Интерферометрический способ определения угла клиновидности прозрачной пластины

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА КЛИНОВИДНОСТИ ПРОЗРАЧНОЙ ПЛАСТИНЫ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(72) Авторы Буть Андрей Иванович Ляликов Александр Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(57) Интерферометрический способ определения угла клиновидности прозрачной пластины, включающий освещение исследуемой пластины с показателем преломлениясветовой волной заданной длины , разделение прошедшей пластину световой волны по амплитуде на две взаимно когерентные волны, получение первого и второго изображений пластины за счет сдвига интерферирующих разделенных волн, измерение периода интерференционных полос на каждом из указанных изображений и определение угла клиновидности пластиныс учетом усредненного результата измерения, отличающийся тем,что изображения получают за счет бокового сдвига, равного линейному размеру пластины вдоль направления сдвига или превосходящего его, затем поочередно изменяют ширину интерференционных полос на первом и втором изображениях до получения на них бесконечно широкой полосы, период интерференционных полос 1 на первом изображении и 2 на втором измеряют после получения бесконечно широкой полосы на втором и на первом изображениях соответственно, а уголопределяют в соответствии с выражением 2 15822 1 2012.04.30 Изобретение относится к оптическим методам измерения параметров прозрачных объектов, в частном случае клиновидности прозрачных пластин, и может быть использовано в оптическом приборостроении. Широко известен интерферометрический способ измерения клиновидности прозрачных пластин в интерферометре Физо, заключающийся в освещении исследуемой пластины световой волной, разделении по амплитуде световой волны на две взаимно когерентные волны, в интерферометрическом получении изображения исследуемой пластины, считывании информации о количестве или периоде интерференционных полос в изображении исследуемой пластины и определении величины клиновидности пластины по результату, полученному при считывании информации Оптический производственный контроль / Под ред. Д.Малакары. - М. Машиностроение, 1985. - С. 25-26. В качестве прототипа выбран интерферометрический способ измерения клиновидности прозрачных пластин, заключающийся в освещении исследуемой пластины световой волной, разделении по амплитуде световой волны на две взаимно когерентные волны, в интерферометрическом получении первого и второго изображений исследуемой пластины за счет сдвига интерферирующих разделенных волн, считывании информации о количестве или периоде интерференционных полос в первом и втором изображениях исследуемой пластины и определении величины клиновидности пластины по усредненному результату,полученному при считывании информации Ляликов А.М. Топографическая интерферометрия реверсивного сдвига повышенной чувствительности измерений // Оптика и спектроскопия. - 2006. - Т. 101. -1. - С. 169-175. Однако в прототипе имеется ряд существенных недостатков. Реализация реверсивного сдвига в техническом плане более сложна, чем реализация бокового сдвига. Величина реверсивного сдвига не регулируется и всегда строго определена, т.е. это разворот одного пучка на 180 вокруг волнового вектора. Для большого бокового сдвига величина последнего должна быть равна или должна превышать линейные размеры исследуемого объекта. Интерферометр реверсивного сдвига более чувствителен к вибрациям, чем обычный двухлучевой интерферометр, не говоря об интерферометре бокового сдвига. Основной недостаток прототипа - это то, что повышение чувствительности измерений в прототипе достигается только после записи на носители пары интерферограмм (одна из которых получена с объектом, а другая без объекта) и их достаточно сложной оптической обработки в специальном устройстве. Сущность изобретения заключается в том, что интерферометрический способ измерения клиновидности прозрачных пластин, заключающийся в освещении исследуемой пластины световой волной, разделении по амплитуде световой волны на две взаимно когерентные волны, в интерферометрическом получении первого и второго изображений исследуемой пластины за счет сдвига интерферирующих разделенных волн, считывании информации о количестве или периоде интерференционных полос в первом и втором изображениях исследуемой пластины и определении величины клиновидности пластины по усредненному результату, полученному при считывании информации, дополняют новыми признаками получают первое и второе изображения исследуемой пластины за счет бокового сдвига, равного или превосходящего линейные размеры пластины вдоль направления сдвига, поочередно изменяют ширину интерференционных полос в областях первого и второго изображений пластины до получения бесконечно широкой полосы, при этом после достижения бесконечно широкой полосы в одном изображении считывают информацию о количестве или периоде полос в другом изображении. Совокупность существенных признаков изобретения позволяет достичь технический результат - повышение чувствительности и точности измерений при считывании информации о количестве или периоде полос без использования записи на носители интерферограмм и их оптической обработки. 