of the investigated surface 4, for example, an aspherical mirror with a hole in the center. In this diffraction order, the hologram acts as a lens with a paraxial focal length
Figure 00000002

where c 1 = 0.8-1.2 is a constant coefficient depending on the position and size of the reflector, l 1 is the distance along the optical axis from the illuminator 1 to the hologram 3, d is the distance from the hologram to the top of the investigated reflective surface 4. If the center of curvature of the reflector coincides with vertex of the investigated surface, then with 1 = 1.

Отраженный от поверхности отражателя световой поток поступает тем же путем обратно к голограмме 3, снова дифрагирует на ее структуре, проходит светоделитель 2 и фокусируется в отверстие (точка s2) диафрагмы 6. Диафрагма является пространственным фильтром и пропускает этот световой поток, но блокирует оптическое излучение, распространяющееся вне оптической оси. Диаметр диафрагмы D выбирается из условий удобства настройки и фильтрации рассеянного излучения как
D = (10-50)•λl/a, (2)
где λ - длина волны источника излучения, l - расстояние от диафрагмы до голограммы 3, а -световой диаметр голограммы 3. При l=450мм и а=30мм, λ =633нм, диаметр диафрагмы D = 0.1-0.5 мм. Пройдя диафрагму световой поток поступает к регистрирующему устройству 7, состоящему из объектива 11 и видеокамеры 12. Этот световой поток имеет равномерное распределение фаз и амплитуд и является опорным волновым фронтом в интерферометре (плоскость Р).
The light flux reflected from the reflector surface enters the hologram 3 in the same way, diffracts again on its structure, passes through a beam splitter 2 and focuses into the aperture (point s 2 ) of the diaphragm 6. The diaphragm is a spatial filter and passes this light flux, but blocks optical radiation propagating outside the optical axis. The diameter of the aperture D is selected from the conditions for the convenience of setting up and filtering the scattered radiation as
D = (10-50) • λl / a, (2)
where λ is the wavelength of the radiation source, l is the distance from the diaphragm to the hologram 3, and a is the light diameter of the hologram 3. At l = 450 mm and a = 30 mm, λ = 633 nm, the diameter of the diaphragm is D = 0.1-0.5 mm. After passing through the diaphragm, the luminous flux enters the recording device 7, consisting of a lens 11 and a video camera 12. This luminous flux has a uniform distribution of phases and amplitudes and is a reference wavefront in the interferometer (plane P).

Другой волновой фронт U2 на выходе голограммы является измерительным волновым фронтом. Голограмма изготовлена таким образом, что форма измерительного волнового фронта в точности повторяет форму исследуемой поверхности 4, если она выполнена идеально. В этом случае все выходящие из голограммы лучи падают на исследуемую поверхность под нормальными углами. В параксиальном приближении (или в случае когда исследуемая оптическая поверхность является сферическим зеркалом) фокусное расстояние голограммы (расстояние Оs3) в этом дифракционном порядке равно

Figure 00000003

где d1= ±(d-R), R - параксиальный радиус кривизны исследуемой поверхности, знак (-) соответствует мнимому (этот вариант представлен на фиг.1), а (+) действительному положению фокальной точки s3. Если поверхность 4 имеет выгнутую форму, то
d2=d+R.Another wavefront U 2 at the output of the hologram is a measuring wavefront. The hologram is made in such a way that the shape of the measuring wavefront exactly repeats the shape of the investigated surface 4, if it is made perfectly. In this case, all the rays emerging from the hologram fall onto the surface under investigation at normal angles. In the paraxial approximation (or in the case when the investigated optical surface is a spherical mirror), the focal length of the hologram (distance Os 3 ) in this diffraction order is
Figure 00000003

where d 1 = ± (dR), R is the paraxial radius of curvature of the investigated surface, the sign (-) corresponds to the imaginary (this option is shown in figure 1), and (+) the actual position of the focal point s 3 . If surface 4 has a curved shape, then
d 2 = d + R.

