СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И ФОКУСИРОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1994 года по МПК G01M11/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для наземных испытаний оптико-электронной аппаратуры в частности в стендах для испытаний глубокоохлаждаемой оптико-электронной аппаратуры, имитирующей точку в вакуумно-криогенных условиях.

Решение данной задачи в настоящее время является весьма актуальным в связи с повышением требований к метрологической аттестации аппаратуры.

Описанные в литературе и применяемые на практике способы по оценке качества и фокусировки оптических систем, как правило, не совместимы в одном эксперименте и требуют перекомпановки измерительной аппаратуры. В криогенно-вакуумных условиях это в едет к увеличению погрешности измерений метрологических параметров, так как связано с необходимостью разгерметизации и схемных изменений.

Известен способ оценки качества оптических систем, заключающийся в том, что коллимированный пучок лучей, проходящий через испытуемую оптическую систему, попадает на модулятор, при вращении которого излучение, проходя прозрачные штрихи, модулируется с частотой, определяемой количеством штрихов и скоростью вращения модулятора, после чего модулируемый световой поток трансформируется приемным устройством в переменный ток, который воспринимается прибором.

Основным недостатком данного способа является его невысокая точность из-за погрешности определения плоскости наилучшего изображения, которая не может быть меньше десятых долей миллиметра, что объясняется торцевым биением модулятора и конечными размерами приемного устройства. К недостаткам также относится значительная потеря энергии, вносимая модуляцией, а также то, что для определения качества испытуемой оптической системы необходимо вводить дополнительные схемные элементы, и оценка производится визуально, что ведет к дополнительному снижению точности измерений.

Известен способ контроля качества и фокусировки оптических систем, в качестве прототипа, включающий формирование коллимированного пучка, разделение его на два равных пучка по интенсивности, пропускание их через испытуемую систему, фокусировку прошедшего через систему излучения на два ряда фоточувствительных элементов и регистрацию излучения. Качество и фокусировку испытуемой системы определяют по амплитуде и смещению изображения от заданных координат, согласованных с одной из площадок приемного устройства.

Недостатком этого способа также является невысокая точность измерений, обусловленная погрешностью пространственного разделения коллимированного излучения на два пучка двумя парами разделительных призм, усугубленная работой в криогенно-вакуумных условиях, а также недостаточной чувствительностью пространственного разрешения вследствие конечных размеров приемников излучения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Это достигается тем, что в способе контроля качества и фокусировки оптической системы, включающем формирование коллимированного пучка лучей, разделение его на два разных по интенсивности, пропускание его через испытуемую оптическую систему, фокусировку прошедшего пучка лучей на приемное устройство, регистрацию излучения и определение расфокусировки и качества испытуемой оптической системы, коллимированный пучок делят на два симметричных относительно оптической оси коллиматора, перед регистрацией излучение синфазно сканируют полученными пучками лучей, о степени расфокусировки судят по временному разрешению сигналов, а о качестве испытуемой оптики - по амплитуде измеренного сигнала.

Изобретение позволяет осуществить переход от пространственного к временному разделению интенсивности сфокусированных пучков лучей. Это ведет к повышению точности измерений за счет исключения геометрических ограничений, определяемых пределом технологических возможностей создания приемных устройств.

Предлагаемый способ контроля качества и фокусировки иллюстрируется чертежом.

Система содержит источник 1 излучения, зеркала 2 и 3 коллиматора, испытуемая оптическая система 4, два плоских разделительных зеркала 5 и 5', сканирующее основание 6, приемник 7 излучения, прибор 8 регистрации излучения, 0-0' - оптическая ось коллиматора, совмещенная с оптической осью системы.

Контроль качества и фокусировки осуществляется следующим образом. От источника 1 излучение попадает на зеркала 2 и 3, с помощью которых формируется коллимированный пучок лучей. Коллимированный пучок лучей проходит испытуемую оптическую систему 4, делится на два равных по интенсивности, симметричных относительно оптической оси коллиматора пучка. Эта операция осуществляется с помощью равных по размерам разделительных зеркала 5 и 5', закрепленных на едином основании 6, установленном с возможностью сканирования. Излучение двух пучков, отраженных от каждого из разделительных зеркал, фокусируется на приемнике 7 излучения, а затем с помощью сканирования осуществляют последовательное попадание излучения на этот приемник. Равная интенсивность обоих пучков позволяет обеспечить идентичность сигналов. Синхронное сканирование основания 6 обеспечивает равную периодичность попадания отраженных пучков от каждого из зеркал на приемник. Информация о сигнале, который представляет собой последовательно возникающие "пики", с приемника 7 поступает на прибор 8 регистрации. На регистрационном приборе фиксируют интервалы времени Δτ между вершинами "пиков". Перемещая точку фокусировки вдоль оптической оси 0-0' коллиматора до получения минимального значения Δτ, тем самым определяют плоскость наилучшего изображения (фокальную плоскость).

Качество испытуемой оптической системы определяется по амплитуде полученных пиков, как фиксированное во времени распределение интенсивности изображения сфокусированных пучков вдоль оптической оси 0-0'.

Создан комплекс, включающий криогенно-вакуумную камеру КТВУ-100 Г и имитатор точки, предназначенный для наземных испытаний оптико-электронной аппаратуры в криовакуумных условиях.

