Способ определения числа Френеля оптической системы (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения числа Френеля оптических систем, характеризующего их дифракционное качество, а также позволяет определять ряд геометрооптических параметров, таких как диаметр выходного зрачка, его положение и расстояние от выходного зрачка до параксиального изобретения точечного источника.

Цель изобретения - повьпнение точности опредатения числа Френеля оптической системы.

На фиг. 1 приведено схематичное изображение положений дифракционных максимумов в пространстве изображений оптической системы; на фиг. 2 - схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство для реализации способа содержит передающий блок, в состав которого входит СВЧ-генератор 1 миллиметрового диапазона (например, Г4 104), генератор 2 модулирующего сигнала, аттенюатор 3, излучающая антенна 4, в качестве которой используется открытый срез волновода, направленный ответвитель 5, волномер 6, детекторная головка 7, осциллограф 8. Кроме того, устройство содержит радиооптическую систему 9. Приемный блок вклЕочает антенну 10 опорного канала (например, в виде пирамидального рупора), и приемную антенну 11, в качестве которой также используется открытый срез волновода, детекторные головки 12 и 13, селективные усилители 14 и 15, преобразователь 16 напряжения и самописец 17.

Способ реализуется следующим образом.

СВЧ-сигнал с генератора 1, промодули- рованный по амплитуде низкочастотным сигналом (порядка 10 кГц) с генератора 2, через направленный ответвитель 5 и аттенюатор 3 поступает в антенну 4 и излучается в открытое пространство. Одновременно часть сигнала через направленный ответвитель подается на волномер 6. К выходу волномера подключена детекторная головка 7, сигнал с которой поступает в Y-канал осциллографа 8. Эле.менты б, 7, 8 cxe.Miji позволяют измерять рабочую длину волны СВЧ-гене- ратора.

Если контролируемая оптическая система 9 была рассчитана для работы на конечных расстояниях (типа проекционных оптических систем или систем с небольшим увеличением) то в качестве излучающей антенны 4 можно использовать открытый срез волновода стандартного сечения, раскрыв которого совмещен с плоскостью предметов. В случае проверки систе.мы, рассчитанной на бесконечность (типа фотообъектива), может быть использована антенна в виде пи- рамидаль 1ого рупора с корректирующей линзой, создающая квазиплоскую электромагнитную волну. Радиооптическая система

0

9 фор.мирует изображение точечного источника в виде сложного дифракционного распределения. Вдоль оптической оси с помощью специальной системы сканирования перемещ.ается приемная антенна 11, также выполненная в виде открытого среза прямоугольного волновода етандартного сечения. С антенны II СВЧ-сигнал поступает на детекторную головку 13 и далее на селективный усилитель 15 (например, У2-6),

Q который настроен на частоту модулирующего сигнала. С выхода усилителя низкочастотный сигнал поступает на вход преобразователя 16 напряжения (например, В9-2). На другой вход преобразователя поступает опорный сигнал той же частоты, прощед5 щий через приемную антенну 10, детекторную головку 12 и селективный усилитель 14. С выхода преобразователя напряжения сигнал поступает на вход Y двухкоорди- натного самописца 17, на вход X которого одновременно подается сигнал с датчика положения сканирующей системы. Таким образом, перо самописца вычерчивает в выбранном масштабе кривую дифракционного распределения интенсивного вдоль оптической оси. Дальнейшее измерение линейных разме5 ров дифракционных максимумов проводится на полученном графике с учетом масштабных соотнощений и в зависимости от выбранного варианта способа определения параметров оптической системы. Необходимо отметить, что в первом и втором вариантах спо0 соба измерения проводятся на одной фиксированной частоте (длине волны) СВЧ-сиг- нала. Во втором варианте способа измерения проводят дважды, сначала на одной длине волны, а затем на другой, для этого в передающем блоке либо меняют генераторную секцию, либо осуществляют перестройку напряжений на электродах генераторной лампы.

Измерения проводились по описанной выше схеме (фиг. 2) с использованием пер„ вого и второго вариантов прелагаемого способа. Рабочая длина волны СВЧ-генератора выбрана равной 3,9 мм. Передающая антенна в виде открытого среза прямоугольного волновода сечением 3,6Х .8 мм, располагалась на оптической оси объектива на рас5 стоянии 4960 + 5 мм.

