Способ восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта, получаемым приборами с датчиками волнового фронта (двф)

Способ восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта содержит получение радиуса ближайшей сферы Rз и волнового фронта сферической формы Ws(ρ). В положении начальной установки для измеряемой асферической оптической детали, характеризующейся получением автоколлимационного хода лучей, контролируемого по получению плоского волнового фронта на датчике волнового фронта (ДВФ), фиксируют отличия волнового фронта от ближайшей сферы Was(ρ) для вычисления коэффициентов уравнения асферической поверхности заданного порядка путем минимизации разницы этого уравнения и суммы сферического волнового фронта Ws(ρ) и половины величины Was(ρ), т.е.

где А4, А6, A8, … - коэффициенты соответствующего порядка асферики, k - коническая константа, ρ - радиальная координата на зрачке, R - радиус вершинной сферы. Технический результат - возможность восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к разработкам в области измерительных оптических систем и может применяться в системах контроля качества и других областях оптической промышленности.

2. Уровень техники

Задача восстановления формы асферической поверхности оптической детали является достаточно важной и актуальной, особенно в области высокоточных и астрономических оптических систем.

Существует способ контроля формы асферических поверхностей второго порядка с использованием анаберрационных точек, описанный в патенте RU №2396513, использующий сложную оптическую систему и достаточно трудоемкий с точки зрения юстировочных операций. Также известны способы контроля качества асферической поверхности с помощью интерферометра, которые предполагают наличие в измерительной ветви оптического корректора хода лучей для измерения отклонений формы поверхности от эталонной (Д.Т. Пуряев «Методы контроля оптических асферических поверхностей», Москва: Машиностроение, 1976 г.). В настоящее время линзовые оптические корректоры заменяются на голографические, называемые дифракционными оптическими элементами (ДОЭ), используемыми в интерферометрах, сделанных по различным схемам (авторское свидетельство SU 1017923, патент на изобретение RU №2534435).

Однако все эти способы не позволяют получить уравнение формы асферической поверхности в явном виде и требуют для своего осуществления изготовления дорогостоящего оптического корректора. В силу выше изложенного, в качестве прототипа выбран способ измерения радиуса кривизны поверхности оптической детали, описанный в патенте RU 2667323 (Способ и устройство дифференциального определения радиуса кривизны крупногабаритных оптических деталей с использованием датчика волнового фронта).

В прототипном способе измеряют радиус кривизны сферической поверхности Rз дифференциальной методикой, вычисляя его по формуле

где Δз и Δэт - смещения прибора относительно точки автоколлимации для измеряемого и эталонного зеркала, соответственно, дающие одинаковую величину радиуса кривизны волнового фронта, регистрируемого ДВФ, а Rэт - радиус эталонного зеркала.

В самом деле, для получения уравнения формы асферической поверхности такого измерения недостаточно, поскольку при установке в прибор асферической оптической детали такие измерения дадут лишь радиус ближайшей сферы. В результате ограничением такого способа будет невозможность контроля несферических поверхностей. Тем не менее, для получения уравнения асферической поверхности необходимо знать радиус ближайшей сферы, поэтому в качестве прототипа выбран способ, позволяющий это сделать.

3. Раскрытие изобретения

Для решения поставленной задачи был разработан новый способ, в котором после измерения радиуса ближайшей сферы Rз (отклонение от которой у асферической поверхности минимально) необходимо зафиксировать отклонение волнового фронта Was от ближайшего сферического волнового фронта Ws с радиусом Rз в положении начальной установки для измеряемой асферической оптической детали (когда совпадение центра кривизны ближайшей сферы и фокуса насадки прибора обеспечат автоколлимационный ход лучей, контролируемый по получению плоского волнового фронта на ДВФ). Затем, учитывая, что Was это удвоенная величина отклонения самой измеряемой поверхности, необходимо сложить полученный сферический волновой фронт Ws с величиной Was/2, т.е получить сумму

Эта сумма будет полностью соответствовать форме измеряемой асферической поверхности. Для того, чтобы получить уравнение поверхности в каноническом виде достаточно любым математическим способом (например, методом наименьших квадратов) подобрать коэффициенты этого канонического уравнения формы асферической поверхности, приравняв его указанной выше сумме:

где А4, А6, A8, … - коэффициенты соответствующего порядка асферики, k - коническая константа, ρ - радиальная координата на зрачке, R - радиус вершинной сферы, который в случае асферики второго порядка соотносится с измеренным радиусом Rз ближайшей сферы соотношением:

и, соответственно,

где h - половина светового диаметра исследуемой поверхности. Для асферики более высоких порядков выражение будет в первом приближении таким же, однако, численными методами все неизвестные коэффициенты в выражении (2) подбираются достаточно просто.

