Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей
Владельцы патента RU 2786688:
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") (RU)
Изобретение может быть использовано для контроля формы асферических оптических поверхностей (АОП). Голографическое устройство содержит лазерный источник света, расширитель светового пучка, светоделитель, измерительный и опорный каналы и канал регистрации и обработки изображения. Опорный канал содержит плоское зеркало, а измерительный канал содержит осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) и объектив, формирующий на оптической оси на заданном расстоянии от вершины контролируемой АОП монохроматический точечный источник света. ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие. Текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ ρ вычисляется с учетом условия: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), где ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ; λ - длина волны монохроматического точечного источника света; ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом ρ. Технический результат - повышение чувствительности контроля формы АОП при исключении искажающего влияния ОСГОЭ на вид получаемых в процессе контроля интерференционных и теневых картин. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к области изготовления оптических элементов и компонентов, преимущественно для телескопических систем различного назначения, а именно, к метрологическому обеспечению процессов формообразования асферических оптических поверхностей (АОП) зеркал телескопов (в том числе составных главных зеркал телескопов типа Кассегрена и Ричи-Кретьена), и может быть использовано на всех стадиях их производства и аттестации.
Известно голографическое устройство для контроля формы АОП, содержащее монохроматический точечный источник света, коллиматор, светоделитель и осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) с выпуклой сферической рабочей поверхностью [Авторское свидетельство СССР №413373. МПК G01B 11/30. Бюлетень №4 от 30.01.1974 г.].
Это голографическое устройство основано на реализации схемы контроля автоколлимационного типа, в которой ОСГОЭ непосредственно участвует в формировании изображения контролируемой АОП, внося тем самым значительные искажения в интерференционные полосы получаемых интерферограмм.
Основным недостатком аналога является то, что голограммный компенсатор в проходящем свете функционирует дважды, многократно ослабляя тем самым интенсивность рабочего пучка и внося в интерференционные картины искажения дисторсиоподобного вида.
Прототипом является голографическое устройство для контроля формы крупногабаритных вогнутых АОП, содержащее лазерный источник света, первый светоделитель для разделения световых пучков в измерительный и опорный каналы, второй светоделитель для совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал регистрации и обработки изображения, опорный канал содержит расширитель светового пучка, а измерительный канал содержит формирователь монохроматического точечного источника света, ОСГОЭ с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, и коллимирующий объектив, при этом в измерительном канале введены точечная диафрагма, установленная с возможностью размещения в ее центре вершины контролируемой АОП, и диафрагма с переменным световым диаметром, расположенная в фокальной плоскости коллимирующего объектива, при этом рабочая поверхность ОСГОЭ выполнена в виде кругового конуса, обращенного вершиной в сторону монохроматического точечного источника света, причем ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы и установлен с возможностью формирования совместно с контролируемой АОП изображения монохроматического точечного источника света в плоскости диафрагмы с переменным световым диаметром [Патент RU №205459 U1. МПК G01B 11/30. Бюллетень №20 от 15.07.2021 г.].
Основным недостатком прототипа является низкая чувствительность контроля формы АОП из-за конструктивных особенностей контрольной схемы, реализующей неавтоколлимационный ход световых лучей в измерительном канале, при котором конгруэнция световых лучей геометрического волнового фронта, отраженных от контролируемой АОП, существенно отличается от конгруэнции дифрагированных световых лучей, сформированных ОСГОЭ.
Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности контроля формы АОП за счет двукратного отражения от контролируемой АОП светового пучка в измерительном канале при исключении искажающего влияния ОСГОЭ на вид получаемых в процессе контроля интерференционных и теневых картин.
Технический результат достигается за счет того, что в голографическом устройстве для контроля формы асферических оптических поверхностей, содержащем лазерный источник света, расширитель светового пучка, светоделитель для разделения световых пучков в измерительный и опорный каналы, а также совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал регистрации и обработки изображения, при этом опорный канал содержит плоское зеркало, а измерительный канал содержит осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, и объектив, формирующий монохроматический точечный источник света, установленный на оптической оси на заданном расстоянии от вершины контролируемой асферической оптической поверхности, согласно настоящему изобретению, ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ вычисляется с учетом условия: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), где
ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом р.
А также тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы.
А также тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы.
А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на усеченной конической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
А также тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на сферической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
На фиг. 1 изображена обобщенная принципиальная оптическая схема предложенного голографического устройства, на которой показаны заданная контролируемая АОП в общем виде и ОСГОЭ в общем виде с заданной рабочей поверхностью.
На фиг. 2а изображен вид сверху на ОСГОЭ в виде отражательной амплитудной голограммы в обобщенном виде с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура.