После отражения световой поток вторично проходит голограмму 3. После дифракции на структуре голограммы возникает дифракционный порядок, который фокусируется в области точки s2, лежащей в диафрагме 6. Другие дифракционные порядки блокируются диафрагмой и не проходят к регистрирующему устройству 7. Этот световой поток используется в качестве измерительного и интерферирует с опорным пучком в плоскости Р.After reflection, the light flux passes through hologram a second time. After diffraction, a diffraction order arises on the hologram structure, which focuses in the region of point s 2 lying in the diaphragm 6. Other diffraction orders are blocked by the diaphragm and do not pass to the recording device 7. This light flux is used as measuring and interferes with the reference beam in the plane R.

Для формирования двух независимых волновых фронтов U1 и U2 синтезированная голограмма 3 выполнена в виде периодически чередующихся колец с первой 13 и второй 14 голограммами (фиг.2). Период Г чередования голограмм выбирается меньше, чем
T<2λl/D. (5)
При этом дифракционные порядки обусловленные кольцевой структурой, блокируются диафрагмой. Дифракционная эффективность голограммы в волновых фронтах U1 и U2 определяется, соответственно, как
η1= (b/T)2•η (6a)
и
η2= (1-b/T)2•η, (6б)
где b - ширина колец со структурой первой голограммы, η - дифракционная эффективность самой структуры. Если структура голограммы выполнена в виде бинарной рельефной структуры с прямоугольным профилем и глубиной λ/(n-1), где n - коэффициент преломления материала подложки голограммы 3, то η =0.4. Таким образом, при b=772 дифракционная эффективность по каждому из волновых фронтов составит η1= η2= 0.1. Из выражений (6) следует, что для получения максимально высокого контраста интерференционных полос (условие равенства интенсивностей опорного и измерительного пучков) необходимо выбирать ширину кольцевой структуры из соотношения:
η 2 1 •ρ1= η 2 2 •ρ2, (7)
где ρ1 и ρ2, соответственно, коэффициенты отражения поверхности отражателя 5 и исследуемого объекта 4. Равенство (7) выполняется при ширине колец первой голограммы равных

Figure 00000004

Т. е. если ρ1 = ρ2, то b=T/2, а если ρ1=0.9 и ρ2=0.05 (соответственно, алюминиевое покрытие и оптическое стекло), то b~Т/3.To form two independent wavefronts U 1 and U 2, the synthesized hologram 3 is made in the form of periodically alternating rings with the first 13 and second 14 holograms (figure 2). The period of the alternation of holograms is chosen less than
T <2λl / D. (5)
In this case, diffraction orders due to the ring structure are blocked by the diaphragm. The diffraction efficiency of the hologram in the wavefronts U 1 and U 2 is determined, respectively, as
η 1 = (b / T) 2 • η (6a)
and
η 2 = (1-b / T) 2 • η, (6b)
where b is the width of the rings with the structure of the first hologram, η is the diffraction efficiency of the structure itself. If the hologram structure is made in the form of a binary relief structure with a rectangular profile and depth λ / (n-1), where n is the refractive index of the hologram substrate material 3, then η = 0.4. Thus, at b = 772, the diffraction efficiency for each of the wave fronts will be η 1 = η 2 = 0.1. From the expressions (6) it follows that in order to obtain the highest possible contrast of interference fringes (the condition of equality of the intensities of the reference and measuring beams), it is necessary to choose the width of the ring structure from the relation
η 2 1 • ρ 1 = η 2 2 • ρ 2 , (7)
where ρ 1 and ρ 2 , respectively, are the reflection coefficients of the surface of the reflector 5 and the object under study 4. Equality (7) is satisfied when the width of the rings of the first hologram is equal
Figure 00000004

That is, if ρ 1 = ρ 2 , then b = T / 2, and if ρ 1 = 0.9 and ρ 2 = 0.05 (aluminum coating and optical glass, respectively), then b ~ T / 3.

