Способ определения положения фокальной плоскости объектива

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно когерентным методам фокусировки объективов, и может быть использовано для точной установки фокальной плоскости у объективов с малыми аберрациями. Цель изобретения - повышение точности определения положения фокальной плоскости у объективов с малыми аберрациями. Способ определения положения фокальной плоскости объектива включает формирование когерентной плоской волны, пространственную модуляцию ее амплитуды по гармоническому закону в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью объектива, освещение объектива модулированной волной, внесение четверть волнового фазового сдвига на оптической оси в плоскости Фурье-спектра модулированной волны, регистрацию распределения интенсивности в задней фокальной плоскости объектива и фиксацию положения задней фокальной плоскости при контрасте распределения интенсивности, равном нулю на частоте первой гармоники. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ag! SU (31) щ) G 01 М 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4602705/24-10 (22) 05.11.88 (46) 15.08.90. Бюп. М- 30 (72) О.В.Рожков, А.П.Тимашов, Л.Н.Тимашова, A.Ï.Ìà tüêîí и Л.А.Борис (53) 681.45 (088.8) (56) Мосягин Г.В. Влияние аберраций на формирование выходного сигнала в устройствах измерения дефокусировки объективов при когерентном освещении, — Труды МВТУ Р 419, 1984, с. 10. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ

ФОКАЛЬНОИ ПЛОСКОСТИ ОБЪЕКТИВА (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно когерентным методам фокусировки объективов, и может быть использовано для точной установки фокальной плоскости

Изобретение относится к оптичес-! кому приборостроению, а именно к когерентным методам фокусировки объективов, и может быть использовано для точной установки фокальной плоскости у объективов с малыми аберрациями.

Цель изобретения — повышение точности определения положения фокальной плоскости для объективов с малыми аберрациями.

На фиг. 1 изображена функциональная оптическая схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — распределение интенсивнос2 у объективов с малыми аберрациями.

Цель изобретения — повышение точности определения положения фокальной плоскости у объективов с малыми аберрациями, Способ определения положения фокальной плоскости объектива включает формирование когерентной плоской волны, пространственную модуляцию ее амплитуды по гармоническому закону в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью объектива, освещение объектива модулированной волной, внесение четвертьволнового фазового сдвига на оптической оси в плоскости Фурье-спектра модулированной волны, регистрацию распределения интенсивности в задней фокальной плоскости объектива и фиксацию положения задней фокальной плоскости при контрасте распределения интенсивности, равном нулю на частоте первой гармоники, 3 ил. ! ти в плоскости изображения объектива при различных значениях волновых дефокусировок объектива; на фиг. 3 зависимость контраста распределения интенсивности от волновой дефокусировки.

Устройство содержит когерентный источник 1 света и последовательно установленные и оптически сопряженные на его оптической оси расширитель 2, тест-объект 3 в виде гармонической амплитудной решетки, коллиматор 4, четвертьволновую фазовую пластинку 5, установленную на опти1585703

+ d (x + xo)t (2) 45

1 sx 3 = 2X() <о ческой, оси в задней фокальной плос-. кости коллиматора 4, юстируемый объектив 6 и плоскость 7 регистрации, расположенную в задней фокальной плоскости объектива 6.

Способ осуществляют следующим образом.

При осуществлении способа источник

1 света совместно с расширителем 2 формирует когерентную плоскую волну, которой освещают тест-объект 3.

Тест-объект 3 расположен в передней фокальной плоскости безаберрационного коллиматора 4, с помощью которого переносится в бесконечность — предметную плоскость контролируемого объектива 6 и модулирует амплитуду освещающей плоской волны по гармоническому закону (,") = А + В cos 2Tl g()P, (1) где 4 — пространственная частота модуляции (частота решетки);

А — постоянная составляющая модуляции (решетки);

 — амплитуда модуляции (решетки) .

В задней фокальной плоскости коллиматора перед контролируемым объективом формируется Фурье-спектр модулированной волны (1) (Фурье-спектр решетки):

1(Х) — A Х (Х) + (Р (Х Х ) +

В где Х = A 4() f Е. (, ° ) Э

f — фокусное расстояние коллимаI< тора;

Ю вЂ” дельта-функция Дирака; ,)(— длина. волны освещающего излучения.

