Способ контроля качества оптических систем и устройство для его осуществления

 

1. Способ контроля качества оптических систем, заключающийся в том, что формируют два световых пучка, один из которых с частотой NI направляют на контролируемую оптическую систему, совмещают с другим пучком и преобразуют полученные оптические сигналы в электрические с помощью матрицы фотоприемников, о т л и ч .а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности контроля, 11торой пучок . формируют с частотой Jj, преобразование оптических сигналов в электрические осуществляют на разностной частоте 1); - Vj , вьщеляют опорный электрический сигнал, соответствующий центральной зоне волнового фронта , измеряют разность фаз между электрическими сигналами в выбранных зонах волнового фронта пучка, прошедшего через исследуемый объектив, с опорным (Л электрическим сигналом, при этом выбор зон контроля производят путем опроса электрических сигналов с фотоприемников матрицы, расположенных /о вокруг центральной зоны, а по измеренной разности фаз судят о качестве оптической системы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

0% (11) 3аЮ G 01 М 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3565069/18-10 (22) 14.03.83 (46) 30,09.84.Бюл. ¹ 36 (72) М.А.Великотный и Н.В.Демидов (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (53) 535.813(С88.8) (56) 1. Адаптивная оптика. Сб. статей под ред. Э.А.Витриченко. М., "Мир", 1980, с. 31-36

2. I. Í . B run ing . Digital wave f ront

measuring interfегоmeter for testing

optical surfaces and lenses.

Applied Optics, 1974, v. 13, №- 11, р. р. 2693-2703 (прототип) . (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ .ШЕСТВЛЕНИЧ. (57) 1. Способ контроля качества оптических систем, заключающийся в том, что формируют два световых пучка, один из которых с частотой 11 направляют на контролируемую оптическую систему, совмещают с другим пучком и преобразуют полученные оптические сигналы в электрические с помощью матрицы фотоприемников, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности контроля,òîðîé пучок . формируют с частотой М, преобразование оптических сигHaJIOB в электрические осуществляют на раэностной частоте М,1 —, выделяют опорный электрический сигнал, соответствуюший центральной зоне волнового фронта, измеряют разность фаз между электрическими сигналами в выбранных зонах волнового фронта пучка, прошедшего че.ф

f рез исследуемый объектив, с опорным электрическим сигналом, при этом выбор зон контроля производят путем опроса электрических сигналов с фотоприемников матрицы, расположенных вокруг центральной зоны, а по измеренной разности фаз судят о качестве оптической системы.

1116333

2. Устройство для контроля качест= ва оптических систем, содержащее источник когерентного излучения, два оптических канала, первый из которых включает телескопическую систему и контролируемую оптическую систему, матрицу фотоприемников, подключенную к блоку адресного опроса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повЬпиения точности контроля, второй оптический канал выполнен в виде установленных по,ходу луча первого плоского зеркала, телескопичес-ю кой сйстемы, объектива, второго плос

Изобретение относится к измерителЫной технике и может быть использовано для автоматизированного контроля качества оптических систем.

Известен способ контроля качества 5 оптических систем, основанный на разделении апертуры контролируемой системы, формировании волновых фронтов и измерении пространственного распределения фазы отраженного от оптической системы волнового фронта, осуществлении сдвига фазы пространственно распределенного излучения лазера с помощью фазовращателей на брегговских ячейках и четвертьволновых пластинок и измерении фазы опорной волны в каждом канале с помощью гетеродинных детекторов, состоящих каждый из дополнительной брегговс" кой ячейки, четвертьволновой пластин- о ки и зеркала L11.

Недостатком данного способа является влияние на точность контроля ошибок сдвига фазы, вносимых брегговскими яяейками и четвертьв лновьпи 25 пластинками, что вызывает неравномерность фазового сдвига между каналами .