На фиг. 2б представлено диаметральное сечение ОСГОЭ, изображенного на фиг. 2а.
На фиг. 3а изображен вид сверху на ОСГОЭ в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы в обобщенном виде с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, при этом условно показаны выступы и впадины в виде белых и черных колец соответственно.
На фиг. 3б представлено диаметральное сечение ОСГОЭ, изображенного на фиг. 3а.
На фиг. 4-9 изображены оптические схемы для контроля формы АОП, отличающиеся местом расположения в предложенном голографическом устройстве монохроматического точечного источника света А, местом расположения ОСГОЭ и формой рабочей поверхности ОСГОЭ, на которой выполнена соосная кольцевая дифракционная структура.
На фиг. 4 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы вогнутой асферической оптической поверхности составного зеркала телескопа, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на внешней усеченной конической рабочей поверхности.
На фиг. 5 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы выпуклой асферической оптической поверхности, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на внутренней усеченной конической рабочей поверхности.
На фиг. 6 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы выпуклой асферической оптической поверхности, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности.
На фиг. 7 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы вогнутой асферической оптической поверхности крупногабаритного зеркала телескопа, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности.
На фиг. 8 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы выпуклой асферической оптической поверхности, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на вогнутой сферической рабочей поверхности.
На фиг. 9 изображена оптическая схема предложенного голографического устройства для контроля формы вогнутой асферической оптической поверхности крупногабаритного зеркала телескопа, в которой соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на выпуклой сферической рабочей поверхности.
Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей (см. фиг. 1) содержит лазерный источник 1 света, расширитель 2 светового пучка, светоделитель 3 для разделения световых пучков в измерительный канал, задающий оптическую ось OO1 устройства, и в опорный канал, а также совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал 12 регистрации и обработки изображения, при этом опорный канал содержит плоское зеркало 11, а измерительный канал содержит ОСГОЭ 6 (показан условно) с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура (см. фиг. 2), и объектив 4, формирующий монохроматический точечный источник света А, установленный на оптической оси OO1 на заданном расстоянии от вершины контролируемой АОП 5 (показана условно).
Канал 12 регистрации и обработки изображения содержит проекционный объектив 7, расположенный за светоделителем 3, ирисовую диафрагму 8 для осуществления пространственной фильтрации изображения, светочувствительную матрицу 9, электрически связанную с блоком 10 отображения и обработки информации.
Отличием предложенного голографического устройства для контроля формы асферических оптических поверхностей является то, что ОСГОЭ 6 представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6 выполнена из условия восстановления голограммным компенсатором конгруэнции дифрагированных отраженных световых лучей, идентичной конгруэнции световых лучей, отраженных от контролируемой АОП 5 при освещении ее монохроматическим точечным источником света А. Это условие обеспечивается тем, что текущий радиус ρ соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 вычисляется с учетом соотношения: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), где
ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ 6 световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света А;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ 6 в зоне с текущим радиусом ρ, при этом ОСГОЭ 6 выполнен в виде отражательной голограммы - амплитудной или рельефно-фазовой, соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6 обращена в сторону контролируемой АОП 5 и может быть выполнена или на усеченной конической рабочей поверхности (см. фиг. 4 и фиг. 5), или на плоской рабочей поверхности (см. фиг. 6 и фиг. 7), или на сферической рабочей поверхности (см. фиг. 8 и фиг. 9).
Центральное отверстие ОСГОЭ 6 может быть выполнено конической или цилиндрической формы.
Материалом подложки ОСГОЭ 6 может быть бесцветное оптическое стекло марки К8, бесцветное оптическое стекло марки ЛК7, оптические кристаллические материалы, например, германий, кремний, сапфир, а также сплавы металлов, применяемые в оптическом производстве, в том числе, сплавы алюминия, меди, бериллия.
Для обеспечения температурной стабильности целесообразно использовать кварцевое оптической стекло марки КУ-1, ситалл марки С0115М [Справочник технолога-оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др.; Под ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. С. 30-32], Zerodur [Hartmann P. SCHOTT - Ultra low expansion glass ceramic ZERODUR®: Improvements in properties, understanding and production (Advanced Optics). - Mainz: SCHOTT AG, 2015. 94 p.].
ОСГОЭ 6 выполнен в виде отражательной голограммы - амплитудной или рельефно-фазовой.
