Способ контроля качества объектива и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно - к когерентным методам и аппаратуре для контроля объективов с вынесенным входным зрачком, используемых в системах пространственной фильтрации.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 показана оптическая схема устройства для осуществление способа: на

фиг.2 - вид А на фиг 1; на фиг 3 изображен ход лучей в одном из оптических элементов устройства - плоскопараллельной пластине.

Сущность способа заключается в освещении обьектива тремя когерентными сферическими волнами с центрами расходимости, размещенными п плоскости входного зрачка обьектива один из которых расположен на оптической оси а дна дру гих - внеосевых - симметрично относительно первого, регистрации интерференционной картины в задней фокальной плоскости объектива и последующей оценке качества по сдвигу интерференционных полос вдоль прямой, параллельной прямой, соединяющей центры расходимости сферических волн, причем сдвиг осуществляют путем периодического изменения во времени фазы сферической волны с центром расходимости на оптической оси и фазы одной из сферических волн с внеосевым центром расходимости, при этом фаза осевой сферической волны вдвое превышает фазу вне- осевой сферический волны. Устройство для реализации способа содержит (фиг.1) расположенные последовательно на оптической оси лазер 1, телескопическую систему 2, оптический элемент 3 в виде двух жестко связанных между собой плоскопареллель- ных стеклянных пластин, пространственный фильтр 4 в виде размещенного в плоскости входного зрачка объектива 5 непрозрачного диска с тремя отверстями, одно из которых расположено на оптической оси, а два других вне ее симметрично относительно первого, а также регистрирующее устройство 6 в задней фокальной плоскости объектива 5. Одна из плоскопараллельных пластин 7 оптического элемента 3 перекрывает (оптически сопряжена) осевое отверстие фильтра 4, а другая пластина 8 перекрывает одно из внеосевых отверстий фильтра 4. Причем толщина внеосевой пластины 8 вдвое больше толщины осевой пластины 7. Оптический элемент 3 имеет возможность поворота - периодического качания - вокруг оси 9, перпендикулярной оптической оси и смещенной относительно нее.

Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 расширения телескопической системой 2, проходит через плоскопараллельные пластины 7,8 элемента 3 и падает на пространственно-частотный фильтр 4. Фильтр 4 преобразует излучение в набор из трех когерентных сферических волн, две из которых - осевая и внеосевая волны - имеют различные фазовые сдвиги. При этом фазовый сдвиг осевой волны, проходящей через пластину 7 с толщиной di, равен

р -exp{Jkli},

а фазовый сдвиг внеосевой волны, проходящей через пластину 8 с вдвое большей толщиной 2di, равен

2-exp{2Jkli}, где li - di(n-1); k - 2 я/А ;

n - покосаio.ь преломленния стекла пластин,

А- длина волны излучения лазера. Элемент 3 имеет возможность периоди- ческого качания вокруг оси 9. перпендикулярной оптической оси и смещенной относительно нее так, что при повороте пластины1 на угол t/ относительно оптической оси освещенного пучка, угол отклонения пучка в пластине будет равен (фиг.З)

SlnV1 -Sln V

т n т

При малых углах

V/n

Геометрическая длина пути луча в наклоненной пластине станет

ai di/cos V

При качании пластин вокруг оси 9 с угловой скоростью ш угол поворота равен

., гдег- время, и

ai(t) di/cos(w t/n);

)

Аберрационная функция входного зрачка объектива 5 имеет вид

PQ; x)-exp{J НФчетф х)+ Фнеч( : х) (1)

где Фчет( ; X) - Сде Ј + Ссф + Скр)Х2-(2)

четные волновые аберрации;

Фнеч(; х) + СДи tx (3)- нечетные волновые аберрации;

х - координата выходного поля (изобра- жения) объектива - задней фокальной плоскости;

Сде, ССф, Ско, СКр, Сди - коэффициенты элементарных волновых аберраций III порядка - дефокусировки, сферической абер- рации, комы, кривизны поля и дисторсии соответственно.

В результате распределение поля за пространственным фильтром 4 имеет вид трех когерентных расходящихся волн с цен- трами расходимости, симметрично расположенными на оптической оси объектива 5 и вне ее, две из которых - внеосевые волны, искажены фазовой аберрационной функцией зрачка объектива 5, а осевая и одна внеосевая волны имеют дополнительные фазовые сдвиги, т.е.

U( ; х) -S fexpfl k h(t)}l +Sit-kxP{J k ( 0 : x) + Ф„еч(Ј; x)} +toxp{J k h(t)j exp

х)-Фнеч(Г.:х)},«U

где о - дельта-функция Дирана;

«- координата центра внеосевого отверстия.

