Интерференционный датчик волнового фронта
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ДАТЧИК ВОЛНОВОГО ФРОНТА, содержащий устаиовленные последовательно интерферометр, сканирующий фогСоприемник и анализатор сигналов,, о т л и ч а ю щ и и - ; с я тем, что, с целью упрощения конотрукции, увеличения быстродействия И точности определения амплитуды и i фазы измеряемого волнового фронта, анализатор сигналов состоит из двух фильтров и преобразователя декартовых координат в полярные, при этом входы фильтров подсоединены к выходу сканирукяцего фотоприемника, а выхо- . .ды 7 к входам преобразователя декартовых координат,причем частотные характеристики фильтров, i к { соответствуют формулам.. i S7ioJ-WoU9lLO Wol . (.оз-й5о)- 1ЫЮЗоП, 1де i - мнимая единица; to - пространственная частота;. g частота полос интерферрграм (Л мы; SJ - действительная функция спектс рального окна, эффективная ширина которой равна, ширине . спектра пространственных. g . частот исследуемого войново-. го фронта. ю 4; ч { О) L.
„„Я0„„1024746 A
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП"ИЙ (21) 3403084/18-25 (22) 18.02.82 (46) 23. 06..83. Бюл. Р 23 (72) Э ° А.Витриченко, Л.A.Ïóøíîé и В.A.Tàðòàêîâñêèé (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения Оптика Сибирского отделения АН СССР, Институт оптики атмосферы, Сибирского отделения AH СССР и Институт космических исследований AH СССР (53) 535,411(088.8) . (56) 1. Патент США Р .4159522, кл. G 01 В 9/02, опубпик. 1979.
2. Душина Л.A. и др. Автоматичесgas система для первичной обработки оптических интерферограмм плазмы.„-:.
, Автоыетрия, 9 1,.1974, с. 89-91. (54)(57) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ДАТЧИК
BO31HOBGP0 СРОНТА, содержащий устаиовленные последовательно интерферометр, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов,, о т л и ч а ю щ и и сятем, что,,с целью упрощения кон- струкции, ув еличения быстродействия
И точности определения амплитуды и фазы измеряемого волнового фронта, анализатор сигналов состоит из двух фильтров и преобразователя декартовых координат в полярные, при этом входы фильтров подсоединены к выходу сканирующего фотоприемника, а выхо.ды — к входам преобразователя деКартовых координат, причем частотные характеристики фильтров 1» и f соответствуют формулам
1,(Я (1-а,) Я((1,))
f j(й(и-и,)-Я(ы иaI), zäå » - мнимая единицами
Ы вЂ” пространственная частота . Я
4>a" частота полос интерферограммы! - действительная функция спект рального окна, эффективная ширина которой равна ширине спектра пространственных . частот исследуемого волнового фронта.
102474б где 1
Ю—
4-)0" мнимая единица; пространственная частота; частота полос интерферограммы) действительная функция спект-60 рального окна, эффективная ширина которой равна ширине спектра пространственных частот исследуемого волнового фронта.
Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в интерференционных приборах контроля.
Известен интерференционный датчик волнового фронта, который содержит интерферометр и сканирукщий фотопри- емник . Исследующую интенференционную картину регистрируют сканирующим фотоприемником. Вся обработка интерферограммы заключается в определении 10 возмущений волнового фронта по отклонениям интерференционных полос от их идеального положения. При этом все операции измерения и вычисления фазы
I возлагаются на оператора или ЭВМ (1) .15
Недостатком датчика является отсутствие узлов, обеспечивающих эффективную обработку сигнала интерферограмм, а волновой фронт получается после обработки на ЭВМ, не входящей в структуру устройства. Это сокращает воэможности измерений и уменьшает точность вычиолений.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является интер ференционный датчик волноводного фронта, содержащий установленные последовательно интерферометр, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов (2), 30
Недостатками известного датчика являются сложность конструкции, малое быстродействие и невысокая точность определения амплитуды и.фазы измеряемого волнового фронта.
Целью иэобретения является увеличение быстродействия и точности определения амплитуды и фазы измеряемого
I ,волнового фронта °
Эта цель достигается тем, что в ийтерференционном датчике волнового 40
Фронта, содержащем установленные последовательно интерферометр, сканирующий фотоприемник и анализатор сигналов, последний состоит из двух
Фильтров и преобразователя декарто- 45 вых координат в полярные, при этом входы Фильтров подсоединены к выходу сканирукщего фотоприемника, а выхОды к входам преобразователя декартовых координат в полярные, причем частот- 50 ные характеристики фильтров f< и f определяются по формулам
На Чертеже представлена схема предложенного интерференционного датчика волнового фронта.