ОСГОЭ 6, выполненный в виде отражательной амплитудной голограммы, при контроле формы АОП 5 с большой крутизной позволяет исключить зависимость дифракционной эффективности этого голограммного оптического элемента от угла падения лучей от монохроматического точечного источника света А в различных зонах его светового диаметра, тем самым обеспечить постоянство видности интерференционных полос получаемых интерферограмм в пределах контролируемого светового поля [Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. - М.: Мир, 1973. С. 256-258].
При использовании ОСГОЭ 6 в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы целесообразно изготавливать ее соосную кольцевую дифракционную структуру с высотой h рельефа, равной λ/4, где λ - длина волны монохроматического точечного источника света А (см. фиг. 1), мкм, что обеспечивает получение наибольшего значения дифракционной эффективности ОСГОЭ 6.
Соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6, выполненная в виде отражательной амплитудной голограммы, представляет собой систему концентрических чередующихся отражающих 13 и неотражающих 14 колец.
Закон пространственного распределения отражающих 13 и неотражающих 14 колец (частотная характеристика дифракционной структуры ОСГОЭ 6) в общем случае определяется расчетными значениями рабочей длины волны монохроматического точечного источника света А, параметров выбранной схемы контроля, параметров рабочей поверхности контролируемой АОП 5 и параметров подложки ОСГОЭ 6 и рассчитывается по формуле [Белозеров А., Ларионов Н., Лукин А., Мельников А. Осевые синтезированные голограммные оптические элементы: история развития, применения. Часть I // Фотоника. 2014. №4 (46). С. 14]:
Δlm(ρ) - разность оптического пути между волнами опорного и измерительного каналов голографического устройства на краях m-й френелевской зоны;
λ - рабочая длина волны монохроматического точечного источника света А;
Q - скважность для ОСГОЭ 6, выполненного в виде отражательной амплитудной голограммы, то есть соотношение между периодом повторения, равным сумме ширины отражающего кольца 13 и ширины неотражающего кольца 14, и шириной отражающего кольца 13, равной ширине расчетной френелевской зоны (интерференционной полосы).
При расчете ОСГОЭ 6 находят координаты краев 
каждой m-й френелевской зоны (интерференционной полосы).
Причем текущий радиус ρ соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 вычисляется с учетом условия:
где ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ 6 световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света А;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ 6 в зоне с текущим радиусом ρ.
Отражающие кольца 13 представляют собой металлические участки, обладающие свойством отражения для рабочего спектрального диапазона.
Например, это может быть алюминиевое покрытие вакуумного напыления для ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного спектральных диапазонов, золотое - для среднего и дальнего инфракрасных диапазонов.
Неотражающие кольца 14 представляют собой участки с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами не менее 0,8, в целях получения интерференционной картины с удовлетворительной видностью интерференционных полос при контроле формы АОП 5 монолитных и составных асферических зеркал и линз.
Неотражающие кольца 14 могут обладать свойствами поглощения, пропускания или рассеяния [Патент RU №205459 U1. МПК G01B 11/30. Бюллетень №20 от 15.07.2021 г.].
Соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ 6, выполненная в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы, представляет собой систему концентрических чередующихся колец в виде выступов и впадин.
Закон пространственного распределения колец в виде выступов и впадин (частотная характеристика дифракционной структуры ОСГОЭ 6) в общем случае определяется уравнением (1) с учетом выполнения условия (2), причем здесь параметр Q - скважность для ОСГОЭ 6, выполненного в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы, то есть соотношение между периодом повторения дифракционной структуры и шириной выступа на уровне 0,5 высоты h рельефа.
Изготовление соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 возможно при помощи современных прецизионных токарных станков с числовым программным управлением методом «резца», либо лазерных установок методом «прямой записи» с дальнейшей химической или ионно-плазменной обработкой формируемой структуры.
Голографическое устройство работает следующим образом.
Вышедший из одночастотного лазерного источника 1 света пучок направляется через расширитель 2 светового пучка к светоделителю 3.
Светоделителем 3 он делится на два пучка - опорный и измерительный.
Опорный пучок направляется к плоскости регистрации - плоскости светочувствительной матрицы 9 с помощью плоского зеркала 11, проекционного объектива 7 и ирисовой диафрагмы 8.
Измерительный пучок в виде параллельного пучка лучей поступает на объектив 4, который формирует в своей задней фокальной плоскости монохроматический точечный источник света А. Точечный источник света А, в свою очередь, формирует расходящийся сферический волновой фронт с центром кривизны, совмещенным с точечным источником света А.
Далее измерительный пучок падает на контролируемую АОП 5 и, отразившись от нее, поступает на ОСГОЭ 6.
