Способ измерения оптических параметров оптических элементов и систем Советский патент 1992 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной технике для измерения коэффициентов пропускания объективов и коэффициентов отражения плоских зеркал.

Известен способ измерения коэффициента пропускания объектива, заключающийся в том, что освещают объектив расходящимся диафрагмированным пучком лучей, отражают этот пучок в обратном направлении плоским автоколлимационным, зеркалом, разделяют падающий на объектив и выходящие из него после отражения от зеркала пучки лучей полупрозрачным светоделителем. Затем фокусируют излучение на чувствительную площадку фотоприемника и последовательно регистрируют сигналы на его выходе при установке в ходе пучка лучей контролируемого объектива и затем эталонного сферического зеркала 1. Основным недостатком известного способа является необходимость периодической дополнительной точной аттестации плоского и сферического зеркал, что усложняет способ, т.к. требует проведения дополXIСЬ V| GO

2

R

нительных измерений коэффициентов отраения зеркал другими способами и на других установках и неизбежно вносит ополнительные погрешности в измерения. Другим недостатком известного способа является наличие в ходе пучка лучей полупрозрачнойсветоделительнойпластинки, на которой теряется более 75% потока йзлучения. Ј

г

На иболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения оптических параметров оптических элементов и систем 2, заключающийся в том, что в качестве контролируемых берут не менее двух оптических элементов, устанавливают их на одной оптической оси, освещая расходящимся пучком лучей с апертурным углом, близким к апертурному углу установленного первым объектива, регистрируют при этом сигнал а, а на его выходе формируют параллельный пучок лучей, регистрируют сигнал b от сфокусированного вторым объективом потока фотоприемником. После операции измере- ния сигнала с фотоприемника после пропускания излучения через первый и второй объективы устанавливают на оптической оси вместо первого объектива третий объектив, формируют на его выходе параллельный пучок лучей и регистрируют фотоприемником сигнал с, устанавливают на оптической оси вместо второго объектива первый объектив и регистрируют фотоприемником сигнал d от сфокусированного первым объективом потока. По полученным результатам определяют оптические параметры всех трех объективов по формулам

П

Т2 -

тз

Основным недостатком известного способа является его сложность, что связано с необходимостью контроля не менее трех объективов. Во многих случаях при изготовлении сложных оптических систем (объективов) большого диаметра изготавливаются или имеютсяв наличии только два объектива приблизительно одинакового диаметра: собственно контролируемый объектив и оптическая система (коллиматор) для его атте- стации. Для контроля и настройки коллиматора в большинстве случаев используется плоское автоколлимационное зеркало. Изготовить дополнительно третий объектив для контроля известным способом крайне трудоемко и сложно.

Другим недостатком известного способа является снижение точности измерений при нестабильности источника излучения. Целью изобретения является упрощение способа контроля оптических параметров оптических элементов и систем.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения оптических параметров оптических элементов и систем,

заключающемуся в том, что в качестве контролируемых берут не менее двух оптических элементов, устанавливают их на одной оптической оси, освещая расходящимся пучком лучей с апертурным углом, близким

к апертурному углу установленного первым объектива, регистрируют при этом сигнал а, а на его выходе формируют параллельный пучок лучей, регистрируют сигнал b от сфокусированного вторым объективом потока

фотоприемником, по полученным результатам определяют оптические параметры элементов, после операции измерения сигнала с фотоприемника после пропускания излучения через первый и второй объективы,

устанавливают за первым объективом плоское зеркало перпендикулярно оптической оси, а фотоприемник устанавливают перед первым объективом в ходе отраженного от зеркала излучения, регистрируют сигнал с

c фотоприемника.заменяют первый объектив вторым, регистрируя сигнал d, а оптические параметры т, ti - коэффициенты пропускания первого и второго объективе з соответственно и р - коэффициент отражения

зеркала определяют из следующих выражений:

. i- /

«-.

T1 i

„ Vc

Р-БКроме того, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения влияния нестабильности источника излучения повторяют операцию измерения излучения на входе перед каждой последующей опера-- цией, а гч, 72 ир определяют по формулам

0

4 h2

Г1

с аз

a -d

Э2

Г2

d 32

rf

с аз

- $

с d

b 32 аз

при этом 31 - сигнал от потока излучения на входе при последовательной установке двух объективов, 32 и аз - при установке зеркала соответственно за первым объективом и за вторым.

На чертеже показаны оптическая измерительная схема и ход лучей при проведении измерений.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Берут в качестве контролируемых два положительных объектива с коэффициентами пропускания т и тг и плоское зеркало 3 с коэффициентом отражения р, приблизительно одинакового диаметра. Объективы 1 и 2 размещают в ходе пучка лучей последовательно на одной оптической оси между апертурной диафрагмой 4 с установленной за ней фокусирующей системой 5 и фотоприемником 6, соединенным с регистрирующей системой 7. Фокальную плоскость объектива 1 совмещают с фокусом фокусирующей системы 5, при этом между объек- тивами 1 и 2 формируется параллельный пучок лучей. Глае ый луч расходящегося пучка лучей после фокусирующей системы 5 наклонен на угол а 0,05-2,0 угл. град, к оптической оси объективов 1 и 2. Вблизи фокуса фокусирующей системы 5 размещают чувствительную площадку фотоприемника 6 и регистрируют сигнал а, пропорциональный потоку излучения, поступающему на вход системы из объективов 1 и 2. Переустанавливают фотоприемник 6 чувствительной площадкой вблизи фокуса объектива 2 и регистрируют сигнал Ь, пропорциональный потоку излучения после объективов 1 и 2.

