Способ получения интерферограмм контроля качества линз и объективов Советский патент 1993 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля качества линз и объективов и может найти применение в производстве, занятом их изготовлением.

Цель изобретения - расширение диапазона контроля по величине фокусного расстояния.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно предлагаемому способу, освещают диффузный рассеиватель когерентным излучением, пропускают диффузно рассеянное излучение через контролируемый объект с заданным значением f фокусного расстояния, записывают на светочувствительной среде голограмму с

помощью плоской опорной волны, смещают рассеиватель и светочувствительной среде голограмму с помощью плоской опорной волны, смещают рассеиватель и светочувствительную среду в плоскостях их размещения, повторно записывают голограмму и регистрируют интерферограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы.

В отличие от известного способа указанное освещение рассеивателя когерентным излучением осуществляют путем его предварительного пропускания через дополнительный рассеиватель, находящийся на расстоянии где I - расстояние от главной плоскости контролируемого объек00

о о со о

го

а до рассеивателя, а смещение рассеивате- я и светочувствительной среды проводят в дном направлении на величины, связаные соотношением , где а и b - соот- ветственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем , где d - диаметр когерентного пучка с длиной волны А в плоскости ополнительного рассеивателя.

В заявляемом способе положительный эффект достигается за счет освещения диффузного рассеивателя диффузно рассеянным излучением и получения вследствие этого интерферограммы бокового сдвига для малых расстояний от контролируемого обьекта до рассеивателя и фотопластинки.

Анализ патентной и научно-технической литературы из нормативно установлен- ного перечня источников информации показал, что в заявляемом техническом решении совокупность отличительных признаков указанное освещение рассеивателя когерентным излучением осуще вляют путем его предварительного пропускания через дополнительный рассеиватель, находящийся на расстоянии L f-l, где I - расстояние от главной плоскости контролируемого обьекта до рассеивателя, а смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением b-af/L, где а и b соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем а Я L/d, где d - диаметр когерентного пучка с длиной волны А в плоскости дополнительного рассеивателя - является неизвестной.

На чертеже изображена одна из возможных схем устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство включает когерентный источник света 1, матовые стекла 2 и 3, узел крепления контролируемого объекта 4, фотопластинку 5, механизмы перемещений б и 7, блок 8 формирования опорного пучка.

Способ реализуется следующим образом. Когерентным излучением от источника 1 освещают матовое стекло 2, и диффузно рассеянное излучение пропускают через матовое стекло 3, находящееся на расстоянии , где f - фокусное расстояние контролируемого объекта в узле крепления 4,1 - расстояние от его главной плоскости до матового стекла 3. Диффузно рассеянное излучение, прошедшее контролируемый объект в узле крепления 4, регистрируется за время первой экспозиции на фотопластинке 5 с помощью плоской опорной волны, сформированной в блоке 8. Перед второй экспозицией сдвигают с помощью механизма перемещения 6 матовое стекло 3 в его плоскости на величину а, а фотопластинку 5 с помощью механизма перемещения 7 в том же направлении на величину b af/L, причем а А L/d, где d -диаметр когерентного пучка с длиной волны А в плоскости матового стекла 2.

Проводят пространственную фильтрацйю записанной таким образом двухэкспо- зиционной голограммы, например, путём ее восстановления малоапертурным лазерным лучом и регистрируют интерферограммы бокового сдвига, характеризующие волновые

аберрации контролируемого объекта.

. Теоретическое обоснование способа заключается в следующем. Пусть комплексная амплитуда прозрачности матового стекла, находящегося в плоскости (xi, yi), равна

T(), а матового стекла, находящегося в плоскости (х2, уз) на расстоянии L, равна t(xa, У2). Тогда в приближении Френеля комплексная амплитуда поля в плоскости (х4, у4) фотопластинки принимает вид:

ui(x4,y4) //////T(xi,yi)t(x2,y2)exp{lk(xi- no

x2)2+(yi-y2) ехр{1к(х2-ха)2+(у2уз) /2И}Р1(хз,уз)ехр1р (хз, уз). Ik(x32+y3)/2f exp{lk(x3-x4)2+(y3-y4)2

/2l2}dxi dyidxadyadxsdys,(1)

где k - волновое число;

H,l2 - соответственно расстояния от

главной плоскости (хз,уз) контролируемой линии до матового стекла и фотопластинки;

Р1(хз,уз)ехр10(хз;уз)- обобщенная функция зрачка контролируемой линзы с фокусным расстоянием f.

