Способ контроля качества объектива и устройство для его осуществления

 

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.

СОК3.3 СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)s G 01 М 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4725109/10 (22) 02.08.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники (72) О.В.Рожков, Л.Н.Тимашова, А,Г,Емуранов и А.Д.Чикин (53) 535.818(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1000818, кл. G 01 М 11/02, 1981, Авторское свидетельство СССР

М 1506317, кл, G 01 М 11/02, 1987. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОБЪЕКТИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 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

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

„.,5U „1673906 А1 два других — внеосевых — расположены симметрично относительно первого, регистрируют распределение интенсивности интерференционной картины в задней плоскости обьектива и проводят оценку качества по сдвигу интерференционных полос путем периодического изменения фазы осевой сферической волны и одной иэ 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 иэ внеосевых отверстий диска 4, расположенного перед контролируемым объективом 5, за которым размещен регистратор 6. Пластины 7, 8 установлены с воэможностью поворота вокруг оси 9, перпендикулярной оптической оси. и осуществляют фазовый сдвиг осевой и внеосевой сферических волн. 2 с,п.ф-лы, 3 ил. фиг.2 — вид А на фиг.1; на фиг.3 изображен ход лучей в одном из оптических элементов устройства — плоскопараллел ьной пластине.

Сущность способа заключается в освещении объектива тремя когерентными сферическими волнами с центрами расходимости, размещенными в плоскости входного зрачка обьектива, один из которых расположен на оптической оси, а дна дру—

1673906 гих — внеосевых — симметрично относительно первого, регистрации интерференционной картины в задней фокальной плоскости объектива и последующей оценке качес1 ьа 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 внеосевой сферическОй 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 плоскопареллельных стеклянных пластин, пространственный фильтр 4 в виде размещенного в плоскости входного зрачка объектива 5 непрозрачного диска с тремя отверстями, одно иэ 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 иэ плоскопараллельных пластин 7 оптического элемента 3 перекрывает (оптически сопряжена) осевое отверстие фильтра 4, а другая пластина 8 перекрывает одно иэ внеосевых отверстий фильтра 4. Причем толщина внеосевой пластины 8 вдвое больше толщины осевой пластины 7. Оптический элемент 3 имеет воэможность 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 иэ которых — осевая и внеосевая волны — имеют различные фазовые сдвиги. При этом фазовый сдвиг осевой волны, проходящей через пластину 7 с толщиной 41, равен

Р1 -ЕхРЦМИ}, а фазовый сдвиг внеосевой волны, проходящей через пластину 8 с вдвое большей толщиной 2б1, равен

pi- ехр(гi k Ii}, где It - d >(n-1); k - 2 лбА; и — пока:.аi(.. ь преломленния стекла пластин, (. — длина волны излучения лазера.

Эле()е(-(т 3 имеет возможность периоди5 ческого кача((ия вокруг оси 9, перпендикулярной оп;.v:÷å(:êoé оси и смещенной относительно нее так, что при повороте пластины на угол ф относительно оптической оси освещенного пучка, угол отклонения

10 пучка в пластине будет равен (фиг,3)

Sin g = - SIn tP

1 п

При малых углах ф =ф/n

Геометрическая длина пути луча в наклоненной пластине станет

ai - d>/cos ф

При качании пластин вокруг оси 9 с угловой

20 скоростью вугол поворота равен ср =сои, где t — время, и

aa(t) = d>/cos(î t/n);

di n-1

cos шт п

Аберрационная функция входного зрачка объектива 5 имеет вид

Р(; х) ехр() k (Ф(т(; х) + Фнеч(; х))} (1)

3() rae Фнек((; x) Сде f + Ссф1 + Скр х (2) четные волновые аберрации;

Фнен((; х) С e) x+ Сд Ill (е). нечетные волновые аберрации; х — координата выходного поля (изображения) объектива — задней фокальной плоскости;

Сде, Ссф, C((o, C)(p, Сди кОЭффиЦивнты элементарных волновых аберраций III порядка — дефокусировки, сферической абер4Q рации, комы, кривизны поля и дисторсии соответственно.

В результате распределение поля эа пространственным фильтром 4 имеет вид трех когерентных расходящихся волн с цен45 трами расходимости, симметрично расположенными на оптической оси объектива 5 и вне ее, две иэ которых — внеосевые волны, искажены фазовой аберрационной функцией зрачка объектива 5, а осевая и одна

50 внеосевая волны имеют дополнительные фазовые сдвиги, т.е.

U((; x) -3(ф)вхр() k li(t))I+$(j-Qxpg k (3o l х) + Фнечф хф+ЩВхрЯ k Ii(t)) м ехр () (с (с(кеес(е(х) с(кнек(f ; х))), (Е) где д — дельта-функция Дирана; - координата центра внеосевого отверстия.

Обьектив 5 осуществляет преобразование Фурье от распределения поля (4), т.е. преобразует сферические волны в плоские, 1673906 которые интерферируют в задней фокальной плоскости и образуют интенференцион10

Из выражения (6) следует, что искаженная аберрациями объектива 5 интерференционная картина перемещается параллельно 35 оси, соединяющей центры отверстий фильтра 4.

Сдвиг интерференционной картины вследствие поворота элемента 3 на угол

rp =и t будет равен 40

Скорость движения интенференционной картины равна

Xi(x) — — (— — x (— à — — ««) m

Скорость движения интерференционной картины равна 45

d xt tp 01 n — 1 sin et

cos (со с/n)

dt n — 1 cut/n d> n — 1 в с/и о 1 — (cu t/n)2 о (8) (при шс«1).

Таким образом, при постоянной угло- 55 вой скорости вращения элемента 3 интенференционная картина имеет равноускоренное движение. Однако вид ную картину вида т(х; (,(-F(U(f, х!(=ехр(((«Е,(tl(+

+exp{jk (g>»„«2»е»(} хехр(1 <, fe «х }+ «cxp(2jkE<(t(} «ехр((2Р„„-2X„,„((» ех ((-", 1,x} = exp (j(»Е,(tl) +

-exp(jk2(tl)«exp(j22õ» «(х (хх

"(exp (- 2» (VoX ->««evl3 ае,()

"хр((2к»(Ч,Х- — + ) ), где Uo -(e/Ëf — пространственная частота распределения.

Соответствующее распределение ин- 25 тенсивности будет иметь вид: ((Х;Ц-3»kcoejkl „lcoe(2» (V,xi} i 2 сое (2в» 2 (Ч» х — 30 ,(lII А движения не имеет принципиального значения, так как не влияет íà KQHlðoëèðóåìûå параметры (аберрационные, амплитудные, фазовые) искажения интерференционной картины.

Формула изобретения

1, Способ контроля качества объктива, 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 регистрирул распределение интенсивн".сти интереференционной 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 интерференцинных полос, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, сканирование интерференционных полос осуществляют путем периодического изменения во времени фазы сферической волны с центром расходимости на оптической оси и фазы одной иэ сферических 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 эа обьективом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено расположенным перед непрозрачным диской оптическим элементом, выполненным в виде двух жестко связанных между собой плоскопараллельных пластин иэ 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 иэ внеосевых отверстий непрозрачного диска, при этом

1673906

ЕиО

Составитель С. Шигалович

Редактор Т. Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор М, Кучерявая

Заказ 2912 Тираж 336 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 пластины установлены с возможностью поворота вокруг оси, расположенной между ними перпендикулярно оптической оси и смещенной относительно нее,