Способ контроля качества оптических систем

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля оптических элементов и сис«Cfro .o., 1, / --- -И .о,,Г .aj тем. Цель изобретения - упрощение контроля и повышение его производи-- тельности. Исследуемая оптическая система освещается расходящимся пучком ,- в котором с помощью экрана с хаотично расположенными на нем отверстиями вьщеляется ряд зон. Несколькими фотоприемниками, расположенными в частотной плоскости попарно симметрично относительно оси системы, регистрируют флуктуации интенсивности в различных точках плоскости анализа при смещениях экрана. Усредняя флуктуации интенсивности по ансамблю реализаций по времени и по симметричным парам точек, определяют дисперсию волнового фронта на выходе системы , характеризующую качество системы. Способ позволяет упростить процедуру контроля благодаря исключению из схемы высокоточных элементов. Возможность автоматизации способа приводит к повышению производительности контроля. 4 ил. tC to 00 о со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО14ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С О1 В 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ гд;„, -дЯ f

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИБ г

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ / Ведкд-, „

1 л „. (21) 3789034/25-28 (22) 12.09.84 (46) 07.04.86. Бюл. Ф 13 (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения

"Оптика", Институт оптики атмосферы СО АН СССР и Институт космических исследований АН СССР (72) А.Г.Боровой, Э.А.Витриченко, А.В.Ивонин, М.В.Кабанов, Л.А.Пушной и В.Я.Съедин (53) 531.715.1(088.8) (56) Креопалова Г.В., Пуряев Д.Т.

Исследование и контроль оптических систем. — М.: Машиностроение, 1978.

Витриченко Э.А. Методы контроля астрономической оптики. — М.: Наука, 1980. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля оптических элементов и сис80 122 033 А тем. Цель изобретения — упрощение контроля и повышение его производи-. тельности. Исследуемая оптическая, система освещается расходящимся пучком, в котором с помощью экрана с хаотично расположенными на нем отверстиями выделяется ряд зон. Несколькими фотоприемниками, расположенными в частотной плоскости попарно симметрично относительно оси системы, регистрируют флуктуации интенсивности в различных точках плоскости анализа при смещениях экрана. Усредняя флуктуации интенсивности по ансамблю реализаций по времени и по симметрич- а ным парам точек, определяют дисперсвю волнового фронта на вьзноде свете- (/) мы, характеризующую качество системы.

Способ позволяет упростить процедуру С» контроля благодаря исключению из схемы высокоточных элементов. Возможность автоматизации способа приводит к повышению производительнос- еа ти контроля ° 4 ил. Ю

1 12230

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при технологическом и аттестационном контроле оптических элементов и систем. 5

Цель изобретения — упрощение контроля и повышение его производительности за счет возможности измерения распределения интенсивности в частотной плоскости. 1О

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующеro способ; на фиг.2 — расположение отверстия на участке экрана, на фиг.3 — пример расположения фотоприемников; на 15 фиг.4 — распределение интенсивности в частотном спектре в меридиональном сечении (пунктирная прямая показывает распределение интенсивности, усредненное по времени). 20

Устройство (фиг.1) содержит лазер оптическую систему 2, формирующую расходящийся пучок излучения, экран

3 с хаотически расположенными на нем отверстиями 4 (фиг.2), масштабирующую оптическую систему 5, фотоприемники 6, установленные попарно симметрично относительно оптической оси устройства (фиг.3), блоки 7 сравнения сигналов на выходах фотоприемни- 30 ков и блок 8 вычисления дисперсии волнового. фронта.На схеме устройства представлены также контролируемая оптическая система 9, частотная плоскость 10, соответствующая расноложению экрана 3, и плоскость 11 анализа.

Экран 3 может располагаться как за контролируемой системой, так и перед ней. Чувствительные площадки фотоприемников могут быть расположены не- 40 посредственно в частотной плоскости

10. В этом случае система 5 в схеме отсутствует.

Способ осуществляется следующим образом. 45

Волновой фронт излучения лазера

1 превращается оптической системой

2 в расходящийся волновой фронт сферической формы, который направляется на контролируемую оптическую

50 систему 9. Последняя в частном случае может состоять из одного оптического элемента, при измерениях производят перемещение экрана 3 путем вращения его в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, или поступательного перемещения в той же плоскости. Фотоприемники 6 реги33 стрйруют временные флуктуации интенсивности в выбранных точках частотного спектра. Размер фотоприемника выбирается в зависимости от увеличения системы 5 таким образом, чтобы он был меньше радиуса автокорреляции в частотном спектре. Значения интенсивностей, зарегистрированных в различные моменты времени, сравниваются в блоках 7, и затем по ним вычисляется дисперсия волнового фронта в блоке 8. Усреднение по пространству в частотной плоскости производится в случае использования нескольких пар приемников и в случае перемещения одной пары фотоприемников с сохранением симметрии их расположения в плоскости анализа. Такое перемещение фотоприемников может быть реализовано, например, последовательным опросом элементов матрицы ПЗС. В качестве блока 7 сравнения и блока 8 вычисления дисперсии можно использовать процессор, собранный на интегральных схемах. Время получения результата ограничивается в этом случае скоростью оцифровки сигнала и быстродействием блоков 7 и 8.