Для устранения попадания в регистрирующее устройство зеркально отраженного от голограммы света, подложка с голограммой и исследуемая отражающая поверхность, наклонены по отношению к оптической оси на угол φ>D/l. Угол φ выбирается в диапазоне от 0.5o до 1o. В этом случае зеркальные блики от оптической пластины с голограммой, а также от параксиальной области исследуемой оптической поверхности блокируются диафрагмой и не проходят к регистрирующему устройству.To eliminate light entering the recording device that is specularly reflected from the hologram, the hologram substrate and the investigated reflective surface are tilted with respect to the optical axis by an angle φ> D / l. The angle φ is selected in the range from 0.5 o to 1 o . In this case, specular reflections from the optical plate with the hologram, as well as from the paraxial region of the investigated optical surface, are blocked by the diaphragm and do not pass to the recording device.

Возможны также другие варианты выполнения интерферометра. На фиг.3 представлен вариант выполнения интерферометра с установленным перед синтезированной голограммой дополнительным коллимирующим объективом 16. В этом случае голограмма 3 устанавливается в параллельном пучке света, что позволяет несколько упростить юстировку интерферометра и изменять расстояние между голограммой 3 и осветителем 1. При освещении голограммы плоским волновым фронтом, голограмма имеет фокусное расстояние f1= с1d.Other embodiments of the interferometer are also possible. Figure 3 shows an embodiment of the interferometer with an additional collimating lens 16 installed in front of the synthesized hologram 16. In this case, the hologram 3 is mounted in a parallel light beam, which makes it possible to somewhat simplify the alignment of the interferometer and change the distance between the hologram 3 and the illuminator 1. When illuminating the hologram with a plane wave front, the hologram has a focal length f 1 = c 1 d.

Для точной установки голограммы 3 в пространстве под углом φ вне зоны голограмм 13 и 14 нанесена дополнительная отражательная голограмма 15 в виде кольцевой зоны (фиг.2). Период дифракционной структуры выбран таким образом, что при наклоне пластины на нужный угол φ, световой поток отражается и дифрагирует точно назад, проходит диафрагму и поступает к регистрирующему устройству. При правильной настройке углового положения пластины, в регистрирующем устройстве (плоскость Р) наблюдается яркое кольцо 17, расположенное вокруг интерференционной картины 18 исследуемой поверхности, как показано на фиг. 4. При использовании оптической системы с коллимирующим объективом 16 (освещение голограммы плоским пучком света, как показано на фиг.3), дополнительная голограмма имеет вид линейной дифракционной решетки с периодом b = λsin(2φ).
В предлагаемом интерферометре оба пучка (опорный и измерительный) проходят одновременно все оптические компоненты и имеют одинаковую длину оптического пути, поэтому влияние возмущающих факторов (вибраций, потоков воздуха, длины когерентности и т.п.) существенно снижено. Так как в предлагаемом устройстве опорная поверхность имеет сферическую форму и опорный пучок фокусируется на эту поверхность (отражатель типа "кошачий глаз"), влияние ошибок настройки минимизировано, а размеры отражателя (несколько миллиметров) существенно меньше светового диаметра голограммы и, соответственно, размеров плоского зеркала в известных устройствах. Это позволяет исследовать объекты (зеркала) с небольшим центральным отверстием, а также без него.
For accurate installation of the hologram 3 in space at an angle φ outside the zone of the holograms 13 and 14, an additional reflective hologram 15 is applied in the form of an annular zone (figure 2). The period of the diffraction structure is chosen in such a way that when the plate is tilted to the desired angle φ, the light flux is reflected and diffracted exactly backward, passes through the diaphragm and enters the recording device. With proper adjustment of the angular position of the plate, a bright ring 17 is observed in the recording device (plane P), located around the interference pattern 18 of the investigated surface, as shown in FIG. 4. When using an optical system with a collimating lens 16 (illumination of the hologram with a flat beam of light, as shown in Fig. 3), the additional hologram has the form of a linear diffraction grating with a period b = λsin (2φ).
In the proposed interferometer, both beams (reference and measuring) pass simultaneously all the optical components and have the same optical path length, therefore, the influence of disturbing factors (vibrations, air flows, coherence length, etc.) is significantly reduced. Since in the proposed device the supporting surface has a spherical shape and the reference beam is focused on this surface (cat-eye reflector), the influence of tuning errors is minimized, and the dimensions of the reflector (several millimeters) are significantly smaller than the light diameter of the hologram and, accordingly, the dimensions of a flat mirror in famous devices. This allows you to explore objects (mirrors) with a small central hole, as well as without it.

