Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
7.1.1. Разделение аберраций
Интерференционная картина, получаемая при контроле линзы в интерферометре Тваймана — Грина, представляет собой контурную карту волнового фронта, проходящего через апертуру детали. При наличии большого ,количества аберраций, оценка отдельных погрешностей значительно усложняется. Эта проблема может быть упрощена, если в интерферометре Тваймана — Грина реализовать двойное прохождение лучей [9] так, чтобы симметричные и асимметричные составляющие волновой аберрации (см. прил. 3) проявлялись в различных интерферограммах.
Лучи, выходящие параллельным пучком из интерферометра (рис. 7.1), фокусируются линзой L2 па плоском зеркале УИ3 и направляются им обратно в прибор. После двойного прохождения в приборе они отклоняются светоделителем S2 и фокусируются линзой L1 в плоскости наблюдения. Если слегка сместить в сторону источник света, два его изображения в этой плоскости расходятся ? противоположных направлениях и появляется возможность наблюдать либо полосы, создаваемые лучами двойного прохождения, •либо нормальную интерференционную картину.
Обозначим четыре луча с двойным прохождением, получаемые из луча, падающего на светоделитель S1 в точке О, соответственно через
AA' (SOAOM3 O'A'O'S), AB' (SOAOM3O'В'О'S), BA'(SOBOM3O'А'О'S) и BB' (SOBOM3O'В'0'S)
169 Рис. 7.1. Интерферометр Тваймана — Грина с двойным прохождением лучей для разделения симметричных н несимметричных аберраций волново--
го фронта |9]: / — поляризатор; 2 — чепіертьвод-нозая пластина; 3—контролируемая лппза; ( — анализатор; 5 — окулярная диафрагма
с учетом путей, которые они проходят в прямом и обратном направлении. Волновые фронты, выходящие из интерферометра, инвертируются перед возвращением, и легко заметить, что если при первом прохождении луч BB' пересекает зрачок контролируемой линзы в точке P(г, ф), то в обратном ходе он попадает в диаметрально противоположную точку P' (г, л+ср). Аналогично в момент, когда луч BA' проходит точку Р, луч AB' пересекает зрачок в P'.
В этих точках члены выражений для полной аберрации волнового фронта [10], содержащие четные степени cos ф и представляющие собой дефокусировку, сферическую аберрацию и астигматизм, одинаковы по значению, тогда как члены с нечетными степенями cos ф (т. е. члены дисторсии и комы) равны, но противоположны по знаку. Поэтому общие значения ходов четырех лучей с двойным проходом можно записать следующим образом:
D AA' = D-
Dba,=D+ 2117че.гн + 2 W/„e4eiH -р Д D-
Dab, = D+ 2W четн - 2W нечетн + A D;
Dbb, = D + 2\? че1Н + 2Н/нечетн + AD + 2Гчетн - 2И7нечетн+
+ Д0=?> + 4Гчетн+2ДД (7.1)
где W4ejs и !^нечетн — суммы членов, включающих соответственно четные и нечетные степени cos ф (см. прил. 3); AD — разность длин ходов А н В для главного луча.
Чтобы подобрать необходимое сочетание лучей с двойным прохождением, выходящий из коллиматора пучок поляризуют в вертикальной плоскости и в ход А вводят четвертьволновую пластину. Плоскость поляризации лучей AB' и BA' при этом поворачивается на 90°, а у AA' и BB' остается неизменной. Поэтому, если ось анализатора установить вертикально, то лучи AB' и BA' устраняются, а между лучами AA' и BB' возникает интерференция. Выражение для разности хода при этом можно записать в виде
Dbb, - Daa, = 4U/„e 1Н + 2ЛU. (7.2)
Симметричные погрешности — дефокусировка, сферическая аберрация и астигматизм — отражены на такой ннтерферограмме с двойной чувствительностью, а несимметричные аберрации полностью устранены.
При повороте оси анализатора в горизонтальное положение, выделяются її интерферируются лучи AB' и BA', разность хода между которыми
Dba, -Dab, =AWnenein. (7.3)
В такой ннтерферограмме представлены только асимметричные аберрации — дисторсия и кома,, а также наклоны эталонного зеркала, эквивалентные введению дополнительного «нечетного» члена.
На рис. 7.2 представлены типичные интерферограммы, полученные при контроле нескорректированной линзы: о—обычная интерферограмма Тваймана — Грина и б, в — картины, образованные лучами с двойным проходом и показывающие «четные» и «не-
Рис. 7.2. Интерферограммы, полученные в интерферометре Тваймана — Грина с двойным прохождением лучей, под каждой из которых помещена картина, созданная с помощью выражений для наиболее важных аберрационных членов:
а — нормальная интерферограмма (2117=0,254-1,85/" cos ф—3,99/"2—2,75/"2 cos2 ф—1.57/"3 cos ? + -f 4.33/"4-j-i ,72r4 cos: ф); б — интерферограмма с двойным прохождением лучен, показывающая только »четные» члены (4^,(,-, н = 0,5—7,98/"2—5,5/"- cos2 <| + 8,66r4 + 3,44r4 cos2 ф); в — интер-Фершрамма с двойным прохождением лучей, показывающая почетные члены (41Г||; ., —
-3,70/" costj— 3,14/"' cos ff) [19J
171 четные» составляющие аберрации волнового фронта. Под каждой интерферограммой приведены картины с графическим изображением математических выражений наиболее важных членов аберрации.
Клиновидность плоскопараллельных пластин обычно измеряют на интерферометре Физо. Он обладает тем недостатком, что разность хода между интерферирующими волновыми фронтами всегда вдвое больше оптической толщины контролируемой детали, и поэтому для аттестации толстых пластин необходим точно сколлими-рованный пучок монохроматического света. Даже при лазерном источнике приходится применять хорошо скорригированный объектив. Этот недостаток может быть устранен, если лучи проходят через интерферометр дважды и образуют полосы между контролируемой пластиной и ее перевернутым изображением.
