ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА Российский патент 1996 года по МПК G01J9/02 

Описание патента на изобретение RU2065142C1

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано для определения формы волнового фронта принимаемого оптического излучения, например, в устройствах контроля качества оптических систем.

Известны различные варианты датчиков волнового фронта, например теневые [1] или гартмановские [2] датчики, в которых волновой фронт определяется путем измерения локальных наклонов волнового фронта в каждой субапертуре. Недостаток таких датчиков заключается в низкой точности измерения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является датчик волнового фронта, описанный в [3] и содержащий светоделитель, разделяющий принимаемое оптическое излучение на два пучка, причем первый пучок последовательно проходит через первую линзу, первую вращающуюся радиальную решетку и попадает на первую матрицу фотоприемника, а второй пучок после отражения от зеркала последовательно проходит через вторую линзу, вторую вращающуюся решетку и попадает на вторую матрицу фотоприемников. Выходы первой и второй матриц фотоприемников электрически связаны с соответствующими входами регистрирующего устройства, которое определяет форму волнового фронта принимаемого оптического излучения.

Недостатки известного технического решения заключаются в низком быстродействии, обусловленном наличием механически вращающихся радиальных решеток и низкой точности, обусловленной сложностью обработки получаемых с выходов матриц фотоприемников сигналов, вследствие чего регистрирующее устройства оказывается не в состоянии отслеживать быстрые изменения формы волнового фронта.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение быстродействия и точности.

Решение поставленной задачи достигается введением в известный датчик волнового фронта, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные светоделитель, зеркало и матрицу фотоприемников, электрически связанных с регистрирующим устройством, дополнительного светоделителя и модулирующего зеркала, образующих со светоделителем и зеркалом интерферометр Маха-Цендера, а также модулирующего генератора и матриц синхронных детекторов, соединенных с соответствующими выходами матрицы фотоприемников, регистрирующее устройство состоит из матрицы арксинусных преобразователей, считывающего и суммирующего устройств, при этом выход модулирующего генератора соединен с управляющим входом модулирующего зеркала и вторым входами всех элементов матрицы синхронных детекторов, выход каждого элемента матрицы синхронных детекторов соединен со входом соответствующего данному каналу элемента матрицы арксинусных преобразователей, выход каждого элемента матрицы арксинусных преобразователей соединен со входом соответствующего данному каналу элемента считывающего устройства, а каждый выход считывающего устройства соединен с соответствующим входом суммирующего устройства. Такое построение датчика волнового фронта позволяет определить форму волнового фронта принимаемого оптического излучения путем формирования интерференционной картины с помощью интерферометра поперечного сдвига, выполненного по схеме Маха-Цендера, а также последующей обработки интерференционной картины, полученной за счет деления в интерферометре Маха-Цендера принимаемого оптического излучения на два пучка и последующего их совмещения с наперед заданным поперечным сдвигом.

Сущность изобретения поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего заявляемое техническое решение, варианта выполнения и прилагаемым рисунком, на котором приняты следующие обозначения: 1 зеркало, 2 дополнительный светоделитель, 3 матрица фотоприемников, 4 матрица синхронных детекторов, 5 матрица арксинусных преобразователей, 6 - считывающее устройство, 7 светоделитель, 8 модулирующее зеркало, 9 - модулирующий генератор, 10 суммирующее устройство. Совокупность матрицы арксинусных преобразователей 5, считывающего устройства 6 и суммирующего устройства 10 представляет собой регистрирующее устройство 11. Светоделитель 7 расположен на пути принимаемого оптического излучения, зеркало 1 расположено на пути отраженного от светоделителя 7 пучка оптического излучения, модулирующее зеркало 8 расположено на пути прошедшего через светоделитель 7 пучка оптического излучения, а дополнительный светоделитель 2 расположен в области пересечения отраженного от зеркала 1 пучка оптического излучения и отраженного от модулирующего зеркала 8 пучка оптического излучения. Совокупность светоделителя 7, зеркала 1, дополнительного светоделителя 2 и модулирующего зеркала 8 образуют интерферометр поперечного сдвига по схеме Маха-Цендера. Выход дополнительного светоделителя 2 оптически связан с входом матрицы фотоприемников 3, выходы фотоприемников 3 электрически связаны с соответствующими входами матрицы синхронных детекторов 4, выход модулирующего генератора 9 соединен с управляющим входом модулирующего зеркала 8 и вторыми входами всех элементов матрицы синхронных детекторов 4, выход каждого элемента матрицы синхронных детекторов 4 соединен с входом соответствующего данному каналу элемента матрицы арксинусных преобразователей 5, выход каждого элемента матрицы арксинусных преобразователей 5 соединен с входом соответствующего данному каналу элемента считывающего устройства 6, а каждый выход считывающего устройства 6 соединен с соответствующим входом суммирующего устройства 10.