Основные преимущества предлагаемого технического решения заключаются в следующем. Общий ход измерительного и опорного пучков света в предлагаемом интерферометре позволяет измерять форму поверхности оптических изделий в условиях воздействия вибраций и потоков воздуха при одновременном увеличении точности работы за счет устранения оптических шумов. Это обеспечивает возможность высокоточного измерения формы поверхности высокоапертурных сферических и асферических зеркал в условиях оптического производства. The main advantages of the proposed technical solution are as follows. The general course of the measuring and reference light beams in the proposed interferometer makes it possible to measure the surface shape of optical products under the influence of vibrations and air flows while increasing accuracy by eliminating optical noise. This makes it possible to accurately measure the surface shape of high-aperture spherical and aspherical mirrors under conditions of optical production.

Claims (3)

1. Интерферометр для измерения формы поверхности оптических изделий, состоящий из осветителя, светоделителя, синтезированной голограммы, исследуемой оптической поверхности, опорной оптической поверхности, диафрагмы и регистрирующего устройства, отличающийся тем, что синтезированная голограмма выполнена в виде пространственной комбинации не менее двух голограмм, одна из которых является голограммой опорной поверхности, а другая является голограммой исследуемой поверхности, причем пространственная комбинация голограмм выполнена в виде периодически чередующихся зон с первой и второй голограммами, с периодом чередования меньшим, чем T = 2λl/D, где λ - длина волны источника излучения, l - расстояние между диафрагмой и голограммой, D - диаметр отверстия диафрагмы. 1. An interferometer for measuring the surface shape of optical products, consisting of a illuminator, a beam splitter, a synthesized hologram, a studied optical surface, a supporting optical surface, aperture and a recording device, characterized in that the synthesized hologram is made in the form of a spatial combination of at least two holograms, one of which is a hologram of the supporting surface, and the other is a hologram of the surface under study, and the spatial combination of holograms is made in ide of periodically alternating zones with the first and second holograms, with an alternation period shorter than T = 2λl / D, where λ is the wavelength of the radiation source, l is the distance between the diaphragm and the hologram, D is the diameter of the aperture. 2. Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что опорная поверхность имеет сферическую форму. 2. The interferometer according to claim 1, characterized in that the supporting surface has a spherical shape. 3. Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что синтезированная голограмма, исследуемая и опорная оптические поверхности наклонены к оптической оси на угол φ больший, чем φ = D/l. 3. The interferometer according to claim 1, characterized in that the synthesized hologram, the investigated and reference optical surfaces are inclined to the optical axis by an angle φ greater than φ = D / l.
RU2001102758/28A 2001-01-30 2001-01-30 Interferometer to measure form of surface of optical articles RU2186336C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001102758/28A RU2186336C1 (en) 2001-01-30 2001-01-30 Interferometer to measure form of surface of optical articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001102758/28A RU2186336C1 (en) 2001-01-30 2001-01-30 Interferometer to measure form of surface of optical articles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2186336C1 true RU2186336C1 (en) 2002-07-27

Family

ID=20245427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001102758/28A RU2186336C1 (en) 2001-01-30 2001-01-30 Interferometer to measure form of surface of optical articles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2186336C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534435C1 (en) * 2013-07-18 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Reference diffractive optical element (versions)
RU181750U1 (en) * 2018-01-09 2018-07-26 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Digital holographic device
RU205459U1 (en) * 2021-02-25 2021-07-15 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") HOLOGRAPHIC DEVICE FOR CONTROL OF THE SHAPE OF LARGE-SIZED CONCAVE ASPHERIC OPTICAL SURFACES
RU2803879C1 (en) * 2023-04-03 2023-09-21 Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" Method for measuring the shape of off-axis asspherical optical part