Интенференционный датчик волнового фронта содержит интерферометр 1, на выходной оптической оси которого расположен сканирукщий фотоприемник
2, выход которого параллельно подключен к входам фильтров 3 и 4, а выходы каждого из фильтров соответствен но подключены к входам преобразователя 5 декартовых координат в полярные.
Устройство работает следующим образом.
Интерференционная картина исследуемого волнового фронта создается внутренней оптической схемой используемого интерферометра 1 на оптической оси его выходного люка. На этой же
ooè располагается сканирующий фотоприемник 2.
В правильно сформированной интерференционной картине информация об исследуемом объекте сосредоточена в узкой области вокруг частотыЮ„, которая равна. частоте полос на интерференционной картине. Воздействуя на сигнал, соответствующий интерференционной картине, полосовым фильтром с импульсной характеристикой Я (ЦcoSQ 4 и соответственно частотной характеристикой . где t — временная переменная, (й - частота, можно выделить информацию об объекте исследования. Эта информация представляет собой действующую часть аналитического сигнала и ее недостаточно для определения амплитуды и фа.зы объекта. Цля их определения нуж" но знать мнимую составляющую аналити" ческого сигнала,.которая получаетоя при воздействии иа сигнал интерференционной картины фильтра с импульсной характеристикой ф(Цб п (g4 и соответственно частотной характеристикой
Сигнал с фотоприемника 2 поетупа.I ет на, входы параллельно подключенных к фотоприемнику Фильтров 3 и 4, Импульсная и частотная характеристики этих фильтров выбираются по указанной зависимости °
После фильтрации в фильтрах 3 и 4 сигналы одновременно поступают на два входа преобразователя 5 декартовых координат в полярные. Декартовы координаты - действительная u(t) и мнимая v(t), составлякщие сигналы интерференционной картины, полученные в фильтрах 3 и 4, преобразуются в блоке 5 в полярные координаты - амп
1024746
Составитель Ю.Грузевич
Редактор Т.Кугрышева Техредд, Пекарь КорРектор A.Ïîâx
Заказ 4381/37 Тираж 873 Подписное
БИИИПИ Государственного коМитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ппп патент, r,Óæãoðîä, ул.проектная, 4 литуду A. и фазу (p s соответствии с прав илами где F - оператор вычисления арктангенса по модулю .22.
При работе датчика интерферометр Щ
1 настраивается таким образом, чтобы число полос в интерференционной картине превышало максимальную частоту в спектре пространственных частот исследуемой волны по крайней мере в три раза. Эффективную ширину спект рального окнами ((d) выбирают, используя априорную информацию об исследуемом объекте, например, распределение дефектов по поверхности оптической детали или их чаототный спектр. При отсутствии таких сведейий действуют методоМ-проб. Так, после первого измерения детали получают информацию .о спектре частот искажений волнового фронта„ настраивают интерференционную картину по числу полос, затем.
;измеряют датчиком амплитуду и фазу .объекта, получают сведения о спектральном составе дефектов волнового фронта. При этом точной настройки ин- 30 терференционной картины по частоте не требуется. Достаточно, чтобы число полос было больше, по крайней мерв в три раза, максимальной частоты в спектре частот исследуемого объекта.
Функциональный вид спектрального окна в области пространственных частот в простейшем случае прямоугольный. Такой формы достаточно для решения задачи получения значений амплитуды и фазы исследуемого объекта.
Интерференционный датчик волнового фронта может работать в сочетаний с известными интерференционными серийными приборами, например, с интерферометрами типа ИТ-172,. ИКП"1, ИКП-2, ИКЭП-1 ИЗК-462 ПК-452 беэ их переделки, а также с приборами ти" па ИАБ-451 в интерференционной схеме работы этих приборов с лазерным ис.точником света при исследовании оптических неоднородностей прозрачных сред. Прямое применение датчика с се" рийными интерферометрами в оптическом приборостроении, например, при изготовлении крупногабаритных зеркал астрооптики, даст значительный эффект при цеховом контроле и аттестационных испытаниях. Кроме того, датчик приспособлен для максимальной автоматизации измерений на базе серийной аппаратуры.