Устройство работает следующим образом. Принимаемое оптическое излучение делится на две равные части светоделителем 7. Отраженный от первого светоделителя 7 световой сигнал отражается от зеркала 1 на первый вход второго светоделителя 2, где смешивается со световым сигналом, прошедшим через первый светоделитель 7 и отраженным от модулирующего зеркала 8. Пусть форма волнового фронта принимаемого оптического излучения описывается функцией F(x,y), где x и y декартовы координаты. Интерференционная картина получается за счет наложения двух пучков, один из которых сдвинут относительно другого в поперечном направлении на величину h, например, вдоль оси х, при этом волновой фронт первого пучка описывается функцией F(x,y), а второго функцией F(x + h,y).

Если интенсивности первого I1 и второго I2 интерферирующих пучков равны между собой и составляют I0, т.е. I1 I2 I0, то результирующая интенсивность Ii на светочувствительной поверхности матрицы фотоприемников 3 в точке с координатами xi и yi будут иметь вид:
I1 = 2Io[1 + cosΔFi(h)],
где ΔFi(h) = F(xi,yi) - F(xi+ h,yi)
При введении фазовой модуляции с малым индексом путем изменения оптической разности хода с помощью модулирующего зеркала 8, на управляющий вход которого подается сигнал с выхода модулирующего генератора 9, электрический сигнал на выходе i-го элемента матрицы фотоприемников 3, описывается формулой:

где k крутизна характеристики фотоприемника; ψ индекс модуляции; W частота модуляции.

Первую гармонику электрического сигнала на выходе i-го фотоприемника можно получить, разложив правую часть предыдущей формулы в ряд Бесселя-Фурье и оставив только первую гармонику

где Jo(ψ) и J1(ψ) соответственно функции Бесселя нулевого и первого порядка.

Электрический сигнал с выхода каждого элемента матрицы фотоприемников 3 поступает на первый вход соответствующего данному каналу элемента матрицы синхронных детекторов 4, а на вторые входы всех элементов матрицы синхронных детекторов 4 поступает сигнал с выхода модулирующего генератора 9. Электрический сигнал на выходе i-го элемента матрицы синхронных детекторов 4 будет пропорциональным sinΔFi(h). Этот сигнал, пройдя через i-ый элемент матрицы аpксинусных преобразователей 5, становится пропорциональным ΔFi(h).

Функция F(x,y) может быть восстановлена с помощью интегрирования. Т.к.


то
Поэтому восстановление формы волнового фронта может быть осуществлено с помощью последовательно соединенных считывающего устройства 6 и суммирующего устройства 10 следующим образом:
, 1≅i≅N,
где N количество элементов матрицы фотоприемников 3 по оси х.

Т. к. частота опроса считывающего устройства 6 может быть сделана значительно выше, чем частота модуляции Ω, по крайней мере, в N • 10 раз, то будет обеспечено высокое быстродействие и точность восстановления формы волнового фронта при его быстрых изменениях.