Выбор в качестве объекта измерений плосковыпуклой линзы объяснятся простотой выполнения контрольных измерений. В этом случае выходной зрачок совпадает

0 с плоской поверхностью линзы и может быть легко измерен с помощью обычной линейки. Контрольные измерения радиуса сферической поверхности проводились с помощью индикатора часового типа, при этом определялась прогиба в разных точках

- поверхности и полученные данные пересчитывались на искомый радиус. Контрольные измерения дали следуюп ие значения

параметров линзы: радиус выходного зрачка - ai; 295±l мм; радиус сферической поверхности линзы - гк 570±30 мм; фокусное расстояние линзы Г к 970±90 мм (с учетом того, что показатель преломления оргстекла при л 3,9 мм равен п 1,59±0,07 расстояние от выходного зрачка до параксиального изображения точечного источника- R 1200+140 мм. Число Френеля, определенное по выборочным средним значениям параметров а, RK и л, равно ,6.

Измерения, проведенные в соответствии с предлагаемым способом, дали следующие результаты: выборочные средние размеры дифракционных максимумов, полученные на основе прямых изменения, мм: Lo 220;Li 151; L радиус выходного зрачка а и расстояние от него до параксиального изображения точечного источника R, определенные косвенным способом: в соответствии с первым вариантом способа R 1094 мм, а 293 мм в соответствии с вариантом R 1114 мм, а 298 мм.

Полученные значения параметров а и R хорошо согласуются со средними выборочными значениями этих параметров, определенными при контрольных измерениях.

Формула изобретения

1. Способ определения числа Френеля оптической системы преимущественно в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах включающий операции освещения точечным источником исследуемого объектива и регистрацию распределения энергии в дифракционной картине вдоль оптической оси, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, измеряют расстояние между минимумами энергии главного максимума (Lo) и первого положительного (Li) или главного (Lo) и первого отрицательного (Li) или двух боковых максимумов Li, Ь-1)и по найденным значениям определяют число Френеля N по формуле

м а IR

где а - радиус выходного зрачка оптической

системы;

R -расстояние от выходного зрачка до параксиального изображения точечного источника; длина волны, причем

Vl2XLoL i(L+Li: (2Li-Lo)

р 6LnLi(Lo-f LI) (2L, -Lo)(Lo+4L.,

или

г, „ dl2}.LoL i(Lo-f LI (Lo-2L,)

R - 6Lo L 1 (Lp-j-L

Lo-f4L i) (Lo-2L,

или

/;.6Ld 3(L, + L-,)-f

a

(L, + L,)432L, Li) или

p6Li

-L.-L,

2. Способ определения числа Френеля оптической системы преимущественно в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, включающий операции освещения точечным источником исследуемого объектива и регистрацию распределения энергии в дифракционной картине вдоль оптической оси, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, освещение производят последовательно на двух длинах волн, измеряют расстояние между миниумами энергии каждого из главных дифракционных мак- си.мумов (Loi, Lo2) и по найденным значениям определяют число Френеля Н по формуле

а

г

P.R

где а - радиус выходного зрачка оптической

системы;

R -расстояние от выходного зрачка до параксиаьного изображения точечного источника; X -длина волны, при чем

л

LOI Lo2(/v2-Xl) , LOI/-2p, H

, LOI Lo2 { / 2 - A| ) „

r Q

.AiA2( LOI АЗ) (Lo2A2- LoAi) гдеЛ|И.2 - два соседних значения длин

волн.

фиг.1

Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет повысить точность измерений. По первому варианту исследуемый объектив освещают точечным источником и регистрируют распределение интенсивности в дифракционной картине вдоль оптической оси. Измеряют расстояние между минимумами энергии главного и первого положительного максимумов или главного и первого отрицательного максимумов, или двух боковых максимумов и по ним определяют число Френеля. Во втором варианте освешение производят последовательно на двух длинах волн, а расстояние измеряют между минимумами энергии каждого из главных дифракционных максимумов. Приводятся формулы для определения числа Френеля в каждом варианте. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. к ГС 4;. С