Способ контроля качества объектива Советский патент 1989 года по МПК G01M11/02 

рактеристики объектива.

На фиг.1 приведена функциональная оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2

график распределения амплитудного коэффициента пропускания пространственного фильтра, формирующего предложенный типовой сигнал; на фиг.З - его Фурье-спектр при неограниченном размере фильтра; на фиг.4 - фрагмент Фурье-спектра при ограниченном размере фильтра для идеального объектива - (сплошная линия) и объектива с аберрациями (пунктир)„

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит (фиг.1) когерентную осветительную систему 1, пространственный фильтр 2, формирующий типовой сигнал, контролируемьй объектив 3, плоскость 4 регистрации. Устройство работает следующим образом.

Когерентная осветительная.система 1 формирует плоскую однородную . волну, которой освещается объектив 3. Пространственный фильтр 2, поме- щенньй в плоскость входного зрачка объектива 3, осуществляет пространственную модуляцию освещающей плоской волны. В результате преобразования /Фурье, выполняемого объективом 3, в его плоскости изображения - задней фокальной плоскости формируется Фурье-спектр фильтра 2, распределение интенсивности в котором регистра руется в плоскости 4 регистрации.

В известном способе пространствен ньй фильтр преобразует плоскую вол

Такой фильтр может быть пол например, путем наложения двух пластинок с зарегистрированными моническими решетками с несущей пространственной частотой и ча огибающей.

Амплитудньй коэффициент проп

ну в набор из двух сферических волн

с центрами расходимости, расположен- JQ кания такого фильтра меет ввд ными симметрично вне оптической оси. у. -ч

Амплитудньй коэффициент пропускания пространственного фильтра в виде непрозрачного диска с двумя отверстиями, реализующего такой типовой сигнал, равен (при неограниченном размере фильтра)

t (f) (Ао+Всо82|Го, ( ) (A +Bcos 55 Ао24-АоВсо82;ГУ,|.+АоВсо82/Г|)| +

В2

.В2

+|-со8Г2 К tf,) (0, -)1)Л (3)

t((f-,)(). (1)

1(х )4В2со8Ч2(), (2) где В - амплитуда освещающей волны}

а

f 5

0

г

пространственная частота распределения, прямо пропорциональная половине диаметра входного зрачка

фокусное расстояние объек тива.

Как следует из (2), вследствие взаимно однозначного соотношения пространственной частоты и диаметра входного зрачка в известном способе невозможно получить распределения с 5 различными пространственными частотами при неизменном размере входного зрачка и, следовательно, невозмож- но получить частотную характеристику объектива.

30

45

35

40

В соответствии с предлагаемым способом контроля объектива осуществляют пространственную фильтрацию освещающей волны с несущей пространственной частотой, например, по гармоническому закону, модулированной огибающей пространственной частотой. Соответствующий пространственньй фильтр вьтолняется в виде несущей амплитудной гармонической решетки с частотой 0 , модулированной огибаю щей решеткой с частотой О- причем

а,,.

Такой фильтр может быть получен, например, путем наложения двух фотопластинок с зарегистрированными гармоническими решетками с несущей пространственной частотой и частотой огибающей.

Амплитудньй коэффициент пропусJQ кания такого фильтра меет ввд у. -ч

t (f) (Ао+Всо82|Го, ( ) (A +Bcos2;rStf 55 Ао24-АоВсо82;ГУ,|.+АоВсо82/Г|)| + /

В2

.В2

+|-со8Г2 К tf,) (0,. -)1)Л (3)

5

где A(j - постоянная составляющая решеток;

В - амплитуда решеток. Распределение поля в плоскости изображения объектива в этом случае имеет следующий вид (при идеальном объективе и освещающей волне с единичной амплитудой);

V(x ),)+A,B(f(2J,-i/ ) + + с(4 + , )+AoBfcf(y, -ti )+/()/, + ) +

(v;,-i,)-i/zl+cr(i;,-;j, )

(

где J/, x /;if .(4)

Соответственно получим распределение интенсивности

I (х ) Al (Г (У, )+А„ 2 1, - V )+ (l.V/,) (Г(У,-Vp + ,).

1-М(.-)(,-,)

).)-. (5)

На фиг.26 схематически представлено такое распределение интенсивности, получаемое в предлагаемом способе.