Если перед второй экспозицией матовое стекло, находящееся в плоскости (х2,у2), смещается в своей плоскости, например в направлении оси z на величину d, а фотопластинка в том же направлении на величину Ь,

то комплексная амплитуда поля, соответствующая второй экспозиции, в плоскости фотопластинки принимает вид;

оо

U2(x4,y4)//////T(xi,yi)t(x2+a,y2)exp{lk(xiX2)2+(yi-y2)2)/2L} ехР1Н(х2-хз)2+(у2- уз) l/2li}Pi(x3,y3)expi0x3,y3)(x3 +УЗ )/2f explk{(x3-X4+b)2+(y3- У4) 3/2l2}dxidyidx2dy2dx3dys (2) При восстановлении двухэкспозицион- ной голограммы копией опорной волны, если выполняются условия , . причем а: A L/d, где d - диаметр лазерного пучка с длиной волны А в плоскости (XL yi)

матового стекла, дифракционное поле в плоскости фотопластинки определяется выражением

u(x4,y4) exprik(x42+V42Xl2-M)/2l22KT

(/ЛХ4,) (Х4 +У4 )/Л /2L 8 F , Pl(x4.y4№lX4,-W)

КХ4М ky4M 1л.

nir -riTr1®

exp(-ik )Р1(х4,У4)}(3)

где 1/М - 1/h - 1/f + 1/12:/И щ:®-опеkx4M ky/)M

Mb (х42+у42) 12/2U F

рация

со

свертки, F

2,,.2

HI2 Mf

Ill2

/Jt(x2,y2)(x22+y22) щ

(Х2Х4+У2У4)М/11 2 dX2dy2; Pl(X4,y4 e

//Р1(хз.Уз)ехр1((хз,уз)ехр -11 хзх4+узу4)/12 с хзбуз.

Пусть в плоскости голограммы проводится пространственная фильтрация дифракционного поля путем установки в ней непрозрачного экрана с круглым отверстием, центр которого находится на оптической оси, и с помощью положительной линзы с фокусным расстоянием fo, для которой фильтрующий экран является апертурной диафрагмой с функцией пропускания Р2(х4,у4) строится изображение зрачка контролируемой линзы в плоскости (ХБ.УБ). Тогда дифракционное поле двух экспозиций в плоскости (xs.ys) принимает вид:

и(Х5,У5)ехр Кх52+У52)(Х5,У5)& F l(x5,y5)t(«,2X5,-/M-2y5)(x5 +У5 )

it2Mf/2lil2L Pi(- jMaxsoW y PlV (а-з xs,- (x5,y5)t(- fizxs,-nz y5)(x52+y5 ) fi22Mf/2hl2L Pi(- 3x5-33-/f3ys)expi (-,«3x5-3,МЗУ5)}.(H)

где з - расстояние между плоскостями

во

(Х4,У4),(Х5,У5); Р2(Х5,У5) ЯР2(Х4,У4) lk(X4X5+y4y5)/l3 dX4dy4, -----

Fl(X5,y5 T(-JU 1X4, Ц 1У4)(Х42+У42)

Mi2/2L exp -ik{x4X5+y4y5)/l3 dx4dy4;

/2 hl2/Ml3;/ 3 l /lv

Как следует из выражения (4), в пределах перекрытия изображений зрачка контролируемой линзы совпадают идентичные спеклы, и суперпозиция коррелирующих спекл-полей на основании выражения (4) приводит к следующему распределению освещенности в плоскости (х5, у„) регистрации:

I(x5,y5) {1+cos (- Зх5-а, - Зу5)- (-3x5,- Зу5)} F1(x5,y5)t(- 2x5,- 2y5)(x52+y52) 22Mf/2HI2L P2(x5,y5)2.(5)

Как следует из выражения (5), в плоско- 5 сти регистрации наблюдается интерференционная картина, модулирующая спекл-структуру. Интерференционная картина имеет вид интерферограммы бокового сдвига в полосах бесконечной ширины, ко10 торая характеризует осевые волновые аберрации контролируемой линзы. Смещение фильтрующего отверстия по оси X позволяет отфильтровывать интерферограммы бокового сдвига, характеризующие сочетание

15 осевых и внеосевых волновых аберраций, что обуславливает тем самым контроль качества линз и объективов по полю.