Известен также способ для контроля оптических поверхностей и линз, за30. клктчающийся в том, что формируют два световьм пучка, один из которых с частотой направляют на контролируемую оптическую систему, совмещают с другим пучком и преобразуют З5 полученные оптические сигналы в кого зеркала, полупрозрачной пластины, за которой установлена матрица фотоприемников, причем ее светочувствительная поверхность перпендикулярна оптической оси первого оптического канала, а центральный фотоприемник матрицы расположен на указанной оптической оси, и, кроме того, в устройство введены два усилителя и фазовый детектор, выходы блока адресного опроса подключены через усилители к входам фазового детектора, а источник излучения выполнен в виде кольцевого лазера,,электрические с помощью матрицы фотоприемников (2) .

Устройство для реализации данного способа содержит источник когерентного излучения, два оптических канала, первый иэ которых включает телескопическую систему и контролируемую оптическую систему, матрицу фотоприемников, подключенную к блоку адресного опроса. Другой оптический канал содержит четвертьволновую пласти- . нку и эталонное подвижное плоское зеркало, закрепленное на пьезоэлектрическом устройстве для его перемещения 21.

Недостатками известных способа и уотройства являются погрешности измерения, обусловленные изменениями частоты сканирования при осуществлении интерференционной модуляции с помощью подвижного зеркала, а также его .угловых разворотов во время поступательного перемещения, нелинейность скорости перемещения, что снижает точность и надежность контроля.

Целью изобретения является повышение точности контроля качества onvzwegx систем.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу контроля качества оптических систем, заключающемуся в том, что формируют два свето рык пучка, один из которых с часто- . той ;4, направляют на контролируемую оптическую систему, совмещают с другим пучком и преобразуют полученные

1116ЗЗЗ 4 оптические сигналы в электрические с помощью матрицы фотоприемников, второй пучок формируют с частотой преобразование оптических сигналов в электрические осуществляют на разностной частоте 1» — », выделяют опорный электрический сигнал, соответствующий центральной зоне волнового фронта, измеряют разность фаз между электрическими сигнала ж в l0 выбранных зонах волнового фронта пучка, прошедшего через исследуемую оптическую систему, с опорным электрическим сигналом, при этом выбор зон контроля производят путем опроса элек 15 трических сигналов с фотоприемников матрицы, расположенных вокруг центральной зоны, а по измеренной разности фаз судят о качестве оптической системы. 20 .В устройстве для контроля качества оптических систем, содержащем источник когерентного излучения, два оптических канала, первый из которых включает телескопическую систему и контролируемую оптическую систему, матрицу фотоприемников, подключенную к блоку адресного опроса, второй оптический канал выполнен в виде установленных по ходу луча первого плоского зеркала, телескопической системы, / объектива, второго плоского зеркала, полупрозрачной пластины, за которой установлена матрица фотоприемников, причем ее светочувствительная поверх35 ность перпендикулярна оптической оси первого оптического канала, а цент- . . ральный фотоприемник матрицы расположен на указанной оптической оси, кроме того, в устройство введены два уси40 лителя и фазовый детектор, выходы блока адресного опроса подключены через усилители к входам фазового деgercxopa а источник излучения выполнен в виде кольцевого лазера.

На чертеже показана оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство реализующее способ контроля качества оптических систем со- 50 держит источник 1 когерентного излучения, выполненный в виде кольцевого лазера, телескопическую систему

2, контролируемую оптическую систему 3, полупрозрачную пластину 4, 55 .матрицу 5 фотоприемников, телескопическую систему 6, объектив 7, плоские зеркала 8 и 9. Устройство содержит также блок 10 адресного опроса, два усилителя 11, фазовый детектор 12, Оптическая система устройства состоит из двух каналов, один из которых служит для формирования волнового фронта Ч» и включает в себя телескопическую систему 2, состоящую из микробъектива и объектива. Контролируемая оптическая система 3 устанавливается в первом канале за телескопической системой 2, полупрозрачная пластина 4 установлена перед матрицей фотоприемников 5 под углом 45 к оптической оси и служит для совмещения двух волновых фронтов. Второй оптический канал для формирования волнового фронта 9 включает вторую телескопическую систему 6, выполненную аналогично телескопической системе 2, за ней установлен объектив

7 и плоское зеркало 8, плоское зеркало 9 установлено перед телескопической системой 6. Матрица 5 фотоприемников установлена за полупрозрачной пластиной 4 по ходу луча, причем ее светочувствительная поверхность расположена перпендикулярно оптической оси первого оптического канала и образует плоскость анализа, а центральный фотоприемник совпадает с этой осью. Выходы матрицы 5 фотоприемников соединены с соответствующими входами блока 10 адресного onроса, основной выход которогб подключен через усилитель 11 к первому входу фазового детектора 12, выход которого является выходом всего устройства. На другой выход устройства подключен координатный выход блока 10 адресного опроса.