Из (5) и фиг.26 видно, что в предлагаемом способе Фурье-спектр включает три триады составляющих - цент- .ральную и две симметричные боковые. Центральная триада содержит нулевую и две симметричные составляющие первого порядка спектра огибающей частоты 2. расположенные от оптической оси на расстоянии

Х i4Af . - (6)

Каждая боковая триада содержит составляющую первого порядка спектра несущей пространственной частоты j/ , отстоящую от оптической оси на рас- стоянии Х l,.lif , и две симметричные относительно несущей составляющие первого порядка спектра огибающей, отстоящие от несущей на расстоянии Xj .

Расстояние между составляняцими Фурье-спектра в каждой триаде х

513379

опреде.-тяет пространственную частоту регистрируемого распределения:

1 1/Х., ,

Т G

I/,1/(),(7)

откуда пространственная частота оги- бающей равна величине, обратной произведению пространственной частоты распределения интенсивности, длины волны и фокусного расстояния объектива :

15

().

(8)

При этом пространственная частота несущей ) определяет область распре- деления интенсивности в плоскости изображения Л| , т.е. определяет поле зрения объектива, и может быть выражена через его угловое поле

25

зрения Wgp. Х /f , как i, Woe /Я .

(9)

При наличии у объектива аберраций Фурье-спектр размывается и рас- 20 пределение интенсивности опысывает- ся более сложным выражением:

l(x )|j/(x )eh(X; X )/S (10)

35 где h(X; х )

f(P(f; X )| - функция рассеяния о объектива при бесконечно удаленной предметной плоскости (X)

40и плоскости изображения (х ) в задней фор1 альной плоскости объектива. P(f; х )

45 cxp(jkCp(|;

X )1- аберрационная функция

входного зрачка ; X )- волновая аберрация

объектива; 50Ф - символ преобразования

Фурье; .

На фиг.4 показан фрагмент распределения интенсивности (10) при от- ее сутствии аберраций (сплошная линия) и наличии аберраций (пунктир).

На фиг.4 видно, что аберрации объектива уменьшают контраст состав- .ляющих Фурье-спектра по сравнению с

(|i

идеальным случаем. Поэтому в предлагаемом способе качество объектива оценивают по величине контраста:,; п При этом, по измеренным величинам контраста на различных пространственных частотах распределения получают частотно-контрастную характеристику объектива, по которой с большой достоверностью судят о качестве работы объектива в когерентном спектро- анализаторе,

Формула изобретения

Способ контроля качества объектива, включакхций освещение его плоской когерентной волной, пространственно модулированной в плоскости входного зрачка объектива, регистрацию распределения интенсивности в задней фокальной плоскости объектива и анализ отступления формы полученного рас

пределения интенсивности от идеальной, отлич ающийся тем, что, с целью повьпиения емкости способа за счет возможности определения частотной характеристики объектива, модулирующую функцию формируют в виде гармонического сигнала с несущей частотой, определяемой по формуле

i,w,p/;j.

где Wpg. - угловое поле зрения объектива;

Я длина волны излучения.

которая модулирована гармонической огибакицей с частотой

i4 i4af ,

где У - пространственная частота в

плоскости регистрации; f - фокусное расстояние объектива.

Предлагаемый способ предназначен для контроля объективов, работающих в когерентной оптике. В плоскости зрачка объектива 3 устанавливается пространственный модулятор 2, освещаемый плоской волной. Модуляция производится по гармоническому закону с несущей ν₁ = W_об/λ, где W_об - угловое поле зрения объектива

λ - длина волны излучения. Модулирующая функция содержит огибающую, частота которой определяется из формулы ν₂ = 1/ν₀λF¹, где F¹ - фокусное расстояние объектива

ν₀ - пространственная частота в плоскости регистрации. Спектр, образующийся в фокальной плоскости, состоит из трех триад. При наличии оберрации контраст между максимумами и минимумами распределения интенсивности уменьшается, что позволяет определить значение частотно-контрастной характеристики для данной частоты модуляции. 4 ил.

Jpru.eB,

(V

0ui.2

f-r,,T-,vi) -v;o rt7-nT / f)

CPKJ

Yi

y,

1р1/г.4