Интерференционный датчик волнового фронта Советский патент 1983 года по МПК G01J9/02 

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в интерференционных приборах контроля.

Известен интерференционный датчик волнового фронта, который: содержит интерферометр и сканирующий фотоприемник. Исследующую интенференционную картину регистрируют сканирующим фотоприемником. Вся обработка интерферогра ммьз заключается в определений возмущений волнового фронта по отклонениям интерференционных полос от их идеального положения. При этом все операции измерения и вычисления фазы возлагаются на оператора или ЭВМ 1

Недостатком датчика является отсутствие узлов, обеспечивающих эффективную обработку сигнала интерферограмм, а волновой фронт получается послеобработки на ЭВМ, не входящей 6 структуру устройства. Это сокращает возможности измерений и уменьшает точность вычислений.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является интерференционный датчик водноводного фронта, содержащий установленные последовательно интерферометр, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов 2 ,

Недостатками известного датчика являются сложность конструкции, малое быстродействие и невысокая точность Определения амплитуды и фазы измеряемого, волнового фр.онта.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности определения амплитуды и фазы измеряемого волнового фронта.

Эта цель достигается тем, что -в интерференционном датчике волнового фронта, содержащем установленные последовательно интерферометр, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов ,последний состоитиз двух фильтров и преобразователя декартовых коордийат в полярные, при этом входы фильтров подсоединены к выходу сканирующего фотоприемника, а выходы к входам преобразователя декартовых координат в полярные, причем частотные характеристики фильтров fj и fn определяются по формулам

i JQ (оо - Wo V 52 (00+ОЬ о )1

М

(w-Wo)-S2(cofWol j

где i - мнимая единица;

СО - пространственная частота;

Шд- частота полос интерферограммы;

S2 - действительная функция спектрального окна, эффективная ширина которой равна ширине спектра пространственных частот исследуемого волнового фронта.,

На чертеже представлена схема предложенного интерференционного датчика волнового фронта.

Интенференционный датчик волнового фронта содержит интерферометр 1, на выходной оптической оси которого расположен сканирующий Фотоприемник 2, выход которого параллельно подключен к входам фильтров 3 и 4, а выходы каждого из фильтров соответственно подключены к входам преобразователя 5 декартовых координат в полярные.

Устройство работает следуквдим образом.

Интерференционная картина исследуемого волнового фронта создается внутренней оптической схемой используемого интерферометра 1 на оптической оси его выходного люка. На этой же оси располагается сканирующий фотоприемник 2.

В правильно сформированной интерференционной картине информация об исследуемом объекте сосредоточена в узкой области вокруг частотыWg, которая равна часто ге полос на интерференционной картине. Воздействуя на сигнал, соответствующий интерференционной картине, полосовым фильтром с | импульсной характеристикой Q и соответственно частотной характеристикой ..

(u)(, (blQWe ai,

со

где t - временная переменная,со - частота, можно выделить информацию об объекте исследования. Эта информация представляет собой действующую час.ть аналитического сигнала и ее недостаточно для определения амплитуды и фа-зы объекта. Для их определения нужно знать мнимую составлякяцую аналйтического сигнала, котррая получается при воздействии На сигнал ийтерференциойной картины фильтра с импульсной характеристикой (J (t)sin и соответственно частотной характеристикой

(ы-ио)-(соШоО.

Сигнал с фотоприемника 2 поетупаг ет на, входы параллельно подключенных к фотоприемнику фильтров 3 и 4. Импульсная и частотная характеристики этих фильтров выбираются по указанной зависимости

После фильтрации в фильтрах 3 и 4 сигналы одновременно поступают на два входа преобразователя 5 декартовых координат в полярные. Декартовы координаты - действительная u(t) и мнимая v(t), составляющие сигналы интерференционной картины, полученные в фильтрах 3 и 4, преобразуются в блоке 5 в полярные координаты - амплитуду А.и фазу ф в соответствии с

правилами

)V(i).

-ei

Ч

где Р - оператор вычисления арктангенса, по модулю .2 ll. Ери работе датчика интерферометр 1 настраивается таким образом, чтобы число полос в интерференционной картине превышало максимальную частоту в спектре пространственных частот исследуемой волны по крайней мере в три раза. Эффективную ширину спект рального окна Si (()) выбирают, исполь зуя априорную информацию об исследу4мом объекте например, распределение дефектов по поверхности оптической детали или их частотный спектр. При отсутствии таких сведений действуют методой проб. Так, после первого из:мерения детали получают информацию о. спектре частот искажений волнового фронта, настраивают интерференционную картину по числу йолос, затем. . .измеряют датчиком амплитуду и фазу объекта, получают сведения 6 спектральном составе дефектов волнового фронта. При этом точной настройки интерференционной картины по частоте не требуется. Достаточно, чтобы число полос было больше, по крайней мере в три раза, максимальной частоты в спектре частот исследуемого объекта. Функциональный вид спектрального окна в области пространственных частот в простейшем случае прямоугольный. Такой формы достаточно для решения задачи получения значений амплитуды и фазы исследуемого объекта.

Интерференционный датчик волнового фронта может работать в сочетании с известными интерференционными серийными приборами, например, с интерферометрами типа ИТ-172,. ИКП-1, ИКП-2, ИКАП-lj ИЗК-462, ПК-452 без их переделки, а также с.приборами ти па ИАБ-451 в интерференционной схеме работы этих приборов с лазерным источником света при исследовании оптических неоднородноетей прозрачных . Прямое применение датчика с сеЁЖЙНЫМИ интерферометрами в опти4еском приборост.роении, например, при изготовлении крупногабаритных зеркал

астрооптики, даст значительный эффект при цеховом контроле и аттестационных испытаниях. Кроме того, датчик приспособлен для максимальной автоматизации измерений на базе cepийг oй аппаратуры. ...

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА, содержащий устаиовленные последовательно интерферометр, сканирующий фогСоприемник и анализатор сигналов,, о т л и ч а ю щ и и - ; с я тем, что, с целью упрощения кон- отрукции, увеличения быстродействия И точности определения амплитуды и i фазы измеряемого волнового фронта, анализатор сигналов состоит из двух фильтров и преобразователя декартовых координат в полярные, при этом входы фильтров подсоединены к выходу сканирукяцего фотоприемника, а выхо- . .ды 7 к входам преобразователя декартовых координат,причем частотные характеристики фильтров, i к { соответствуют формулам.. i S7ioJ-WoU9lLO Wol . (.оз-й5о)- 1ЫЮЗоП, 1де i - мнимая единица; to - пространственная частота;. g частота полос интерферрграм(Л мы; SJ - действительная функция спектс рального окна, эффективная ширина которой равна, ширине . спектра пространственных. g . частот исследуемого войново-. го фронта. ю 4; ч { О) L.