Способ интерференционного контроля качества телескопических оптических систем

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля качества зрительных труб типа Кеплера. Сущность изобретения: способ включает пропускание плоской конгерентной световой волны через диффузный рассеиватель, пропускание рассеянных волн через контролируемую телескопическую систему с известной величиной μ увеличения, построение изображения диффузного рассеивателя в плоскости регистрирующей голограмму среды, регистрацию голограммы с помощью опорной волны, освещение голограммы теми же волнами, введение фазовых изменений в световые волны и регистрацию интерферограммы при проведении пространственной фильтрации в плоскости голограммы. Фазовые изменения в световых волнах осуществляют путем смещения диффузного рассеивателя и контролируемого объекта перпендикулярно оптической оси в одном направлении на величины, связанные соотношением b/a = μ+1 , где a и b - величины смещений контролируемого объекта и диффузного рассеивателя соответственно. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для контроля качества зрительных труб типа Кеплера и может быть применено в производстве, занятом их изготовлением.

Известен способ контроля зрительных труб [1], по которому когерентный волновой фронт плоской формы с помощью интерферометра Майкельсона делят на два канала, в одном из которых размещают контролируемый объект в виде зрительной трубы, и в результате последующего сложения волн эталонного и контролируемого каналов регистрируют интерферограмму контроля, характеризующую качество зрительной трубы.

Недостаток способа заключается в том, что для его реализации требуются высококачественные составные оптические элементы устройства, реализующего способ. В противном случае возникают ошибки, снижающие точность контроля из-за дополнительных фазовых набегов, обусловленных оптическим несовершенством элементов интерферометра.

Ближайшим по технической сущности к заявляемому способу является способ интерференционного контроля качества телескопической оптической системы [2] , по которому пропускают когерентную плоскую световую волну через диффузный рассеиватель, пропускают диффузно рассеянные волны через контролируемую телескопическую оптическую систему, строят изображение диффузного рассеивателя в плоскости регистрирующей голограмму среды, регистрируют голограмму с помощью опорной волны, освещают голограмму теми же волнами, в параллельных плоскостях диффузного рассеивателя и голограммы изменяют углы падения волн и регистрируют интерферограмму при проведении пространственной фильтрации в плоскости голограммы.

Недостаток способа - низкая чувствительность контроля. Это объясняется тем, что в плоскости голограммы локализуется интерференционная картина, обусловленная как фазовыми искажениями волны освещения диффузного рассеивателя, так и фазовыми искажениями опорной волны. С увеличением величины сдвига для повышения чувствительности путем увеличения углов наклона волновых фронтов увеличивается частота интерференционных полос в интерференционной картине, локализующейся в плоскости голограммы. Это приводит к необходимости уменьшения диаметра фильтрующей диафрагмы в ее плоскости, что снижает контрастность фильтрующей интерферограммы контроля вплоть до ее исчезновения.

Цель изобретения - увеличение чувствительности контроля телескопической оптической системы Каплера.

Цель достигается тем, что пропускают плоскую когерентную световую волну через диффузный рассеиватель, пропускают диффузно рассеянные волны через контролируемую телескопическую систему с известной величиной μ увеличения, строят изображение диффузного рассеивателя в плоскости регистрации голограммы, регистрируют голограмму с помощью опорной волны, освещают голограмму теми же волнами, вводят фазовые изменения в световые волны и регистрируют интерферограмму при проведении пространственной фильтрации в плоскости голограммы.

В отличие от известного способа фазовые изменения в световых волнах осуществляют путем смещения диффузного рассеивателя и контролируемого объекта перпендикулярно оптической оси в одном направлении на величины, связанные соотношением b/a = μ + 1, где а и b - величины смещений контролируемого объекта и диффузного рассеивателя соответственно.

В заявляемом способе возможность повышения чувствительности обеспечивается созданием условий получения интерферограмм бокового сдвига в поисках бесконечной ширины с использованием когерентного диффузно рассеянного света, причем при таких условиях, при которых исключается возможность формирования интерференционной картины, локализующейся в плоскости голограммы и обусловленной фазовыми искажениями опорной волны, так как никаких воздействий в канале формирования опоpной волны по предлагаемому способу не производится.

Образование интерференционной картины бокового сдвига в полосах бесконечной ширины по предлагаемому способу следует из совмещения субъективных спекл-полей в плоскости фотопластинки-голограммы при выполнении указанных признаков.