Таким образом, предлагаемый способ восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта, получаемым приборами с ДВФ позволяет получить уравнение формы исследуемой асферической поверхности и определить величину отклонения формы ΔS изготовленной поверхности от заданной путем вычисления разницы выражения (2) и заданного уравнения асферики

Принципиальным отличием является возможность восстановления формы асферической поверхности контролируемой детали.

3. Осуществление изобретения.

Пример осуществления изобретения

Для проверки работоспособности предлагаемого к патентованию способа восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам волнового фронта, получаемым приборами с ДВФ, в МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках НИР были проведены измерения на изготовленном авторами приборе (RU 2667323).

В качестве исследуемой оптической детали было взято параболическое зеркало (k=-1) с радиусом вершинной сферы 1736 мм и ошибкой формы PV=λ/8 (соответственно ошибка rms ~ λ/40) по паспорту.

Волновой фронт Was датчиком волнового фронта определялся как набор полиномов Цернике, а сферический волновой фронт Ws в этой системе координат характеризовался коэффициентом С21, называемым дефокусировка:

где h - половина диаметра измеряемой детали, а Rз - радиус ближайшей сферы, измеренный способом, приведенным в RU 2667323.

В результате восстановления поверхности получились следующие параметры уравнения параболической поверхности:

- вычисленный радиус вершинной сферы 1736,36 мм,

- коническая константа k=-0,9898,

- отличие восстановленного уравнения формы от исходного (ошибка rms) составило ~ λ/44.

Способ восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта, содержащий получение радиуса ближайшей сферы Rз известной методикой для нахождения волнового фронта сферической формы Ws(ρ),

отличающийся тем, что в положении начальной установки для измеряемой асферической оптической детали, характеризующейся получением автоколлимационного ход лучей, контролируемого по получению плоского волнового фронта на ДВФ, фиксируют отличия волнового фронта от ближайшей сферы Was(ρ) для вычисления коэффициентов уравнения асферической поверхности

заданного порядка путем минимизации разницы этого уравнения и суммы сферического волнового фронта Ws(ρ) и половины величины Was(ρ), т.е.

где А4, А6, A8, … - коэффициенты соответствующего порядка асферики, k - коническая константа, ρ - радиальная координата на зрачке, R - радиус вершинной сферы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к анализу изображений. Технический результат заключается в расширении арсенала средств.

Продукт для определения одного или более оптических параметров линзы очков содержит один или более материальных компьютерочитаемых некратковременных носителей данных, содержащих исполняемые компьютером инструкции, выполненные с возможностью, при их исполнении по меньшей мере одним компьютерным процессором, обеспечивать выполнение указанным по меньшей мере одним компьютерным процессором этапов, включающих в себя: обработку изображения объекта, захваченного устройством для захвата изображения через указанную линзу, когда линза расположена между устройством для захвата изображения и объектом; определение первого расстояния между устройством для захвата изображения и объектом, когда изображение объекта захвачено устройством для захвата изображения; определение второго расстояния между линзой и объектом, когда изображение объекта захвачено устройством для захвата изображения; и определение одного или более оптических параметров указанной линзы на основании первого расстояния, второго расстояния и изображения объекта, захваченного через линзу.

Устройство измерения спектральной чувствительности радиометра большого диаметра включает источник монохроматических параллельных световых пучков большого диаметра, индикаторный прибор со сканированием пучка для измерения оптической мощности монохроматических параллельных пучков большого диаметра, эталонный радиометр большого диаметра, механизированный продольно перемещаемый стол и компьютер для обработки данных, используемый для вычисления спектральной чувствительности.

Изобретение относится к способам проведения испытаний оптико-электронных приборов (ОЭП), в частности звездных датчиков, на помехозащищенность от бокового излучения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в оптических системах наблюдения, регистрации изображений, оптических измерительных системах, голографических системах, при проведении испытаний оптических систем для определения бесконтактным методом характеристик оптических систем, а именно фокусных расстояний и фокальных или рабочих отрезков.

