УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОСКОСТНОСТИ ПОЛИРОВАННЫХ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПЛАСТИН

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в устройствах для измерения плоскостности плоскопараллельных полированных пластин как с одной, так и с двух сторон, как в процессе их изготовления, так и после него.
Для измерения плоскостности полированных плоскопараллельных пластин могут применяться пробные стекла, для этого на контролируемую плоскую поверхность накладывают плоское пробное стекло. Так как зазор между пробным стеклом и контролируемой поверхностью практически равен нулю, даже при освещении некогерентным светом возникает интерференционная картина, по виду которой можно судить о точности контролируемой поверхности. При этом именно вследствие не когерентности освещения не возникает дополнительных интерференционных картин, мешающих интерпретации результата.
Недостатком метода является наличие контакта между контролируемой и эталонной поверхностями, что может привести к повреждению как одной, так и другой поверхностей.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели и выбранным в качестве прототипа является известный интерферометр Физо (Ю.В. Коломийцев. Интерферометры. Основы инженерной теории. Ленинград, «Машиностроение», 1976, стр. 52.), с помощью которого измеряют плоскостность полированных плоскопараллельных пластин.
Интерферометр Физо для измерения плоскостности (Фиг. 1) состоит из когерентного источника света, светоделительного элемента, коллиматора, объектива построения изображения интерферограмм, ПЗС или КМОП камеры и эталонного объектива с плоской эталонной поверхностью А.
Контролируемая пластина устанавливается таким образом, чтобы ее контролируемая поверхность Б, была параллельна эталонной поверхности А эталонного объектива, что проверяется по виду возникающей между эталонной и контролируемой поверхностями интерференционной картины, а именно, полос равной толщины (Фиг. 2).
В том случае, когда контролируемая пластина имеет две полированные поверхности и незначительную клиновидность, наблюдается три интерференционные картины:
- между эталонной поверхностью А эталонного объектива и ближайшей к ней поверхностью Б контролируемой пластины;
- между эталонной поверхностью А эталонного объектива и второй поверхностью В контролируемой пластины;
- между двумя поверхностями Б и В контролируемой пластины.
Реальный вид такой интерферограммы представлен на Фиг. 3
Такую интерференционную картину крайне трудно расшифровать и измерение плоскостности полированных плоскопараллельных пластин становится затруднительным.
Если в устройство (Фиг. 1), установить источник света с небольшой длиной когерентности, то можно избежать этого эффекта, но тогда придется уменьшить расстояние между контролируемой и эталонной поверхностями до величины длины когерентности, которая составляет у применяемых источников света порядка десятых долей миллиметра. При этом появляется большой риск повредить эталонную и контролируемую поверхности.
Задачей предлагаемого решения является обеспечение возможности интерферометрического контроля полированных плоскопараллельных пластин без погрешностей от влияния интерференции второй поверхности плоскопараллельной пластины.
Для решения поставленной задачи предложено устройство для измерения плоскостности полированных плоскопараллельных пластин, которое представляет собой интерферометр Физо, состоящий из последовательно установленных на одной оптической оси осветителя, основного светоделительного элемента, коллиматора, эталонного объектива с плоской эталонной поверхностью, а также расположенных перпендикулярно оптической оси объектива построения изображения интерферограмм и камеры.
В отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве осветитель содержит некогерентный источник света, который снабжен дополнительным светоделительным элементом и двумя плоскими зеркалами, установленными на неравные расстояния D1 и D2 от дополнительного светоделительного элемента, при этом пучок света от некогерентного источника света, разделенный дополнительным светоделительным элементом на два пучка, отражается от плоских зеркал и возвращается обратно на дополнительный и основной светоделительный элементы, образуя разность хода 2D=2*(D2-D1), где D - разность расстояний от плоских зеркал до дополнительного светоделительного элемента.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что благодаря конструктивному решению осветителя, на основной светоделительный элемент устройства для измерения плоскостности полированных плоскопараллельных пластин, попадает пучок света, состоящий из двух пучков с разностью хода 2D. Если между плоской эталонной поверхностью эталонного объектива и ближайшей к ней поверхностью контролируемой пластины установить расстояние, равное D, то при отражении от этих поверхностей возникают два пучка, имеющих нулевую разность хода, и они будут интерферировать между собой. В то же время, между пучками, отраженными от эталонной поверхности эталонного объектива и от второй поверхности контролируемой пластины, разность хода не будет равной, и интерференция не возникнет. В результате получаем одну интерференционную картину (Фиг. 2), которая легко расшифровывается.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлена общая схема прототипа,
на фиг. 2 - интерференционная картина между эталонной поверхностью и ближайшей к ней поверхностью контролируемой пластины, полученная при помощи известного устройства (прототипа), в случае, когда вторая поверхность контролируемой пластины не создает дополнительной интерференционной картины;
на фиг. 3 - интерференционная картина между эталонной поверхностью и двумя поверхностями контролируемой пластины, полученная при помощи известного устройства (прототипа), в случае, когда вторая поверхность контролируемой плоскопараллельной пластины создает дополнительную интерференционную картину,
на фиг. 4 представлена общая схема предлагаемого устройства для измерения плоскостности полированных плоскопараллельных пластин.
Устройство для измерения плоскостности полированных плоскопараллельных пластин (фиг. 4) содержит осветитель 1, состоящий из некогерентного источника света 2, дополнительного светоделительного элемента 3, зеркал 4 и 5, расположенных на неравных расстояниях D1 и D2 от дополнительного светоделительного элемента осветителя 3, основной светоделительный элемент 6, коллиматор 7, объектив построения изображения интерферограмм 8, камеру 9, эталонный объектив 10 с плоской эталонной поверхностью А.
Работа устройства для измерения плоскостности полированных плоскопараллельных пластин осуществляется следующим образом.
В осветителе 1 пучок света от некогерентного источника света 2 делится на два пучка равной интенсивности дополнительным светоделительным элементом 3. Оба пучка отражаются от зеркал 4 и 5, возвращаются обратно на дополнительный светоделительный элемент 3 и отражаются в сторону основного светоделительного элемента 6, но при этом между этими пучками возникает разность хода 2D=2*(D2-D1), где D равно разности расстояний от зеркал 4 и 5 до дополнительного светоделительного элемента 3.
Таким образом, на основной светоделительный элемент 6 попадает пучок света, состоящий из двух пучков с разностью хода 2D.
Теперь, если между плоской эталонной поверхностью А эталонного объектива 10 и поверхностью Б контролируемой пластины 11 установить расстояние, равное D, и использовать осветитель 1, то при отражении от этих поверхностей возникают два пучка, имеющих нулевую разность хода, и они будут интерферировать между собой. В то же время, между пучками, отраженными от эталонной поверхности А эталонного объектива 10 и от второй поверхности В контролируемой пластины 11, разность хода не будет равной, и интерференция не возникнет, равно как, в общем случае, между пучками отраженными от двух поверхностей Б и В контролируемой пластины 11. В результате мы видим одну интерференционную картину (фиг. 2), которая легко расшифровывается.
Таким образом, обеспечивается интерферометрический контроль полированных плоскопараллельных пластин без погрешностей от влияния интерференции от второй поверхности плоскопараллельной пластины.