ОСГОЭ 6, выполняющий функцию отражательного автоколлимационного оптического компенсатора, рассчитан так, что совместно с идеально сформированной контролируемой АОП 5 образует безаберрационную оптическую систему, эквивалентную вогнутому сферическую зеркалу с центром кривизны в точке А. При этом отражательный ОСГОЭ 6 осуществляет обращение геометрического волнового фронта, тем самым компенсируя сферическую аберрацию конгруэнции световых лучей геометрического волнового фронта, отраженных от контролируемой АОП 5, при получении конгруэнции дифрагированных световых лучей.
Компенсация сферической аберрации световых лучей, отраженных от контролируемой АОП 5, происходит за счет использования соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ 6 с соответствующим расчетным законом пространственного распределения отражающих 13 и неотражающих 14 колец (см. фиг. 2) либо законом пространственного распределения выступов и впадин (см. фиг. 3). При этом обеспечивается получение конгруэнции дифрагированных световых лучей.
После отражения от контролируемой АОП 5 измерительный пучок, несущий полную информацию о дефектах контролируемой АОП 5 (и в общем случае уже не гомоцентрический), проходит через центральное отверстие ОСГОЭ 6 и объектив 4 в обратном ходе.
Таким образом, в измерительном канале световой пучок претерпевает двукратное отражение от контролируемой АОП 5, что обеспечивает удвоение чувствительности контроля формы АОП 5.
Далее измерительный пучок с помощью светоделителя 3, проекционного объектива 7 и ирисовой диафрагмы 8 направляется в плоскость регистрации - плоскость светочувствительной матрицы 9, которая оптически сопряжена с контролируемой АОП 5. С помощью объектива 4, светоделителя 3 и проекционного объектива 7 на плоскости светочувствительной матрицы 9 формируется сопряженное изображение контролируемой АОП 5, при этом измерительный пучок, интерферируя с опорным пучком, образует на плоскости светочувствительной матрицы 9 интерференционную картину, характеризующую отступления контролируемой АОП 5 от заданной формы. Полученная интерференционная картина регистрируется и расшифровывается при помощи блока 10 с применением соответствующих специализированных программных средств.
Примеры конкретного использования и выполнения предложенного голографического устройства.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 4.
Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:
- уравнение поверхности у2=6000х;
- световой диаметр 2000 мм;
- диаметр центрального цилиндрического отверстия контролируемой оптической детали 100 мм.
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей внешнюю усеченную коническую рабочую поверхность:
• световой диаметр основания 201 мм;
• диаметр центрального цилиндрического отверстия 10 мм;
• высота кругового конуса 31,7 мм;
• угол при вершине кругового конуса 145°;
• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 1070 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит нелинейный характер и уменьшается от вершины к основанию конической рабочей поверхности);
• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;
• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
• материал подложки - кварцевое оптической стекло марки КУ-1;
• расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 5.
Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемого зеркала:
- уравнение поверхности у2=1000x;
- световой диаметр 40 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей внутреннюю усеченную коническую рабочую поверхность:
• световой диаметр основания 241 мм;
• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;
• высота кругового конуса 12 мм;
• угол при вершине кругового конуса 168,5°;
• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 373,3 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит линейный характер и уменьшается от вершины к основанию конической рабочей поверхности);
• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;
• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
• материал подложки - бесцветное оптической стекло марки К8;
• расстояние вдоль оптической оси ОО1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 1000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 6.
Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемой линзы:
- уравнение поверхности у2=1000х;
- световой диаметр 40 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей плоскую рабочую поверхность:
• световой диаметр 241 мм;
• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;
• толщина по оптической оси 25 мм;
• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 375,1 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит линейный характер и возрастает от центра к краю рабочей поверхности подложки);
• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;
• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
• материал подложки - бесцветное оптической стекло марки К8;
• расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 1000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 7.
Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:
- уравнение поверхности у2=6000х;
- световой диаметр 2000 мм;
- диаметр центрального цилиндрического отверстия контролируемой оптической детали 100 мм.
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=10,6 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей плоскую рабочую поверхность:
• световой диаметр 221 мм;
• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 5 мм;
• толщина по оптической оси 25 мм;
• тип ОСГОЭ 6 - отражательная рельефно-фазовая голограмма;
• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 56,5 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит нелинейный характер и возрастает от центра к краю рабочей поверхности подложки);
• рельеф дифракционной структуры имеет высоту h, равную 2,6 мкм, на соосную кольцевую дифракционную структуру нанесено золотое отражающее покрытие толщиной 600 нм;
• скважность соосной кольцевой дифракционной структуры Q=2;
• материал подложки - алюминиевый сплав Д16;
• расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 8.