Предлагаемый способ был использован для определения расфокусировки и оценки качества оптической системы имитатора точки, расположенного в крио-вакуумной камере. Имитатор точки состоит из плоского зеркала диаметром 150 мм и сферического - диаметром 300 мм, радиусом кривизны 1600 мм. Зеркала изготовлены из материала АМF6. В качестве источника излучения использовался светодиод АЛ-107А, а приемника - фотодиод ФД 25Н. В процессе эксперимента в качестве коллиматора использовалась оптическая система имитатора точки. Разделительные зеркала, изготовленные из материала АМF6, размерами 40х40 мм², располагались симметрично на расстоянии 60 мм от оптической оси. Сканирование производилось с частотой 1 Гц, для чего использовался привод, снабженный асинхронным двигателем, мощностью 5 кВт и частотой вращения 30 Гц. В качестве прибора регистрации сигналов применялся осциллограф С1-83.

Эксперимент проводился в криогенно-вакуумных условиях при 25К и давлении 10^-6 мм рт.ст. В процессе эксперимента была проведена оценка качества и определена величина расфокусировки имитатора точки.

На предварительном этапе эксперимента при 20^оС комплекс был отъюстирован согласно техническим требованиям, заданным техническим заданием. Расстояние от приемника до зеркал имитатора точки, между зеркалами и от зеркал коллиматора до разделительных зеркал были выставлены с точностью + 1 мм.

В центре основания было закреплено юстировочное зеркало, с помощью которого основание установки строго перпендикулярно оптической оси методом автоколлимации. Разделительные зеркала закрепили на основании симметрично на расстоянии 60+1 мм от оптической оси.

Предварительная юстировка позволила точно сфокусировать испытуемую систему и получить интенсивность, равную по всему пучку излучения.

После проведения предварительного этапа камера КТВУ-100Г, внутри которой находился имитатор точки, была герметично закрыта.

При проведении эксперимента в криогенно-вакуумных условиях была определена расфокусировка, а сканирование разделительными пучками лучей позволило провести оценку качества оптической системы имитатора точки по всему рабочему полю системы. В процессе определения расфокусировки погрешность измерения не превысила 0,01 мм. В таблице приведены результаты измерений, где Δτ - расстояние между пиками; А - амплитуда пиков.

Была рассчитана погрешность, которая получилась бы при проведении аналогичного эксперимента с использованием способа-прототипа - определение расфокусировки, основанное на пространственном разделении пучка лучей. Она составила 0,1 мм.

При пространственном разделении пучка лучей дискретность отсчета, определяющая точность измерений и определяемая отношением размера линейного поля зрения коллиматора к количеству размещающихся на ней приемников излучения, в настоящее время составляет по технологическим возможностям порядка 10^-2 мм/шт. ; при временном разделении подобное отношение (линейное поле зрения к количеству регистрируемых импульсов) составляет порядка 10^-8 мм/шт. , где под штуками понимается максимальное количество регистрируемых импульсов, что служит наглядной иллюстрацией возможности значительного повышения точности в предлагаемом способе.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков позволяет получить качественно новый эффект. Техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Реализация предлагаемого способа оценки качества и фокусировки позволяет в одном эксперименте решить две задачи: определить расфокусировку и провести оценку качества испытуемой системы без разгерметизации камеры и переналадки измерительного комплекса, что также ведет к дальнейшему повышению точности проводимых измерений. Предлагаемый способ позволяет снять проблему геометрических ограничений, связанных с техническими возможностями создания приемных устройств, а использование испытуемой системы в качестве коллиматора значительно снизить затраты и упростить измерительную схему.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при наземных испытаниях оптикоэлектронной аппаратуры, имитирующей точку, в частности в стенках, работающих в криовакуумных условиях. Сущность изобретения: в способе контроля качества и фокусировки оптической системы, включающем формирование коллимированного пучка, разделение его на два равных по интенсивности, пропускание его через испытуемую систему, фокусировку прошедших пучков на приемное устройство, регистрацию их и определение качества и степени расфокусировки оптической системы путем деления пучка лучей на два симметричных относительно оптической оси коллиматора, перед регистрацией синфазно сканируют полученными пучками, измеряют абсолютное значение временного интервала появления сигналов и их амплитуду, осуществляют переход к временной регистрации сигнала. О качестве оптической системы судят по величине амплитуды, а о степени расфокусировки - по значению временного интервала. 1 ил., 1 табл.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И ФОКУСИРОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, включающий формирование коллимированного пучка, разделение его на два равных по интенсивности, пропускание его через испытуемую оптическую систему, фокусировку прошедших пучков на приемное устройство, регистрацию их и определение качества и степени расфокусировки оптической системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, коллимированный пучок делят на два симметричных относительно оптической оси коллиматора, перед регистрацией осуществляют синхронное сканирование полученными пучками, измеряют абсолютное значение временных интервалов появления сигналов и их амплитуду, находят плоскость измерения амплитуды по минимальному значению временного интервала, о качестве оптической системы судят по величине амплитуды, измеренной в этой плоскости, а о степени расфокусировки - по значению временного интервала.