Способ определения положения фокальной плоскости оптической системы

 

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. (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) 1SD 4 С 01 М 11/00

/ в

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " . ц

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4082609/24-10 (22) 14.05.86 (46) 23.03.88. Бюл. Ф 11 (71) Специальное конструкторское бюро АН ЭССР (72) Я.Г.Соскинд, С.М.Бабиченко и К.Ю.Саар (53) 535.818(088.8) (56) Applied Optics, 1981, у,20, У 7, рр. 1145-1150. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ аОКАЛЬНОй ПЛОСКОСТИ ОПТИЧЕСКой СИСТЕМЫ (57) 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 интерференционвыми 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.

1383128

Изобретение относится к области приборостроения и может быть исполь зовано в контрольно-измерительной технике. .Цель изобретения — повышение точности определения положения фокальной плоскости оптической системы, а также упрощение процесса измерений.

На фиг.1 представлена функциональ- 10 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 15 оптическую систему (OC); на фиг.3— схема устройства для определения положения фокальной плоскости (ФП) исследуемой ОС, реализующего способ.

На схеме устройства обозйачены 20 пространственно когерентный источник

1 с дискретным спектром угловых частот и определенной КВФ, держатель 2 с исследуемой ОС, регистратор 3 излучения. Пространственно когерентньг." ис- 25 точник .состоит иэ источника 4 когерентного излучения, оптической системы, формирующей излучение источника

5, углового селектора 6 (фильтра угловых частот) излучения. 30

Способ определения положения ФП исследуемой ОС заключается в том, что излучение пространственно когерентного источника 1 с дискретным спектром- угловых частот и определенной КВФ направляют на исследуемую OC

Ф в держателе 2 и регистрируют в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы. Не изменяя положения плоскости регистрации регистратора 40

3, изменяют кривизну волнового фронта источника 1 излучения и фиксируют (иэмеряют) изменение расстояния меж« ду полосами, соответствующими определенным угловым частотам источника 45 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

50 излучения. При одинаковом изменении

КВФ источника когерентного излучения изменение расстояния между полосами в плоскости регистрации пропорционально величине расфокусировки и мо55 жет быть использовано для выработки сигнала рассогласования, поступающего на исполнительный механизм относигде f — фокусное расстояние иссле-, дуемой ОС;

z — расстояние от центра КВФ исо точника когерентного излуче. ния до исследуемой ОС, измеренное вдоль оптической оси;

z — расстояние от исследуемой

ОС до плоскости регистрации.

Если расстояние z представить как

z = f + df, где f — величина расфокусировки, тогда

z = bc f 1 — — — (z — f) (2) ье

f 2 о

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

dx

g f

dzo f (3) Иэ полученного соотношения (3) следует, что в фокальной плоскости, т.е. при d f = О, расстояние между максимумами интенсивности не зависит тельного перемещения регистратора и исследуемой OC вдоль оптической оси.

Указанное перемещение производят до 1 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 OC.

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 ьц> между двумя угловыми частотами иэ спектра излучения источника, определяется по формуле

1383128 от относительного положения центра

КВФ источника излучения и исследуе.мой ОС.

В случае расфокусировки, т.е. при йй Ф О, изменение расстояния между

5 максимумами интенсивности в плоскости регистрации, обусловленное изменением положения центра КВФ источника, пропорционально абсолютной величине расфокусировки. При этом знак расфокусировки определяет характер изменения величины х. При hf О, т.е. при z f из (3), получаем, что

dx 15

dz — — 0. Это значит, что при увеличении 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

dx увеличению х. При дй <Π— — o 0

dzo 25 и изменение расстояния х с изменением z носит обратный характер.

Способ определения положения ФП реализуется с помощью устройства, представленного на фиг.3. 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 излучения. Устройство снабжено средством относительного перемещения исследуемой ОС и регистратора вдоль оптической оси, что необходимо для совмещения фокальной плоскости 45 исследуемой ОС с плоскостью регистратора.

B 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 этих целей можно использовать панкратическую ОС.

В качестве углового селектора 6 излучения используются интерференционные приборы, обладающие угловой селекцией излучения: эталон и интерферометр Фабри-Перо, плоскопараллельная пластина, интерферометр Майкельсона, эшелон Майкельсона, пластина ЛюммераГерке и т.д.

Формула изобретения

Способ определения положения фокальной плоскости оптической системы, заключающийся в пропускании пучка электромагнитного излучения с. временной когерентностью через исследуемую оптическую систему, регистрации прошедшего через систему излучения и определении положения фокальной плоскости по результатам измерения параметров интерференционной картины зарегистрированного излучения, о т л ичающий с я тем, что, с целью повышения 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.

1383128

ИС (2) ФП РП(3) фиг.2

УиаЗ

Составитель С.Орешин

Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

111035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1284/36

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4