Датчик Гартмана Советский патент 1987 года по МПК G01M11/02 G02B27/54 

113

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано в оптическом приборостроении при разработке устройств контроля качества оптических детагсей и определения фазовых искажений в про- зрачньтх оптических средах.

Цель изобретения - увеличение оперативности измерений путем повышения контраста изображений пятен гартма- нограммы.

На фиг.1 представлена оптическая схема датчика; на фиг.2 фотометрическое сечение отдельного пятна гартма- нограммы, без фазового ножа; на фиг.З - то же, после установки фазового ножа.

Датчик содержит источник 1 света, диафрагму 2 Гартмана, фокусирующий элемент 3, фазовый нож 4, фотоприем- ник 5. Диафрагма Гартмана 2 может устанавливаться как до фокусирующего элемента 3, так и после него. Фазовый нож 4 расположен на оптической оси в плоскости, оптически сопряженной по- средством фокусирующего элемента с источником света и может быть выполнен, например, в виде сдвигающей фазу на Ti радиан ступеньки. При некогерентном освещении, например от звезды в качестве фазового ножа можно исполь зоват) пластину Кастлера (нож Кастле- ра). Такой нож работает как преобразователь Гильберта в широком диапазоне спектра,

Работу устройства можно рассмотреть на примере контроля качества главного зеркала телескопа.

Источник света 1 освещает; через диафрагму Гартмана 2 объект контроля фокусирующий оптический элемент 3. Диафрагма Гартмана 2 вьщеляет ряд зон изучаемого волнового фронта. Изоражения зон получаются в плоскости установки фотоприемника 5. При этом изображения пятен получаются после прохождения светом плоскости фокусировки излучения, в которой установле фазовый нож 4. Изображение каждой зоны в случае, когда фазового ножа нет имеет распределение интенсивности, показанное на фиг.2, Это распределение имеет плавный ход, близкий к экспоненциальному, т.е. границы и центр пятна размыты,

Введение фазового ножа приводит к тому, что низкие частоты фазовых искажений, близкие к нулевой частоте и

12

присутствующие в измеряемом волновом фронте, дают подсветку в центре пятен., мало отличающуюся от шумов (фиг.З). Б то же время высокие частоты образуют пики интенсивности на краю пятен. При этом большая часть энергии концентрируется -в боковых пиках и пятна получаются резко очерченными по краю, Б этом случае отпадает необходимость обязательного применения фотог рафических процессов и можно осуществить регистрацию гарт- манограммы в реальном времени. Если фотографические процессы все же применяются, то для регистрации гартма- нограммы с повышенным контрастом требуется значительно меньшая экспозиция, чем в известных датчиках.

В результате применения фазового ножа контраст в изображении пятен по- вьш.1ается по крайней мере в 5 раз. После сформирования гартманограммы центры пятен могут определяться как обычным способом - на координатографе, так и фотоэлектрическим способом например, с применением диссектора в качестве фотоприемника, что становится возможным за счет высокого контраста и резкого оконтуривания границ пятна. Точность определения местоположения пятен возрастает при этом в 7 раз,,

Точность центровки фазового ножа, дефекты его изготовления и размещения в плоскости изображения в этом случае несущественны, так как оконту- ривание изображения наблюдается во всех этих случаях, а перечисленные дефекты приводят лишь к появлению слабого фона внутри пятна. К достоинствам такого датчика относится и то его свойство,, что он использует полностью всю световую энергию, что особенно важно при испытаниях телескопов по звездам, когда требуются длитель- ные экспозиции. Кроме того, применение фазового ножа позволяет автоматизировать измерение гартмановским датчиком флуктуации фазы объекта, например, атмосферы без применения фотографии, что было невозможно в известной конструкции датчика.

Формула изобретения

Датчик Гартмана, содержащий расположенные на оптической оси источник света, диафрагму Гартмана, фокусирующий элемент и фотоприемник, о т л и3

чающийся тем, что увеличения оперативности измерений путем повьшения контраста изображений пятен гартманограммь, в него введен

13125114

, с целью фазовый нож, расположенный на оптической оси в плоскости, оптически со пряженной посредством фокусирующего элемента с источником света.

ческой оси в плоскости, оптически сопряженной посредством фокусирующего элемента с источником света.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при разработке устройств контроля качества оптических деталей и определения фазовых искажений в прозрачных оптических средах. Цель изобретения - увеличение оперативности измерений путем повышения контраста изображений пятен гартманограммы. На оптической оси датчика в плоскости, оптически сопряженной с источником 1 света с помощью фокусирующего элемента 3, установлен фазовый нож 4. Диафрагма 2 Гартмана вьщеляет при освещении через нее контролируемого фокусирующего оптического элемента 3 ряд зон излучаемого волнового фронта, изображения которых в виде пятен получаются в плоскости установки фотоприемника 5. Использование фазового ножа 4 приводит к тому, что присутствующие в измеряемом волновом фронте низкие частоты фазовых искажений дают подсветку в центре пятна, а высокие частоты - пики интенсивности на его краю. Датчик позволяет автоматизировать измерение флуктуации фазы объекта без применения фотографии. 3 ил. с (Л оо ю ел ФигЛ

Фиг. 2

Редактор П.Гереши

Составитель В.Кравченко

Техред Л.Сррдюкова; Корректор С.Черни

Заказ 1970/44Тираж 522Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Фи&.3