Комплексные амплитуды u₁(x₄, y₄), u₂(x₄, y₄) спекл-полей в плоскости (x₄, y₄) фотопластинки-голограммы в приближении Френеля принимают вид u₁(x₄y₄)~ t(x₁,y₁)expikx₁-x+y₁-y/2fp₁(x₂, y₂) × × exp i ϕ₁(x₂,y₂)exp-ikx²₂-y/2fexpikx₂-x+y₂-y/ /2(f₁+f₂)p₂(x₃,y₃)expiϕ₂(x₃,y₃)exp-ikx²₃+x/2f × × expikx₃-x+y₃-y/2fdx₁dy₁dx₂dy₂dx₃dy₃, (1) u₂(x₄y₄) t(x₁+b,y₁)expikx₁-x+y₁-y/2f₁ × × p₁(x₂+a,y₂)expiϕ₁(x₂+a,y₂)exp-ikx₂+a+y/ / 2fexpikx₂-x+y₂-y/2(f₁+f₂)p₂(x₃+a,y₃)expiϕ₂ × × (x₃+a,y₃)exp-ikx₃+a+y/2f₂expikx₃-x+ + y₃-y/2fdx₁dy₁dx₂dy₂dx₃dy₃, (2) где (x₁, y₁) - плоскость диффузного рассеивателя с комплексной амплитудой прозрачности t(x₁, y₁); k - волновое число, (x₂, y₂) - главная плоскость объектива с фокусным расстоянием f₁ с обобщенной функцией зрачка p₁(x₂, y₂)expi ϕ₁(x₂, y₂); (x₃, y₃) - главная плоскость окуляра с фокусным расстоянием f₂ с обобщенной функцией зрачка p₂(x₃, y₃)expi ϕ₂(x₃, y₃) и а, b - соответственно величины смещений зрительной трубы и диффузного рассеивателя. Выражение (2) записано при условии сдвига диффузного рассеивателя и зрительной трубы в одном направлении по оси x, перпендикулярной оптической оси.

Выражения (1), (2) приводятся к следующему виду: u₁(x₄,y₄) ~ t(-μx₄-μy₄) ⊗ P₁(x₄,y₄) ⊗ P₂(x₄,y₄), (3) u₂(x₃,y₄) ~ t(-μx₄+b-μa-a) exp(ikax₄/f₁)P₁(x₄,y₄)⊗
⊗ exp(ikax₄/f₂)P₂(x₃, y₄), (4) где ⊗ - операция свертки; P₁(x₄, y₄), P₂(x₄, y₄) - соответственно фурье-образы обобщенной функции зрачка объектива и окуляра зрительной трубы.

Как следует из выражений (3), (4), при условии b = (μ + 1)a в плоскости (x₄, y₄) совпадают субъективные спекл-поля, что обуславливает условия формирователя интерферограмм бокового сдвига в полосах бесконечной ширины в диффузно рассеянных полях.

На чертеже изображена одна из возможных схем устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство включает блок 1 формирования плоского фронта волны освещения матового экрана 2 с механизмом 3 его смещения, узел 4 крепления контролируемого объекта с механизмом 5 смещения, блок 6 формирования опорной волны и освещения фотопластинки-голограммы 7, пространственный фильтр 8, объектив 9, регистратор 10 интерферограммы.

Способ реализуется следующим образом.

Когерентной плоской волной, сформированной в блоке 1, проводится освещение матового экрана 2. С помощью контролируемого объекта в виде зрительной трубы Кеплера, закрепленной в узле 4, строится изображение матового экрана 2 в плоскости фотопластинки 7 и записывается на ней голограмма изображения матового экрана 2 с использованием опоpной волны, сфоpмированной в блоке 6. Затем после указанной записи голограммы ее восстановление проводят исходной опорной волной и смещают диффузный рассеиватель 2 с помощью механизма 3 его смещения и контролируемый объект в узле 4 крепления с помощью механизма 5 его смещения перпендикулярно оптической оси в одном направлении на величины, связанные соотношением b/a = μ + 1, где а и b - величины смещений контролируемого объекта и диффузного рассеивателя соответственно; μ= f₁/f₂; f₁, f₂ - соответственно фокусные расстояния объектива и окуляра зрительной трубы, причем a ≅ d/2, где d - диаметр зрачка зрительной трубы.

С помощью непрозрачного экрана 8 с круглым отверстием, центр которого находится на оптической оси, отфильтровывают коррелирующие спекл-поля, которые в плоскости фоторегистратора 10, находящегося в фокальной плоскости объектива 9, образуют интерферограмму бокового сдвига в полосах бесконечной ширины, характеризующей осевые волновые аберрации контролируемой зрительной трубы. Смещение центра фильтрующей диафрагмы 8 в направлении оси сдвига приводит к формированию интерферограммы, характеризующей сочетание осевых и внеосевых волновых аберраций.

По сравнению с прототипом в способе в плоскости голограммы локализуется интерференционная картина бокового сдвига в полосах бесконечной ширины, обусловленная только фазовыми искажениями фронта волны излучения, используемого для освещения диффузного рассеивателя, что позволяет увеличить величину сдвига, следовательно, повысить чувствительность для волнового фронта от контролируемого объекта при сохранении контрастности интерференционной картины.

Таким образом, способ интерференционного контроля качества телескопических оптических систем типа Кеплера позволяет повысить чувствительность контроля, что подтвердили результаты проведенных испытаний.

Формула изобретения

СПОСОБ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ, включающий пропускание плоской когерентной световой волны через диффузный рассеиватель, пропускание диффузно рассеянных волн через контролируемую телескопическую систему с известной величиной μ увеличения, построение изображения диффузного рассеивателя в плоскости регистрации голограммы, регистрацию голограммы с помощью опорной волны, освещение голограммы теми же волнами, введение фазовых изменений в световые волны и регистрацию интерферограммы при проведении пространственной фильтрации в плоскости голограммы, отличающийся тем, что фазовые изменения в световых волнах осуществляют путем смещения диффузного рассеивателя и контролируемого объекта перпендикулярно к оптической оси в одном направлении на величины, связанные соотношением b / a = μ+1 , где a и b - величины смещений контролируемого объекта и диффузного рассеивателя соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1