15822 1 2012.04.30 Условие обеспечения изобретательского уровня в заявляемом способе достигается тем, что совокупность признаков, отличающих заявляемый способ от прототипа, не обнаружена и не вытекает из уровня техники явным образом. На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства для реализации заявляемого способа, а на последующих фигурах схематически изображены контуры световых волн (окружность) и исследуемой пластины (ромб) после освещения исследуемой пластины световой волной (фиг. 2) и при формировании первого и второго изображений исследуемой пластины за счет бокового сдвига интерферирующих разделенных волн. Устройство для реализации заявляемого способа содержит когерентный источник света 1, например гелий-неоновый лазер, плоское зеркало 2, предназначенное для ввода излучения в телескопическую систему, образованную линзами 3, 4, и исследуемую прозрачную пластину 5. Телескопическая система, образованная объективами 6, 7, служит для регулирования диаметра световой волны, прошедшей исследуемую пластину 5, при освещении интерферометра бокового сдвига 8. Интерферометр 8 реализует разделение по амплитуде поступающей на вход интерферометра световой волны на две взаимно когерентные волны, выходящие из интерферометра 8 и формирующие интерферометрическим способом первое и второе изображения исследуемой пластины на экране 9. Вместо экрана может быть использован регистратор, например ПЗС-матрица с системой компьютерной обработки считанной информации. Интерферометр бокового сдвига 8 может быть выполнен на базе широко известного четырехзеркального интерферометра Маха-Цендера. Главной особенностью интерферометра бокового сдвига должна быть возможность осуществления изменения ширины интерференционных полос. Заявляемый способ в устройстве (фиг. 1) осуществляется следующим образом. Посредством когерентного источника света 1, зеркала 2 и телескопической системы 3, 4 формируют световую волну, которой освещают исследуемую прозрачную пластину 5. Световую волну, прошедшую исследуемую пластину 5, с помощью телескопической системы 6, 7 направляют в интерферометр бокового сдвига 8, посредством которого разделяют по амплитуде световую волну на две взаимно когерентные волны. На фиг. 2 изображены контуры световой волны 10 (круг) и исследуемой пластины 11 (ромб) после прохождения в устройстве (фиг. 1) исследуемой платины 5. После разделения по амплитуде световой волны посредством интерферометра 8 в плоскости 9 получают первое 12(фиг. 3) и второе 13 изображения исследуемой пластины за счет бокового сдвига интерферирующих разделенных волн, например, вдоль оси , равного или превышающего линейные размеры, как это изображено на фиг. 3. Изображения 12 и 13 не должны накладываться друг на друга. В плоскости 9 (фиг. 1) в области наложения световых волн, представляющей наложение друг на друга кругов, как это показано на фиг. 3, наблюдается интерференционная картина. Если интерференционная картина в невозмущенной области вне изображений 12 и 13 исследуемой пластины настроена на полосу бесконечной ширины, то на изображениях 12 и 13 будут наблюдаться полосы конечной ширины. Периодэтих полос определяется углом клинаи показателем преломленияисследуемой пластины. Используя результаты работы 1, приведенные в формуле (3), получим выражение для распределения освещенности в интерференционной картине (фиг. 3) для случая настройки ее в невозмущенной области на полосу бесконечной ширины (для выражения (3) параметр 0) 15822 1 2012.04.30 Для простоты описания выражений предположим, что пластина ориентирована таким образом, что ребро преломляющего углаклина параллельно оси . В этом случае интерференционные полосы в изображениях пластины параллельны оси . Изменение знака под косинусом при описании интерференционных полос во втором изображении подтверждено и фотографией (рис. 3), приведенной в работе 2. Величинаопределится для случая малых угловкак(1) где- длина волны когерентного источника света. Поочередно изменяют ширину интерференционных полос в областях первого 12(фиг. 3) изображения и второго 13 изображения пластины до получения бесконечно широкой полосы. При достижении ширины интерференционной полосы в области первого 12 изображения возникнут полосы конечной ширины в невозмущенной области интерферо 2 в выражении (1). В этом слуграммы, что приведет к добавочному фазовому члену На втором 13 (фиг. 3) изображении пластины имеем удвоение количества полос и соответственно удвоение чувствительности измерений. Аналогичным образом, при достижении бесконечной ширины интерференционной полосы в области второго 13 изображения возникнут полосы конечной ширины в невоз 2 мущенной области интерферограммы, что приведет к добавочному фазовому члену, но уже со знакомв выражении (1). В этом случае выражение (1) или (2) преобразится к виду На первом 12 (фиг. 3) изображении пластины имеем такое же удвоение количества полос и соответственно удвоение чувствительности измерений и соответствующее уменьшение погрешности 3. После каждого такого достижения бесконечно широкой полосы в первом и втором изображениях пластины поочередно считывают информацию о количестве или периоде полос во втором и первом изображениях. Полученный результат о периоде полос усредняют. Период полос в первом 1 и во втором 2 изображениях пластины может быть определен как отношение длины пластины к количеству интерференционных полос,укладывающихся на изображении пластины. Формула для определения величиныможет быть получена из выражения (2) 2(12 )(1) Следует отметить, что операция считывания информации о количестве или периоде интерференционных полос в первом и втором изображениях исследуемой пластины, усреднение результата и определение величины клиновидности пластины по усредненному результату, полученному при считывании информации, могут быть осуществлены после 4 15822 1 2012.04.30 регистрации интерференционных картин посредством ПЗС-матрицы и цифровой обработки сигнала. Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения позволяет достичь технического результата - повышения чувствительности и точности измерений при считывании информации о количестве или периоде полос без использования записи на носители интерферограмм и их оптической обработки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5