Способ определения положения фокальной плоскости оптической системы Советский патент 1988 года по МПК G01M11/00 

Фиг,1

11

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в контрольно-измерительной технике.:

Цель изобретения - повышение точности определения положения фокальной плоскости оптической системы, а также упрощение процесса измерений.

На фиг.1 представлена функциональ ная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - схема хода лучей от центра кривизны волнового фронта (КВФ) источника с дискретным спектром угловых частот через исследуемую оптическую систему (ОС); на фиг.З - схема устройства для определения положения фокальной плоскости (ФЦ) исследуемой ОС, реализующего способ.

На схеме устройства обозйачены пространственно коГ ерентный источник 1 с дискретным спектром угловых частот и определенной КВФ, держатель 2 с исследуемой ОС, регистратор 3 излучения. Пространственно когерентньп ис- точник состоит из источника 4 когерентного излучения, оптической системы, формирующей излучение источника 5, углового селектора 6 (фильтра угловых частот) излучения.

Способ определения положения ФП исследуемой ОС заключается в том, что излучение пространственно коге- рентного источника 1 с дискретным спектром угловых частот и определенной КВФ направляют на исследуемую ОС в держателе 2 и регистрируют в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы. Не изменяя положения плоскости регистрации регистратора 3, изменяют кривизну волнового фронта источника 1 излучения и фиксируют (измеряют) изменение расстояния между полосами, соответствующими опре

деленным угловым частотам источника в указанной, плоскости. Если изменение этого расстояния отлично от нуля то перемещают плоскость регистрации в новое положение и здесь производят измерение изменения расстояния при изменении КВФ источника когерентного излучения. При одинаковом изменении КВФ источника когерентного излучения изменение расстояния между полосами в плоскости регистрации пропорционально величине расфокусировки и может быть использовано для выработки сигнала рассогласования, поступающего на исполнительный механизм относи282

тельного перемещения регистратора и исследуемой ОС вдоль оптической оси. Указанное перемещение производят до i тех пор, пока расстояние между полосами в плоскости регистрации не перестанет зависеть от изменения КВФ источника когерентного излучения. В этом случае плоскость регистрации совпадает с положением ФП исследуемой ОС.

При использовании источника излучения с дискретным спектром угловых частот и определенной КВФ распространение излучения описывается в рамках геометрической оптики как распространение совокупности лучей, исходящих из центра КВФ под углами к оптической оси, определяемыми спектром угловых .частот источника.

Линейное расстояние х между максимумами интенсивности излучения (полосами) в плоскости регистрации, соответствующее угловому расстоянию uq между двумя угловыми частотами из спектра излучения источника, определяется по формуле

X йс. Z,. l-z(-i- - ), ()

где f - фокусное расстояние иссле-

дуемой ОС;

Z - расстояние от центра КВФ источника, когерентного излуче- ния до исследуемой ОС, измеренное вдоль оптической оси; Z - расстояние от исследуемой

ОС до плоскости регистрации. Если расстояние а представить как

Z f .+ uf,

где д - величина расфокусировки, тогда

Z ucf. f. i - - (Z, - f)j ;

(2)

с учетом формулы (2) изменение расстояния между максимумами интенсивности .в плоскости регистрации, обусловленное изменением положения центра КВФ источника, равно

dx uip dzo f- -bf(3)

Из полученного соотношения (3) следует, что в фокальной плоскости, т.е. при if 0, расстояние между максимумами интенсивности не зависит

от относительного положения центра КВФ источника излучения и исследуе- мой ОС.

В случае расфокусировки, т.е. при uf 0, изменение расстояния между максимумами интенсивности в плоскости регистрации, обусловленное изменением положения центра КВФ источника, пропорционально абсолютной величине расфокусировки. При этом знак расфокусировки определяет характер изменения величины X. При , т.е. при Z f из (3), получаем, что

dx .,

. Это значит, что при увеличеО

НИИ расстояния z от центра КВФ источника излучения до исследуемой ОС .происходит уменьшение расстояния х между максимумами интенсивности в плоскости регистрации. И, наоборот, уменьшение величины z приведет к

увеличению х. При uf 0,

dzo

и изменение расстояния х с изменением z носит обратный характер.

Способ определения положения ФП реализуется с помощью устройства, представленного на фиг.З. Источник 4 совместно с оптической системой 5 Создает пучок излучения с определенной КВФ. Угловой селектор 6 пропускает из всего падающего на него углового спектра лишь определенные направления (определенные угловые частоты). После прохождения через исследуемую ОС в держателе 2 излучение с определенным спектром угловых частот попадает на регистратор 3 оптического изл5гчения. Устройство снабжено средством относительного перемещения исследуемой ОС и регистратора вдоль оптической оси, что необходимо для совмещения фокальной плоскости исследуемой ОС с плоскостью регистратора .

В качестве источника 4 когерентного излучения используется лазер непрерывного действия. В качестве оптической системы 5, формирующей излучение и служащей для изменения кривизны волнового фронта, используется ОС с изменяемым эквивалентным фокусным расстоянием. Для зтих целей можно использовать панкратическую ОС.

В качестве углового селектора 6

0 излучения используются интерференционные приборы, обладающие угловой селекцией излучения: эталон и интерферометр Фабри-Перо, плоскопараллелбная пластина, интерферометр Майкельсона,

5 эшелон Майкельсона, пластина Люммера- Герке и т.д.

Формула изобретения

Q Способ определения положения фокальной плоскости оптической системы, заключающийся в пропускании пучка электромагнитного излучения с- временной когерентностью через исследуемую

5 оптическую систему, регистрации прошедшего через систему излучения и определении положения фокальной плоскости по результатам измерения параметров интерференционной картины заQ регистрированного излучения, отличающийся тем, что, с целью повьшзения точности определения положения фокальной плоскости и упрощения процесса измерений, используют источник с пространственно-временной когерентностью, определяют изменение расстояния между интерференционными полосами в плоскости регистрации при изменении кривизны волнового фронта источника, определяют величину и знак расфокусировки по изменению расстояния между интерференционными полосами, осуществляют относительное перемещение исследуемой оптической системы и регистратора до совпадения плоскости регистратора с фокальной плоскостью, о чем судят по неизменности расстояния между интерференционными полосами.

5

0

5

ИТ(1)

1383128

ИС(2) ФП РЩЗ)

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить точность определения положения фокальной плоскости. В способе используют источник 1 с пространственно-временной когерентностью. Излучение источника 1, прошедшее через исследуемую оптическую систему 2, фиксируется регистратором 3. Изменив кривизну волнового фронта источника 1, замеряют изменение расстояния между интерференционными полосами в плоскости регистрации, определяющее величину и знак расфокусировки. Относительным перемещением регистратора 3 и системы 2 добиваются положения, при котором расстояние между интерференционными полосами не зависит от изменения кривизны волнового фронта источника 1. В этом случае плоскость регистрации совпадает с положением фокальной плоскости исследуемой системы 2. 3 ил. (/)

Фиг.2