Изобретение относится к области автоматизированных систем для длительного испытания узлов лазерных систем. Изобретение представляет собой станцию для оценки времени жизни тестируемого каскада усиления волоконного лазера, включающую задающий лазер для генерации лазерных импульсов, оптоволокно для передачи лазерных импульсов, первый предусилитель для усиления импульсов из задающего лазера и увеличения соотношения сигнала к шуму, акустооптический модулятор для управления частотой следования импульсов, второй предусилитель для усиления сигнала до уровня сигнала одного волоконного усилителя из каскада усиления, третий предусилитель для усиления сигнала до уровня нескольких волоконных усилителей из каскада усиления, разветвитель для деления сигнала из третьего предусилителя в равном соотношении и передачи его в тестируемые волоконные усилители, диоды накачки, создающие инверсную населенность в тестируемых волоконных усилителях, подключенные через электрические контакты к источникам тока, ответвители мощности с фотодиодами, которые служат для ответвления небольшой доли мощности на измерительные фотодиоды, АЦП, осуществляющий оцифровку сигнала с измерительных фотодиодов, и передающий сигнал на компьютер с управляющей программой, при этом станция включает управляющую плату, осуществляющую изменение параметров перечисленных устройств и сбор данных, а также блок данных.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и предназначено для автоматизированного измерения параметров тепловизионных каналов (ТПВК) в процессе изготовления.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и предназначено для автоматизированного измерения параметров тепловизионных каналов (ТПВК). Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей стенда за счет обеспечения возможности автоматизированного измерения параметров ТПВК, при которых необходимо выполнять изменение и измерение значения углов поворота и наклона оптической оси ТПВК относительно оптической оси ИКК.
Изобретение относится к волоконно-оптической технике связи и может быть использовано для определения потерь оптической мощности в разъемных соединениях оптических волокон.

Способ калибровки дисторсии видеоканала, содержащего объектив и матричный приемник изображения, в котором видеоканал закрепляют перед коллиматором, в параллельном пучке между видеоканалом и объективом коллиматора помещают воздушно-зеркальный клин (ВЗК), который формирует веер эквидистантных коллимированных пучков с угловым расстоянием между соседними пучками, равным удвоенному углу клина.

Изобретение относится к оптическим измерительным системам. Устройство измерения радиуса кривизны вогнутой оптической сферической поверхности c разнесенными ветвями содержит точечный источник, оптическую систему измерительной части, включающую светоделительный элемент, датчик волнового фронта.

Изобретение предназначено для определения радиуса кривизны вогнутой оптической сферической поверхности с центральным осевым отверстием при контроле и настройке оптических элементов.

Изобретение относится к области определения фактических геометрических характеристик гнутых отводов подземных стальных трубопроводов и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтегазотранспортной промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях, связанных с эксплуатацией подземных трубопроводов.

Способ содержит установку начального положения для эталонного зеркала 1.2 c известным радиусом кривизны Rэт , соответствующего совпадению его центра кривизны с точкой фокуса оптической насадки 2 на оптической оси единого блока, включающего оптическую насадку 2, оптическую систему 3 и датчик волнового фронта 4.

Заявленное изобретение относится к разработкам в области измерительных оптических систем и может применяться в системах контроля качества и других областях оптической промышленности.

Изобретение относится к способам измерительного контроля качества поверхности строительных конструкций. Способ бесконтактного определения кривизны поверхности строительной конструкции включает синхронное измерение с помощью системы закрепленных на общем основании датчиков расстояния, расположенных относительно друг друга под неизменяемым углом, расстояний от каждого из датчиков до своей контрольной точки на пересечении оси датчика с поверхностью конструкции, и передачу полученных данных в блок анализа и обработки информации, в котором производится расчет кривизны.

Способ определения остаточной сферичности отражающей поверхности относится к измерительной технике и может быть использован для определения остаточной сферичности плоских зеркал и радиусов кривизны крупногабаритных сферических зеркал.

Изобретение относится к области нанотехнологий и наноэлектроники, а более конкретно к сканирующей зондовой микроскопии. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интерферометрии, и может быть использовано для контроля радиуса кривизны оптической поверхности. .
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения длины колонны труб оптическими методами. Технической задачей предлагаемого изобретение является создание способа измерения длины труб при спускоподъёмных операциях, упрощающего использование за счет применения для измерений лазерного длинномера и не зависящего от внешних факторов.

Способ восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта содержит получение радиуса ближайшей сферы Rз и волнового фронта сферической формы Ws. В положении начальной установки для измеряемой асферической оптической детали, характеризующейся получением автоколлимационного хода лучей, контролируемого по получению плоского волнового фронта на датчике волнового фронта, фиксируют отличия волнового фронта от ближайшей сферы Was для вычисления коэффициентов уравнения асферической поверхности заданного порядка путем минимизации разницы этого уравнения и суммы сферического волнового фронта Ws и половины величины Was, т.е. где А4, А6, A8, … - коэффициенты соответствующего порядка асферики, k - коническая константа, ρ - радиальная координата на зрачке, R - радиус вершинной сферы. Технический результат - возможность восстановления формы асферической поверхности оптической детали по параметрам отраженного волнового фронта.

Наверх