Способ определения числа френеля оптической системы (его варианты)

 

Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет повысить точность измерений. По первому варианту исследуемый объектив освещают точечным источником и регистрируют распределение интенсивности в дифракционной картине вдоль оптической оси. Измеряют расстояние между минимумами энергии главного и первого положительного максимумов или главного и первого отрицательного максимумов , или двух боковых максимумов и по ним определяют число Френеля. Во втором варианте освешение производят последовательно на двух длинах волн, а расстояние измеряют между минимумами энергии каждого из главных дифракционных максимумов . Приводятся формулы для определения числа Френеля в каждом варианте. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. к ГС 4;. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1224644

< ц 4 Ci 01 М 11/02

1 ьф г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3721976/24-10 (22) 02.04.84 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) С, С. Каземирчук, К. И. Крылов и С. А. Смирнов (53) 535.817(088.8) (56) Афанасьев В. А. Оптические измерения.— М.:Высшая школа, 1981, с. 148 — 151.

Авторское свидетельство СССР № 706690, кл. G 01 В 11/02, 1979. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА

ФРЕНЕЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет повысить точность измерений. По первому варианту исследуемый объектив освещают точечным источником и регистрируют распределение интенсивности в дифракционной картине вдоль оптической оси. Измеряют расстояние между минимумами энергии главного и первого положительного максимумов или главного и первого отрицательного максимумов, или двух боковых максимумов и по ним определяют число Френеля. Во втором варианте освещение производят последовательно на двух длинах волн, а расстояние измеряют между минимумами энергии каждого из главных дифракционных максимумов. Приводятся формулы для определения числа Френеля в каждом варианте.

2 с.п. ф-лы, 2 ил.!

1

Изобретен ис ОтнОситсЯ к измерительной технике и может быть использовано для определения числа Френеля оптических систем. характеризующего их дифракционное качество, а также позволяет определять ряд геомстрооптических параметров, таких как диаметр выходного зрачка, его положение и расстояние от выходного зрачка до параксиального изобретения точечного источника.

Цель изобретения повышение точности определения числа Френеля оптической систем и.

На фиг. 1 приведено схематичное изображение положений дифракционных максимумов в пространстве изображений оптической системы; на фиг. 2 — схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство для реализации способа содержит передающий блок, в состав которого входит СВЧ-генератор 1 миллиметрового диапазона (например, Г4 104), генератор

2 модулирующего сигнала, аттегноатор 3, излучающая антенна 4, в качестве которой используется открытый срез волновода, направленный ответвитель 5, волномер 6, детекторная головка 7, осциллограф 8. Кроме того, устройство содержит радиооптическую систему 9. Приемный блок включает антенну 10 опорного канала (например, в виде пирамидального рупора), и приемную антенну 11, в качестве которой также используется открытый срез волновода, детекторные головки 12 и 13, селективные усилители 14 и 15, преобразователь !6 напряжения и самописец 17.

Способ реализуется следующим образом.

СВЧ-сигнал с генератора 1, промодулированный по амплитуде низкочастотным сигналом (порядка 10 кГц) с генератора 2, через направленный ответвитель 5 и аттенюатор 3 поступает в антенну 4 и излучается в открытое пространство. Одновременно часть сигнала через направленный ответвитель подается на волномер 6. К выходу волномера подключена детекторная головка 7, сигнал с которой поступает в Y-канал осциллографа 8. Элементы 6, 7, 8 схемы позволяют измерять рабочую длину волны СВЧ-генератора.

Если контролируемая оптич<.ская система 9 была рассчитана для работы на конечных расстояниях (типа проекционных оптических систем или систем с небольшим увеличением) то в качестве излучающей антенны

4 можно использовать открытый срез волповода стандартного сечения, раскрыв «оторого совмещен с плоскостью предметов.

В случае проверки системы, рассчитанной на бесконечность (типа фотообьектива), может быть использована антенна в виде пирамидального рупора с корректирующей линзой, созда ощая квазиплоскую электромагнитную волну. Радиооптическая система

24644

5

1О

ЗО

2

9 формирует изображение точечного источника в виде сложного дифракционного распределения. Вдоль оптической оси с помошью специальной системы сканирования перемегцается приемная антенна 11, также выполненная в виде открытого среза прямоугольного волновода стандартного сечения.

С антенны 11 СВЧ-сигнал поступает на детекторную головку 13 и далее на селективный усилитель 15 (например, У2 — 6), который настроен на частоту модулирующего сигнала. С выхода усилителя низкочастотный сигнал поступает на вход преобразователя 16 напряжения (например, В9 — 2).