Объектив 5 осуществляет преобразование Фурье от распределения поля (4), т.е. преобразует сферические волны в плоские,

которые интерферируют в задней фокальной плоскости и образуют интенференцион- ную картину вида

T(x-,f0)-F(uUixfl«exp jke,(t)h exp{jk(P4eT + 0He mp{-jjr(f0;x

+ e p 2jkMi)5 e p{jk eT-PHCjV eN()} +

p( ex i

lie

9,

ee,(t)йен г-ьачУП

Лft JJJ

P{i2fr -X| -exp{jke,(t)} + eKp{jkP4eT x (5J 1 (ҐвхЛе.,Й +

r. Л/ - Ривц ae,(tKi+ e.p{j2fr(V0X-f-f- r-) |.

где U0 - пространственная частота распределения.

Соответствующее распределение ин- тенсивности будет иметь вид:

I(X-,fe)-3 4cos{kP4eT}coe(VeX- J + )2coS 2fr-2(VoX-

,.,

Из выражения (6) следует, что искаженная аберрациями объектива 5 интерференонная картина перемещается параллельно оси. соединяющей центры отверстий фильтра 4.

Сдвиг интерференционной картины вследствие поворота элемента 3 на угол . будет равен

Скорость движения интенференцион- ной картины равна

х ((4-1)1

A1Wd lcos(un/n) 1J UJ

Скорость движения интерференционной картины равна

V - (dxi (t0)t di (n- 1) sin аи

cos2(ut/n)

di(n t/ndiVi)

AV° )2 AN/o

(8)

(npHtwt« 1).

Таким образом, при постоянной угло- 55 вой скорости вращения элемента 3 интен- ференционная картина имеет равноускоренное движение. Однако вид

10

15

20

25

30

и3540

45

55

движения не имеет принципиального значения, так как не влияет на контролируемые параметры (аберрационные, амплитудные, фазовые) искажения интерференционной картины.

Формула изобретения

1.Способ контроля качества обьктива, заключающийся в том, что освещают объектив тремя когерентными сферическими волнами, размещая в плоскости его входного зрачка их центры расходимости, два из которых - внеосевых - симметричны относительно третьего центра, расположенного на оптической оси, затем регистрируй распределение интенсивности интереферен- ционной картины в виде полос в задней фокальной плоскости объктива путем сканирования вдоль прямой, параллельной прямой, соединяющей центры расходимости сферических волн, после чего проводят оценку качества по контрасту и сдвигу ин- терференцинных полос, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, сканирование интерференционных полос осуществляют путчм периодического изменения во времени фазы сферической волны с центром расходимости на оптической оси и фазы одной из сфе- рических волн с внеосевым центром расходимости, при этом фаза сферической волны с внеосевым центром вдвое превышает фазу сферической волны с центром на оптической оси.

2.Устройство для контроля качества объектива, содержащее последовательно расположенные на оптической оси лазер, телескопическую систему, пространственный фильтр, выполненный в виде установленного в плоскости входного зрачка объектива непрозрачного диска с тремя отверстиями, одно из которых расположено на оптической оси, а два других - внеосевых - симметрично относительно него, регистрирующее устройство, размещенное за объективом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено расположенным перед непрозрачным дис- кок4 оптическим элементом, выполненным в виде двух жестко связанных между собой плоскопараллельных пластин из оптически прозрачного материала, первая из которых толщиной, вдвое большей толщины второй пластины, оптически сопряжена с отверстием непрозрачного диска, расположенным на оптической оси, а вторая пластина оптически сопряжена с одним из внеосевых отверстий непрозрачного диска, при этом

пластины установлены с возможностью поворота вокруг оси. расположенной между

ними перпендикулярно оптической оси и смещенной относительно нее.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет повысить точность когерентных методов контроля объективов с вынесенным входным зрачком. Сущность способа заключается в том, что освещают объектив трения когерентными сферическими волнами с центрами расходимости, расположенными в плоскости его входного зрачка, первый из которых - осевой - расположен на оптической оси, а два других - внеосевых - расположены симметрично относительно первого, регистрируют распределение интенсивности интерференционной картины в задней фокальной плоскости объектива и проводят оценку качества по сдвигу интерференционных полос путем периодического изменения фазы осевой сферической волны и одной из внеосевых сферических волн, причем фаза внеосевой сферической волны вдвое превышает фазу осевой сферической волны. Устройство дополнительно содержит установленный между осветительной системой 1, 2 и непрозрачным диском 4 с тремя отверстиями оптический элемент 3 в виде двух пластин 7, 8, жестко связанных между собой. Пластина 7 оптически сопряжена с центральным отверстием, а пластина 8 сопряжена с одним 3 внеосевых отверстий диска 4, расположенного перед контролируемым объективом 5, за которым размещен регистратор 6. Пластины 7, 8 установлены с возможностью поворота вокруг оси 9, перпендикулярной оптической оси, и осуществляют фазовый сдвиг осевой и внеосевой сферических волн. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Bui A

Фиг. г

Фиг.З