Похожие патенты RU2065142C1

название год авторы номер документа
ОПТИКО-ЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА 1992
  • Живицкий Игорь Викторович
RU2011207C1
Способ определения частоты и амплитуды модуляции фазы волнового фронта, создаваемого колебаниями мембраны клетки 2020
  • Левин Геннадий Генрихович
RU2743973C1
Датчик волнового фронта 1988
  • Янов Владимир Генрихович
  • Живицкий Игорь Викторович
SU1589070A1
Устройство измерения распределения показателя преломления прозрачных образцов 2019
  • Минаев Владимир Леонидович
  • Левин Геннадий Генрихович
  • Иванов Алексей Дмитриевич
RU2727783C1
Способ определения степени и места возмущения зонной волоконно-оптической системы охраны объектов и устройство для его реализации 2015
  • Хопов Владимир Викторович
RU2695415C2
МЕТОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЦИФРОВЫХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ МИКРООБЪЕКТОВ 2015
  • Мачихин Александр Сергеевич
  • Пожар Витольд Эдуардович
RU2601729C1
Прибор для определения размеров частиц 1990
  • Чехович Евгений Казимирович
  • Лакоза Игорь Михайлович
  • Дударчик Анатолий Иванович
  • Ляшевич Анатолий Сергеевич
SU1800318A1
Способ определения координат изменения структуры клетки по фазовым изображениям 2021
  • Левин Геннадий Генрихович
RU2761480C1
Адаптивная оптическая система 1983
  • Поповнин Вячеслав Михайлович
  • Сазанов Борис Яковлевич
SU1094012A1
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ МИКРОСКОП С КОМПЕНСАТОРОМ ОПТИЧЕСКОЙ РАЗНИЦЫ ХОДА 2023
  • Игнатьев Павел Сергеевич
  • Правдивцев Андрей Витальевич
  • Дедкова Нина Дмитриевна
RU2813230C1

Реферат патента 1996 года ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА

Использование: оптическая техника для определения формы волнового фронта принимаемого оптического излучения, например, устройства контроля качества оптических систем. Сущность изобретения: устройство выполнено на основе интерферометра поперечного сдвига по схеме Маха-Цендера с использованием модулирующего генератора, матрицы синхронных детекторов и регистрирующего устройства, который содержит матрицу арксинусных преобразователей, считывающее устройство и суммирующее устройство. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 065 142 C1

Датчик волнового фронта, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные светоделитель, зеркало и матрицу фотоприемников, электрически связанных с регистрирующим устройством, отличающийся тем, что в него введены дополнительный светоделитель и модулирующее зеркало, образующие со светоделителем и зеркалом интерферометр Маха Цендера, а также модулирующий генератор и матрица синхронных детекторов, соединенных соответствующими выходами матрицы фотоприемников, регистрирующее устройство состоит из матрицы арксинусных преобразователей, считывающего и суммирующего устройств, при этом выход модулирующего генератора соединен с управляющим входом модулирующего зеркала и вторыми входами всех элементов матрицы синхронных детекторов, выход каждого элемента матрицы синхронных детекторов соединен с входом соответствующего данному каналу элемента матрицы арксинусных преобразователей, выход каждого элемента матрицы арксинусных преобразователей соединен с входом соответствующего данному каналу элемента считывающего устройства, а каждый выход считывающего устройства соединен с соответствующим входом суммирующего устройства.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2065142C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Г.И.Федоров, Л.А.Новицкий, А.С.Гоменюк и др
Лабораторные оптические приборы./ Под ред
Л.А.Новицкого
М.: Машиностроение, 1979, с.177-181
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Харди Дж.У
Активная оптика
Новая техника управления световым лучом
ТИИЭР, 1978, т.66, с.48-51
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Адаптивная оптика
Сб
статей под ред
Э.А
Витриченко
М.: Мир, 1980, с
Переставная шейка для вала 1921
  • Булгаков С.М.
SU309A1

RU 2 065 142 C1

Авторы

Живицкий Игорь Викторович

Янов Владимир Генрихович

Даты

1996-08-10Публикация

1993-06-22Подача