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3980389A (en) * 1973-12-14 1976-09-14 Thomson-Csf Electro-optical deflection apparatus using holographic grating
US4253723A (en) * 1976-10-15 1981-03-03 Sony Corporation Apparatus for optically reading information from a record carrier
US4580151A (en) * 1984-10-22 1986-04-01 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning apparatus
US4768847A (en) * 1983-08-18 1988-09-06 Yokogawa Electric Corporation Hologram scanner
RU2006791C1 (en) * 1992-01-29 1994-01-30 Георгий Евгеньевич Довгаленко Holographic interferometer for determination of residual stress

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3980389A (en) * 1973-12-14 1976-09-14 Thomson-Csf Electro-optical deflection apparatus using holographic grating
US4253723A (en) * 1976-10-15 1981-03-03 Sony Corporation Apparatus for optically reading information from a record carrier
US4768847A (en) * 1983-08-18 1988-09-06 Yokogawa Electric Corporation Hologram scanner
US4580151A (en) * 1984-10-22 1986-04-01 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning apparatus
RU2006791C1 (en) * 1992-01-29 1994-01-30 Георгий Евгеньевич Довгаленко Holographic interferometer for determination of residual stress

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Т.НОМОА еt аll, Zоnе-рlаtе null intеrоmеtеr fоr mеаsuring аsрhеriсаl mirror with lаrgе ареrture Proc., Of SPIЕ, 19 92, v. 1720, р. 305-310. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534435C1 (en) * 2013-07-18 2014-11-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Reference diffractive optical element (versions)
RU181750U1 (en) * 2018-01-09 2018-07-26 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Digital holographic device
RU205459U1 (en) * 2021-02-25 2021-07-15 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") HOLOGRAPHIC DEVICE FOR CONTROL OF THE SHAPE OF LARGE-SIZED CONCAVE ASPHERIC OPTICAL SURFACES
RU2803879C1 (en) * 2023-04-03 2023-09-21 Акционерное общество "Лыткаринский завод оптического стекла" Method for measuring the shape of off-axis asspherical optical part
RU2830821C1 (en) * 2024-03-19 2024-11-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина" (ФГБОУ ВО Вологодская ГМХА) Optical method and device for determining deviation from parallelism of axes of holes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5671050A (en) Method and apparatus for profiling surfaces using diffracative optics
US5703692A (en) Lens scatterometer system employing source light beam scanning means
JP4130222B2 (en) Phase shift diffraction interferometer
US5526116A (en) Method and apparatus for profiling surfaces using diffractive optics which impinges the beams at two different incident angles
US5995224A (en) Full-field geometrically-desensitized interferometer employing diffractive and conventional optics
US4498773A (en) Pencil beam interferometer
US3614235A (en) Diffraction grating interferometer
Briers Interferometric testing of optical systems and components: a review
JPH11510251A (en) Interferometer with composite optical element
RU2186336C1 (en) Interferometer to measure form of surface of optical articles
US3432239A (en) Optical instruments of the interference type
KR20040001098A (en) Phase shifted diffraction grating interferometer and measuring method
Changlun et al. Novel method for testing the long focal length lens of large aperture
SU1744452A1 (en) Interferometer for inspection of reflecting surface planeness
JP3150761B2 (en) Simple phase shift interferometer
Francini et al. Scanning aspherical surfaces with the focus-wavelength encoded profilometer
SU712654A1 (en) Interferometer
RU2154307C2 (en) Tutorial optical interferometer
RU2159406C2 (en) Multiple-beam interferometer to measure parameters of parameters of spherical shell
RU2075727C1 (en) Method of measurement of angles of turn of several objects and device for its implementation
SU1619014A1 (en) Interferometer
SU1770738A1 (en) Device for measuring surfaces
SU1762116A1 (en) Diffraction interferometer
SU1504497A1 (en) Apparatus for measuring linear dimensins and shape of elements on planar objects with diffraction test structures
RU1772617C (en) Holographic interferometers for checking the shape of hole inner surface

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20090525

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150131