Расчетные значения параметров выпуклой АОП 5 контролируемой линзы:
- уравнение поверхности у2=400х;
- световой диаметр 100 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=0,532 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей вогнутую сферическую рабочую поверхность:
• световой диаметр 257 мм; радиус кривизны 168,7 мм;
• толщина по оптической оси 5 мм;
• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 1 мм;
• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 50,9 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит куполообразный характер с максимумом на 2/3 от светового диаметра ОСГОЭ 6);
• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с алюминиевым отражающим покрытием толщиной 135 нм;
• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения алюминиевого отражающего покрытия;
• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
• материал подложки - кварцевое оптической стекло марки КУ-1;
• расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 120 мм.
Рассмотрим подробнее реализацию голографического устройства для контроля формы АОП 5, построенного по схеме, приведенной на фиг. 9.
Расчетные значения параметров вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала:
- уравнение поверхности у2=6000x;
- световой диаметр 2000 мм;
Длина волны монохроматического точечного источника света А λ=10,6 мкм.
В результате расчета получены следующие значения:
- параметры ОСГОЭ 6 с подложкой, имеющей выпуклую сферическую рабочую поверхность:
• световой диаметр 211 мм; радиус кривизны 3000 мм;
• толщина по оптической оси 25 мм;
• диаметр центрального конического отверстия при его вершине 5 мм;
• тип ОСГОЭ 6 - отражательная амплитудная голограмма;
• наибольшая пространственная частота дифракционной структуры 23,7 мм-1 (частотная характеристика ОСГОЭ 6 носит куполообразный характер с максимумом на 1/3 от светового диаметра ОСГОЭ 6);
• отражающие кольца 13 представляют собой участки ОСГОЭ 6 реализованные в виде кольцевых зон с золотым отражающим покрытием толщиной 600 нм;
• неотражающие кольца 14, представляющие собой участки, обладающие свойством рассеяния с коэффициентом контраста между отражающими и неотражающими кольцами, равным 0,8, изготовлены путем локального нарушения золотого отражающего покрытия;
• скважность Q=2 (ширина отражающего кольца 13 равна ширине неотражающего кольца 14);
• материал подложки - ситалл марки CO115M;
• расстояние вдоль оптической оси OO1 от монохроматического точечного источника света А до вершины вогнутой АОП 5 контролируемого зеркала равно 3000 мм.
Таким образом, выполнение голографического устройства в соответствии с предложенным техническим решением, позволяет повысить в два раза чувствительность контроля формы АОП за счет двукратного отражения от контролируемой АОП светового пучка в измерительном канале и при этом исключить искажающее влияние ОСГОЭ на вид получаемых в процессе контроля интерференционных и теневых картин за счет реализации обращения геометрического волнового фронта в измерительном канале, осуществляемого ОСГОЭ-компенсатором, причем ОСГОЭ используется в отраженном свете однократно и непосредственно не принимает участия в формировании изображения контролируемой поверхности в плоскости регистрации интерференционных и теневых картин.
1. Голографическое устройство для контроля формы асферических оптических поверхностей, содержащее лазерный источник света, расширитель светового пучка, светоделитель для разделения световых пучков в измерительный и опорный каналы, а также совмещения световых пучков измерительного и опорного каналов и направления в канал регистрации и обработки изображения, при этом опорный канал содержит плоское зеркало, а измерительный канал содержит осевой синтезированный голограммный оптический элемент (ОСГОЭ) с рабочей поверхностью, на которую нанесена соосная кольцевая дифракционная структура, и объектив, формирующий монохроматический точечный источник света, установленный на оптической оси на заданном расстоянии от вершины контролируемой асферической оптической поверхности, отличающееся тем, что ОСГОЭ представляет собой голограммный отражательный автоколлимационный компенсатор, имеющий центральное отверстие, при этом текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ вычисляется с учетом условия: 2sinϕ(ρ)=λν(ρ), где
ρ - текущий радиус соосной кольцевой дифракционной структуры ОСГОЭ;
ϕ(ρ) - угол между падающим на ОСГОЭ световым лучом и нормалью к ее рабочей поверхности в зоне с текущим радиусом ρ;
λ - длина волны монохроматического точечного источника света;
ν(ρ) - пространственная частота ОСГОЭ в зоне с текущим радиусом ρ.
2. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной амплитудной голограммы.
3. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что ОСГОЭ выполнен в виде отражательной рельефно-фазовой голограммы.
4. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на усеченной конической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
5. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на плоской рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
6. Голографическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что соосная кольцевая дифракционная структура ОСГОЭ выполнена на сферической рабочей поверхности, обращенной в сторону контролируемой асферической оптической поверхности.