По сравнению с прототипом предлагае20 мый способ обеспечивает расширение диапазона контроля по величине фокусного расстояния при малых габаритах голографи- ческой установки, так как для получения интерферограммы бокового сдвига требуемые

25 величины расстояний h и z много меньше, чем в способе прототипе. Для примера, как это следует из Акта испытаний, для контроля линзы с фокусным расстоянием см расстояние от рассеивателя до фотопла30 стинки составляло 30 см. Тогда как в способе прототипе это расстояние должно составлять 4т, т.е. 2 метра.

В экспериментах, реализующих предлагаемый способ, в качестве когерентного ис35 точника света использовалось излучение He-Ne лазера типа ЛГ-44 на 0,63 мкм. Контролируемые линзы имели фокусные расстояния 25-50 см, диаметры 60-100 мм. Матовое стекло и фотопластинка типа Мик- рат ВРЛ крепились на оптических измери40 тельных столиках из комплекта оптической скамьи ОСК-2, с помощью которых осуществлялось их смещение перед второй экспозицией. Опорный пучок формировался с помощью коллиматора типа ВУ-200. Мето45 дика экспериментальных исследований заключаласьв проведении двухэкспозиционной записи голограмм для указанных линз по предлагаемому способу для одного и того же малого расстояния от

50 рассеивателя до фотопластинки 30см. Восстановление двухэкспозиционных голо- грамм проводилось неразведенным лазерным лучом. Интерферограммы регистрировались с помощью фотоаппарата Зе55 нит Е. Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность формирования инртерферограмм бокового . сдвига по заявляемому способу для контроля качества линз и объективов при малых габаритах голографической установки.

Таким образом, предлагаемый способ получения интерферограмм контроля качества линз и объективов решает актуальную задачу, позволяя расширить диапазон контроля по величине фокусного расстояния при малых размерах голографической установки для увеличения ее помехоустойчивости, что имеет важное значение в контрольно-измерительной технике. Формула изобретения Способ получения интерферограмм контроля качества линз и объективов, включающий освещение диффузного рассеива- теля когерентным Излучением, пропусканием диффузно рассеянного излучения через контролируемый объект с заданным значением f фокусного расстояния, запись на светочувствительной среде голограммы с помощью плоской опорной волны, смещение рассеивателя и светочувствительной среды в плоскостях их размещения, повторную запись голограммы и регистрацию интерферограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы, о тличающийо я тем, что, с целью расширения диапазона

контроля по величине фокусного расстояния, указанное освещение рассеивателя когерентным излучением осуществляют путем предварительного пропускания излучения через дополнительный рассеиватель, установленный на расстоянии от диффузного рассеивателя, где I - расстояние от главной плоскости контролируемого объекта до диффузного рассеивателя, а смещение рассеивателя и светочувствительной среды

проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением , где а и b соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем aЈL/d, где d - диаметр когерентного

пучка с длиной волны J в плоскости дополнительного рассеивателя.

Использование: изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля качества линз и объективов и может найти применение в производстве, занятом их изготовлением. Сущность изобретения: способ включает освещение диффузного рассеянного излучения через контролируемый объект с заданным значением фокусного расстояния, запись на светочувствительной среде голограммы с помощью плоской опорной волны, смещение рассеивателя и светочувствительной среды в плоскостях их размещения, повторную запись голограммы и регистрацию интерфе- рограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы. Новым является предварительное пропускание когерентного излучения через дополнительный рассеиватель, находящийся на расстоянии , где I - расстояние от главной плоскости контролируемого объекта до рассеивателя, смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением , где а и b - соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем L/d, где d - диаметр когерентного пучка с-длиной волны Я в плоскости дополнительного рассеивателя. 1 ил. (Л с