В данной плоскости (Х) ограничиваются световые диаметры пучков, формирующих изображение решетки, и, следовательно, эта плоскость является плоскостью входного зрачка контролируемого объектива 6, à его диаметр равен

У объективов с малыми аберрациями (Ф и О) аберрационная функция входного зрачка Р(Х) зависит лишь от одной дефокусировки Ф у(Х) = С()(Х (где С q — коэффициент волновой деI фокусировки), т. е.

P (Х) - "ехр (jK.Ô e (Х)}, (4) где К = 2 Ю /Л вЂ” волновое число.

В соответствии с предлагаемым способом в плоскости Фурье-спектра вносят четвертьволновый фазовый сдвиг на оптической оси, реализуемый с помощью четвертьволновой фазовой пластинки 5, установленной на оптической оси в задней фокальной плоскости коллиматора, равной.Ф „ = Я /4. С учетом фазовых сдвигов, вносимых фазовой пластинкой и дефокусировкой, распределение поля в плоскости Х определяется формулой

g (Х) = А (Р (Х) exp W jK(1) „j +

+ - td (Õ вЂ” Х,) + У(Х + Х ))

В

«.ехр (jK@ р (X4)1, (5) т.к. Ф (О) = О и Ф (Х)=Ф ()р(-Х), 30

С точностью до постоянного фазового множителя, учитывающего отступление плоскости входного зрачка от передней фокальной плоскости объектива и не влияющего на распределение интенсивности распределение поля в задней фокальной плоскости контролируемого объектива 6 описывается преобразованием Фурье от распределения (5) и имеет вид

40 а г, К т () = ) ) (х) ехр) - j —,- х(1

0 o6

)(dg = А ехр КФИР + В ехр °

«)jK Ф е (Х,))- сов 27 "о 1 (6) где "o=Х,/Л f 6 = /Р;

p = f 6 /f Ä вЂ” увеличение в задней фокальной плоскости объектива репродукционной системой коллиматор объектив;

r. "f — фокусное расстояние объекти-06

Соответствующее данному полю (6) распределение интенсивности, регистрируемое вблизи оптической оси, описывается выражением

1585703

I (g ) = А + 2АВ cos(K (Фд +

+ Фgg(«о)J } cos 2 И, (+ B cos 21И ((7) и содержит первую с частотой }, и вторую — с частотой 2 }, гармоники, так как cos 2 i7 4, (= 2 (1 + соз2 и».Функция распределения контраста от величины дефокусировки (фиг. 3) имеет при нулевом контрасте максимальный градиент и для заданной контрастнои чувствительности регистрирующего устройства (ЛК) величина дефокусировки (Ф ) будет минималь.ной.

1О

Формула из обр етения

I макс — ?,и::н

К

I мо кс +

2R

„соя — (@n + 9д}

2АВ где К

+ (8) зависит от величины дефокусировки и при дефокусировке, равной нулю

Ф = 0 контраст на частоте первой Я гармоники исчезает, т.е. достигается равномерная освещенность.

«2 1 ().

На фиг, 2 представлены распределения интенсивности в плоскости изображения решетки при А = В (решетка с единичным констрастом), полученные по (7) для. различных значений волновых дефокусировок + gp = 0; il /4;

3 /4 при фазовом сдвиге от фазовой пластины, равном Ф, = Л /4.

Контраст распределения интенсивности на частоте первой гармоники

/ равен

Способ определения положения фо" кальной плоскости объектива,. включающий формирование когерентной плоской волны, пространственную модуляцию ее амплитуды по гармоническому закону в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плос2(костью объектива, освещение объектива.модулированной волной, регистрацию распределения интенсивности в задней фокальной плоскости объекти- . ва и фиксирование положения задней

25 фокальной плоскости по контрасту распределения интенсивности на частоте первой гармоники на оптической оси, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определе.30 ния положения фокальной плоскости для объективов с малыми, аберрациями, вносят четвертьволновый фазовый сдвиг на оптической оси в плоскости Фурьеспектра модулированной волны, а фиксацию положения фокальной плоскости

35 производят при равномерной освещенности плоскости.

1585703 с уе/Я

Редактор А.Ревин

Заказ 2322 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101

dN

Составитель А.Тулубенский

Техред Л.ОЛийнык Корректор A.Îáðó÷àð