Устанавливают за объективом 1 перпендикулярно его оптической оси плоское зеркало 3 и отражают пучок излучения в обратном направлении вновь на объектив 1. Дважды прошедший объектив 1 пучок излу- чения соберется в фокальной плоскости этого объектива на расстоянии Д 2 tga от построенного фокусирующим объективом 5 (с фокусным расстоянием тф) изображения используемого источника излучения (не по- казан}. Таким образом входящий в объектив 1 и выходящий из него пучки излучения пространственно разделяются, что позволяет провести измерения на выходе системы (сигнал с на регистрирующем приборе 7, пропорциональном потоку излучения, дважды прошедшему объектив 1).

Повторяют вышеуказанные операции при установке между фокусирующим объективом 5 и плоским зеркалом 3 контролируе- мого объектива 2 и регистрируют сигнал d, пропорциональный потоку излучения после двухкратного прохождения объектива 2 и отражения от зеркала 3.

При проведении измерений установ- ленный за фокусирующей системой 5 контролируемый объектив освещают пучком лучей с апертурным углом , близким к

апертурному углу U контролируемого объектива, при этом U (1),

иф агст.д0 . ,, (2),U arctg7r

f. ТАЛ

DC

(3

Ф- - f - - -& 1 f 1 V /

контр.

где Da - диаметр апертурной диафрагмы 4, DCB. - световой диаметр контролируемого объектива, f« oHTp. - его фокусное расстояние.

Если фокусные расстояния объективов 1 и 2 значительно отличаются друг от друга, то при смене необходимо перед проведением измерений установить диаметр Da апертурной диафрагмы 4, обеспечивающий выполнение условия (1).

По результатам измерений с учетом двухкратного прохождения потока излучения через контролируемый объектив получаем систему уравнений с тремя неизвестными величинами n, T2 и р.

- Т1-Т2,

. .

(4)

Решая полученную систему уравнений, получаем

Ч2

(6);

а ; d „ Vc d ,-r. . CO

(5)

32

Для увеличения точности измерений за счет уменьшения влияния нестабильности источника излучения операцию измерения потока излучения на входе в контролируемые системы осуществляют перед каждым измерением величин Ь, с, d, при этом регистрируют сигналы ai, 32, аз соответственно, коэффициенты пропускания т и Г2 объективов и коэффициент отражения р зеркала 3 определяют по формулам

и -||4 Ю

А

af -с аз

(10)

полученным при решении системы уравнений

Ь

31

т -тг

(11)

Ј-« -

Использование указанного способа значительно упростит измерение оптических параметров оптических элементов и систем за счет уменьшения числа используемых при измерениях объективов, при этом дополнительно измеряется и коэффициент отражения плоского зеркала. Точность измерений предлагаемым способом увеличена за счет уменьшения влияния нестабильности источника излучения на результаты измерений.

Формула изобретения 1. Способ измерения оптических параметров оптических элементов и систем, за- ключающийся в том, что в качестве контролируемых берут не менее двух оптических элементов, устанавливают их на одной оптической оси, освещая расходящимся пучком лучей с апертурным углом, близким к апертурному углу оптического элемента, установленного первым, регистрируют этот сигнада, а на его выходе формируют параллельный пучок лучей, регистрируют сигнал b от сфокусированного вторым оптическим элементом потока фотоприемником, по полученным результатам определяют оптические параметры, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа за счет уменьшения числа оптических элементов, после операции измерения сигнала с фотоприемника после пропускания излучения через первый и второй элементы устанавливают за первым оптическим элементом пло0

ское зеркало перпендикулярно оптической оси, а фотоприемник устанавливают перед первым оптическим элементом в ходе отраженного от зеркала излучения, регистрируют сигнал с с фотоприемника, заменяют первый оптический элемент вторым, регистрируют сигнал d, а оптические параметры Г| и Г2 - коэффициенты пропускания первого и второго оптических элементов соответственно и р - коэффициент отражения зеркала определяют из математических выражений

г

Г1

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью повышения точности, повторяют операцию измерения излучения на входе перед каждой последующей операцией, ri, Т2 и р определяют по формулам

5

Г1

4 ь с аз

rf-d

32

Т2

4

d 32

с аз

,-Л

b 32 аз

при этом at - сигнал от потока излучения на входе при последовательной установке двух 0 оптических элементов; 32 и аз - при установке зеркала соответственно за первым оптическим элементом и за вторым.

Использование: изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной технике для измерения коэффициентов пропускания объективов и коэффициентов отражения плоских зеркал и позволяет повысить точность измерений, расширить функциональные возможности способа и уменьшить ограничения на количество контролируемых объективов. Сущность изобретения: в качестве контролируемых берут два объектива и плоское зеркало. Устанавливают их поочередно в виде трех комбинаций по два на одной оптической оси, причем первым по ходу пучка лучей устанавливают контролируемый объектив. Освещают контролируемый объектив расходящимся пучком лучей с апер- турным углом, близким к апертурному углу контролируемого объектива. Формируют параллельный пучок лучей на выходе контролируемого объектива и фокусируют излучение вторым объективом на фотоприемник. Регистрируют сигналы на выходе фотоприемника при его установке по ходу пучка лучей до и после контролируемых объективов после повторного прохождения отраженного плоским зеркалом пучка лучей через контролируемый объектив. Повторяют все операции для второго контролируемого объектива и по полученным результатам рассчитывают коэффициенты пропускания объективов и коэффициент отражения зеркала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. w fe