Устройство работает следующим об-. разом.

Кольцевой газовый лазер 1 генерирует стабилизированные оптические частоты 1» и V» . При выходе из кольцевого резонатора излучения с частотами J» и Vg пространственно разделены.

Излучение с частотой Ч» направляют в один оптический канал устройства,. а излучение с частотой 1 — во второй канал. Разность оптических час от Ч„-Ч q для кольцевых гелий-неоноувых лазеров составляет величину в несколько сотен килогерц и поддержи-, вается с точноетью в несколько герц в течение длительного времени. Вол" новой фронт с частотой 1» направля" ют на телескопическую систему 2, формирующую плоский волновой фронт необ1116333 ходимого сечения, который направляют на контролируемую оптическую систему 3. Проходя через оптическую систему 3, волновой фронт деформируется величина и характер деформации обус- 5 ловлены качеством контролируемой оптической системы 3. Волновой фронт 1 направляют на зеркало 9 и затем на телескопическую систему 6, формирующую плоский волновой фронт, 10

Плоский волновой фронт М g посылают в объектив 7, а затем на плоское зеркало 8 и полупрозрачную пластину 4, где он встречается с волновым фронтом Ч, и таким образом осуществляют оптическое гетеродинирование. Благодаря. биениям между оптическими сигналами с частотами 14 и Ч,1 происходит преобразование спектра принимаемого сигнала с переходом к более низ- 20 кой частоте. Совмещенные в пространс rse волновые фронты попадают на матрицу 5, которая осуществляет преобразование оптических модулированных сигналов в электрические. 25

i(t) =2ka cos L(q-ÈÓ) t + 4 + f г де i(t) — ток фотоприемника, к — постоянная регистрации", 30 а — амплитуда сигнала;

td — круговая частота Ю =2, У ц У вЂ” постоянные фазовые члены.

Так как сигналы на частотахИ „о и (И„+И ) не детектируются фотоприемни- З5 ком ввиду высокой частоты, то их можно считать постоянным фоном. Сигналы на частоте (Я -Я ) снимают с фотоприемников, при этом вся информация о фазе оптических сигналов сохра-40 няется.

Измерение разности фаз между электрическим сигналом, принятым за опорный и получаемый с центрального фотоприемника. и сигналами с периферийных фотоприемников осуществляют следующим образом. На один из входов блока адресного опроса 10 непрерывно поступает опорный сигнал с центрального фотоприемника матрицы 5, и далее с выхода опорного сигнала блока 10 этот сигнал непрерывно поступает через усилитель 11 на второй вход фазового детектора 12. Блок 10 адресного опроса осуществляет последовательную коммутацию сигналов с периферийных фотоприемников матрицы 5. С основного выхода блока 10 эти сигналы через дру1гой усилитель 11 последовательно пос тупают на первый вход фазового детектора 12. Фазовый детектор 12 вырабатывает на выходе напряжение, величина которого пропорциональна разности фаз сравниваемых сигналов. Сигналы с выхода устройства могут быть направлены в ЭВИ для дальнейшей обработки, при этом с третьего выхода блока 10 может быть направлена информация о координате зоны сравнения.

Предлагаемые способ и устройство для его реализации обеспечивают повышенную точность контроля благодаря использованию оптического гетеродинного анализа измерительных сигналов, ке чувствительных к внешним возмущениям, усреднению во времени измеряемой величины. Погреш-.

I ность измерения оптической разности фаз волновых фронтов не превышает 1, что соответствует деформации о волнового фронта, равной Л /360 ,О

1116333, Составитель С.Пршевский

Редактор Л. Веселовская Техред Л.Мжеш Корректор М. Шароши

Заказ 6921/34 Тирам 822 П одпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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