Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Как показано выше, в методе Цернике обычно используют белый или монохроматический точечный источник света и фазовую пластину с маленьким круглым диском, меньшим или равным диску Эйри. Другая возможность, реализованная с современными микроскопами фазового контраста, заключается в применении круглого протяженного источника света и фазовой пластины, задерживающая зона которой точно совпадает с геометрическим изображением источника. Преимущество этого способа в том, что потребляется больше света и легче изготовить большую фазовую пластину. Используя этот принцип, Лио [30] независимо от Цернике разработал метод, в котором источником света служит относительно широкая (100—200 мкм) щель. Она изображается контролируемой оптической поверхностью на фазозадерживающей щели с оптической толщиной Л/4. Для повышения контрастности прозрачность щели уменьшается до Т=10~л, где D — оптическая плотность, изменяющаяся от 1,5 до 3,0.
Поскольку источник света не круглый, а щелевидный, свет дифрагированный в направлении щели, не изменит свою фазу относительно недифрагированного н, следовательно, соответствующие
IT
8.5.2. Метод Лио
211' аберрации ие будут обнаружены. Другими словами, мы сможем оценивать только погрешности с изменениями в направлении, перпендикулярном щели. Именно эти дефекты приведены на рис. 8.27 (щель располагалась вертикально). Обнаруженные таким образом псевдоориентированные погрешности могут игнорироваться, поскольку реальные дефекты вероятнее всего ориентированы равномерно.
Метод Лио настолько чувствителен, что позволяет обнаруживать на поверхности дефекты размером 0,1 нм с контрастностью около 15%.
Если используется полихроматический источник света, фазомодулирующий экран имеет равную оптическую толщину для различных длин волн и изменение интенсивности изображения может проявляться в виде цветовых эффектов.
Информацию о практических способах изготовления фазовых дисков или фазовых щелей можно найти в работах Берча [5], Цернике [55], Франсона и Номарски [14] и Голдена [17].
8.5.3. Метод Вольтера
Фазоножевой метод, предложенный Вольтером, может рассматриваться как усовершенствование метода нити, или зонального ножа Фуко [52]. Идея заключается в использовании дифрагированного света, а не в задерживании его, как в случае применения ножа.
В основе контроля лежит изменение знака комплексной амплитуды на половине плоскости при ее неизменности на другой полуплоскости, что достигается введением прозрачного полуэкрана с оптической толщиной К/2. Этот метод называют также методом преобразования Гильберта [3, 29], так как с математической точки зрения изображение в данном случае получается как гильбертово преобразование объекта.
Поскольку при этом глаз наблюдателя воспринимает больше дифрагированного света, реально ожидать получения высококонтрастной теневой картины, и поэтому метод «полуволнового фазового края» (еще одно часто используемое название) должен обладать большей чувствительностью и точностью, чем традиционный контроль по Фуко, при условии, что тень от фазового ножа проецируется на контролируемую асферическую поверхность. Здесь, как и в методе фазового контраста, невозможно объяснить с позиции геометрической оптики изменение интенсивности в плоскости изо-
Рис. 8.27. Фотография, полученная методом Лио с вертикальной фазовой щелью (из книги М. Francon. Modern Applications of Phvsica! Optics, Interscience New Yourk, 1963)
212' Рис. 8.28. Изображение полуволиово-го фазового края, наблюдаемого по методу дифракции Френеля иа контролируемой поверхности
I
1
бражения, когда полуволновый фазовый кран вводится вблизи параксиального фокуса. Лишь Ландгрей в 1974 г. предположил, что только проходящие через границу полуволнового фазового края лучи уничтожаются при интерференции.
Хотя данный подход может показаться примитивным, он хорошо согласуется с тем фактом, что дифракционные изображения Френеля полуволнового фазового ножа имеют нулевую интенсивность на границе [20, 32], как показано на рис. 8.28. Действительно, метод Вольтера оказывается порой очень полезным, ибо полуволновой фазовый край можно рассматривать как эквивалент нити, а его границу считать границей непрозрачного ножа; тогда прозрачность фазового ножа можно принять равной единице как на «обращающей», так и на «чистой» половинах. Поэтому теневая картина, полученная этим методом, с точки зрения геометрической оптики идентична картине, возникающей при использовании нити, и анализ ее границ будет, следовательно, таким же, как и описанный в п. 8.2.2. Отметим также сходство результатов контроля по методу Фуко (см. рис. 8.9) с фотографией, изображающей фазокраевой контроль линзы с комой на рис. 8.29 (данные Ландгрейва).
Исследователи отмечали [22, 49], что темные линии на теневой картине при методе полуволнового фазового края более контрастные относительно фона, чем при методах ножа и нити, и поэтому его чувствительность сравнительно больше. На фотографиях (рис. 8.30) приведены в качестве примера результаты контроля одного и того же асферического зеркала методами нити и фазового ножа соответственно.