В частотной плоскости получается двухмерное распределение интенсивности (фиг. 4), представляющее собой в фиксированный момент времени набор ярких пятен с темными промежутками между ними, которые заполняют область, ограниченную первым и последующими дифракционными минимумами. Интенсивность кольца, соответствующего второму дифракционному максимуму, слаба, поэтому для получения большей точности измерения целесообразно проводить в пределах первого максимума, т.е. внутри площадки радиуса г = 1,22Л,Я â€” I э где — длина волны излучения, 1 — радиус волновой поверхности, д — диаметр отверстия в экране.

Способ основан на свойстве симметрии распределения интенсивности в частотном спектре при разбиении по случайному закону волнового фронта на зоны. Симметрия сохраняется, если объект контроля идеальный, и нарушается при наличии фазовых искажений в объекте контроля.

Если статистика поля в плоскости

10 гауссова, то степень нарушения

1223033

40

50 симметрии распределения интенсивнос.ти в спектре оценивается отношением корреляционной функции К1 к диспер" сии интенсивностиDl 1 г г1

- — = exp - 4 6 () где 6 — дисперсия волнового фронта.

Корреляционная функция определяется выражением

I к1=-1(а,t) I (-Z,+.1> - 1(К, t) ><1(-Á, t), (2) где 1 (h,t) — интенсивность в точке с удалением от оптической .оси в момент времени;

1(- } ) — интенсивность в точке

Ф с удалением в тот же момент времени.

Угловые скобки означают операцию усреднения по времени и по парам измеряемых точек.

Величина дисперсии флуктуаций интенсивности по времени и по координате в частотной плоскости определяется через измерение значения интенсивности

1 ..

DI:-<1(Z t) 1(t) >-<1(д t)><1(a,t) л)

Дисперсия волнового фронта 6 определяется из выражения (1) В =- ИР„) 1-Г,Р13 (4)

Для определения 6 измеряют одное г временно интенсивность в каждой из пары точек, симметричных относительно оптической оси, вычисляют величины KI и Dl, усредняя флуктуации интенсивности по ансамблю реализаций по времени и по парам точек, и определяют о г по формуле (4).

Способ позволяет опрецелить дисперсию волнового фронта, не измеряя волновой фронт в отдельных его точках. Это открывает возможность использования малогабаритной аппаратуры, устанавливаемой вблизи источника излучения и представляющей собой экран с отверстиями и фотоприем5

10 !

З0

35 ники. Схема реализации способа не требует применения высокоточных элементов, такимх, например, как диафраrма Гартмана. Кроме того, измерение интенсивности — операция, легко поддающаяся автоматизации, поэтому способ может быть реализован для оперативной оценки качества оптических элементов при их доводке и систем при юстировке. Использование соотношений, связывающих ширину частотного спектра внутри первого дифракционного минимума с радиусом волнового фронта, позволяет в рамках предлагаемого способа автоматизировать процедуру фокусировки оптики или измерения радиуса кривизны волнового фронта для систем с различными фокусными расстояниями в том числе и длиннофокусных.

Формула изобретения

Способ контроля качества оптических систем, заключающийся в том, что формируют опорный пучок когерентного излучения с волновым фронтом заданной формы, направляют опорный пучок на контролируемую систему соосно ей, выделяют в волновом фронте в плоскости, перпендикулярной оси пучка, ряд зон с одинаковой формой и размерами, фокусируют пучок, прошедший контролируемую систему, на оптической оси системы и определяют качество оптической системы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения контроля и повышения его производительности, положение выделяемых зон задают по случайному закону и изменяют во времени, измеряют интенсивность электромагнитного поля одновременно не менее чем в одной паре точек, симметричных относительно оптической оси контролируемой системы в частотной плоскости, соответствующей плоскости выделения зон в волновом фронте, а качество оптической систе— мы определяют по временным и пространственным флуктуациям измеренных интенсивностей в парных точках, симметричных относительно оптической

Оси CHCTPMbl.

1223033

Qut4

ВНИИПИ Заказ 1700/42 Тираж 670 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4