На другой вход преобразователя поступает опорный сигнал той же частоты, прошедший через приемную антенну 10, детекторную головку 12 и селективный усилитель

14. С выхода преобразователя напряжения сигнал поступает на вход Y двухкоординатного самописца 17, на вход Х которого одновременно подается сигнал с датчика положения сканирующей системы. Таким образом, перо самописца вычерчивает в выбранном масштабе кривую дифракционного распределения интенсивного вдоль оптической оси. Дальнейшее измерение линейных размеров дифракционных максимумов проводится на полученном графике с учетом масштабных соотношений и в зависимости от выбранного варианта способа определения параметров оптической системы. Необходимо отметить, что в первом и втором вариантах способа измерения проводятся на одной фиксированной частоте (длине волны) СВЧ-сигнала. Во втором варианте способа измерения проводят дважды, сначала на одной длине волны, а затем на другой. для этого в передающем блоке либо меняют генераторную секцию, либо осуществляют перестройку напряжений на электродах генераторной лампы.

Измерения проводились по описанной выше схеме (фиг. 2) с использованием первого и второго вариантов прелагаемого способа. Рабочая длина волны СВЧ-генератора зыбрана равной 3,9 мм. Передающая антенна в виде открытого среза прямоугольного волновода сечением 3,6;к,!,8 мм, располагалась на оптической оси объектива на расстоянии 4960+5 мм.

Выбор в качестве об ьекта измерений плоскоBûïóêëой линзы объяснятся простотой выполнения контрольных измерений. В этом случае выходной зрачок совпадает с плоскоч поверхностью линзы и может быть легко измерен с помощью обычной линейки. Контрольные измерения радиуса сферической поверхности проводились с помошью индикатора часового типа, при этом определялась стрелка прогиба в разных точках поверхности и полученные данные пересчитывались на искомый радиус. Контрольные измерения дали следуюгцие значения

1224644 о 12Л 1-о L > (Lp+ L i)

У (Lo — 21 i ) (1-ю+41 i) (Lp — 2Li) или б1 <

11 — 1

Формула изобретения

> а

N =

ЛК

nwl> — Ln>L

2 -2

Lot LО2 (Л2 |)

R — 2 (2Li Lo) параметров линзы: радиус выходного зрачка — а = 295+ч- l мм; радиус сферической поверхности линзы — г.=570-+-30 мм; фокусное расстояние линзы Ь=970+-90 мм (с учетом того, что показатель преломления оргстекла при Л= 3,9 мм равен п=1,59+-0,07 расстояние от выходного зрачка до параксиального изображения точечного источника—

К, =1200++140 мм. Число Френеля, определенное по выборочным средним значениям параметров а, Кк и Л, равно N=18,6. 10

Измерения, проведенные в соответствии с предлагаемым способом, дали следующие результаты: выборочные средние размеры дифракционных максимумов, полученные на основе прямых изменения, мм: Lo=220;Li=

=151; 1 =83; радиус выходного зрачка а и 15 расстояние от него до параксиального изображения точечного источника R, определенные косвенным способом: в соответствии с первым вариантом способа К =1094 мм, а=

293 мм в соответствии с вариантом R=

1114 мм, а =298 мм.

Полученные значения параметров а и R хорошо согласуются со средними выборочными значениями этих параметров, определенными при контрольных измерениях.

1. Способ определения числа Френеля оптической системы преимущественно в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах включающий операции освещения точечным источником исследуемого объектива и регистрацию распределения энергии в дифракционной картине вдоль оптической оси, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют расстояние между минимумами энергии главного максимума (Lo) и первого положительного (Li) или главного (Lo) и первого отрицательного (Li) или двух боковых максимумов (Li, 1. i) и по найденным значениям определяют число Френеля N по формуле

40 2

М= —. >

ЛR где а — радиус выходного зрачка оптической системы;

R †расстоян от выходного зрачка до 4 параксиального изображения точечного источника;

Л вЂ” длина волны, причем а 1 . (2Li — 1 о) (Lp+4Li) или

2. Способ определения числа Френеля оптической системы преимущественно в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах, включающий операции освещения точечным источником исследуемого объектива и регистрацию распределения энергии в дифракционной картине вдоль оптической оси, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, освещение производят последовательно на двух длинах волн, измеряют расстояние между миниумами энергии каждого из главных дифракционных максимумов (Loi, Lop) и по найденным значениям определяют число Френеля Н по формуле где а — радиус выходного зрачка оптической системы;

R — расстояние от выходного зрачка до параксиаьного изображения точечного источника;

Л вЂ” длина волны, при чем

" f > t i . (Ь > А1 — L o > Л > ) (L о" 2 — Lo ) i ) 1 где Лi и Л вЂ” два соседних значения длин волн.

1224644

Составитель С. Пржевский

Редактор М. Товтин Текред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 1914!40 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4