Способ определения фокусного расстояния оптической системы

 

Изобретение относится к измерительной технике и позво.чяет расширить функциональные возможности способа за счет обеспечения возможности определения фокусного расстояния микрооптической отрицательной системы с одновременным повышение.м точности. Положительная линза 2 преобразует основную моду с Гауссовым распределением интенсивности от лазера 1 в Гауссов пучок с известными расположением и диаметром перетяжки. Устанавливают испытуемую оптическую систему 5 пе()едвижением юстировочного столика 4 на расстоянии di от плоскости 3 перетяжки. В плоскости 7, отстоящей от испытуемой оптической системы на d d|, измеряют диаметр Гауссова пучка, преобразованно1ч) этой системой, и повторяют это измерение после дополнительного смешении системы на Ad d,. 2 ил. 01 а ос а ; о; uz. 2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gt) 4 G О! М 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0(CF

Я: л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4048790/24-10 (22) 07.04.86 (46) 30.10.87. Бюл. № 40 (7l ) Ленинградский институт то (Ho механики и оптики (72) В. П. Вейко, Г. K. Костюк, В. Д. Филлипов, В. А. Чуйко и Е. b. Яковлев (53) 535.818 (088.8) (56) Когельник Н. The Bell System Technical

Journal, х. 44, № 3, р. 455 †4, 1965. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ОПТИЧЕСКОИ

СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к измеритс tbной технике и позволяет расширить функциональные возможности способа за счет

„,SU„, 1348693 А 1 обеспечения возможности определения фокусного расстояния микрооптической отрицательной системы с одновременным повышением точности. Положительная линза 2 преобразует основную моду с Гауссовым распрсделением интенсивности от лазеры I в Гыхссов пу IOK с известными расположением и диаметром перетяжки. Устанавливают и nt>ITóåìóþ оптическую систему 5 передвижением юстировочного столика 4 на расстоянии di от плоскости 3 перетяжки. В llëoeêoсти 7, отстоящей от испытуемой оптической системы ны d )) с1ь измеряют диаметр Гауссова пучка, преобразованного этой системой, и повторяют это измерение после дополнительного смещения системы на Ad(d,. 2 ил.

A(f + H (((-1i + г,!е АВ(:() а.f(чснты.!уч(вои чыгрицы rip(. обри и>вания оптической системы.

Использование азого правила для поло10 HTL льнОЙ Онтич(. hOH (истс >

0llP(ДСЛИТЬ (. (> фОК lint PHCCTOHII (le (IO ИЗ>

Вы<и>р 0110()lfhlh II)1<è KO(. геи Он гическои (и Teìы и 11.10(. костях н(р(тяжек 1 H>> ссовы

III чки, rl t;3<3Kifftt и> на оитичсск Io сисгему и нр 06pii:и>винного K). О! р(3!<и«и!<иет испо Ib

30(>инне 110.10<)но(о р;(с<ц (и ли(нь для Онр(;1(>. Ietl1IH II0 Р(3>> Г1Ь И 1 И М И 3 >(ЕРЕ) f HH (>)<», )()< i

20 р;3сстояния ноло китс.!ьных Olflè÷åских сис !еч, носKO,!ьку у отрицит< льной оцтичс KOH сил с чь! о !(1<1 из перс THжеh >! II И х!ы я. (L P<) >tL 101 О, И.<ЧС Р(Н ИЕ,IH ) f, 2<» ) H Off»pl!hi Х IlitOLКО(Tя > рисстояний (1, и <1 о! испытуемой сисгеЧ Ы дО О»С>ри Ы Х ИЛ<)С КО(тЕИ дЛя 0!1 ðå. feËLния фокусного рисс г<>яния коро(ко(()окусных

Онтич(. (. ки х с ист(. хl с (ожни я Т<. хи и ч(ск;!я .

Уст(<но!3к;1 исныгуечои 011111 вской сис<е. < (>)II I t

<1 =-,). "с)л 7 j

I lt РИ. ill У С IIL f) ВОЙ . »! Il 31>l И(. II !>11 t (. >>10 И

ОНГИЧ(СКОЙ сисге <Ы, х<; р;1,((IK;f, ч; ,i. (И и;! ЬЧ>.)НЫ Сf

К<1, нрсобр;«Он;!нного 1!сн I f vt мой ()Ill!!÷ñ

t K0I3 си< feчои fl ll,ln(к()сги, рислояни<:(<

K<) I<> )<>lt ()l И llhll t t ЧОй Off I È×ÅÑÊÎé СИСI(. ч « I =- < I f,, f(> ! >. и и с л ы<о с ч е ца >от и с н ыгxt чуK) >»(и и«кун) систему ll;1 ри(ГСTOHflllt л (I.- 11 и вновь и <чс ря(от диаметр нрс06f)if «)1>инно(О lttнытуел!Ой >нги вской сkitтех(О(! 1 ift t с(>li;f I. . чк,(и 1ои же сдчой IlлосKOс ги (l ð(>(тр;< нс гнс и и<и;I ч II. l и гудно-фи <ОHO (i i f с н 1) e, ((., f ((1 и (, 1 с h Г (i 0 х! а Г 11 и т(1 О Г О (!n. Я << с т О и — 4 Р чи!<ого ()LL<(>ff;f r Op;3 обри <ует киры ктс рный цу н>к, «олновьц IIOHt рхнос(и KOTopol бли<ки к сферическ(tч,;! p;tettpeлеление основнс>Й чо if>l в !К>бох(11011(. речном се и нии нучк;! 0() I вс тл в«т Гcfv(со!3у ((,IH хдрдк(,ри, Ikthkl ((>чс(овд ихчк(1 f3 45 . 1(Н) 0 Хl 11(>11(P (Ч l l n Ч С С" I С Н И И И С Н ОЛ Ь 3 Ч IO T Д В И цдри ЧЛ ра: и> р;!днуС НуЧКд В 11011(ðÑ ×ÍOÌ ссчснии ни уровне;!ч(питуды е и К ðHлиус криви <ны фы и>ного волнового фронты-либо <и>л(t 061IIHli ком(пексный парим(гр (1. свя 3;»f(«, L < > и К соотношени«л< л (>)i) f u о |! + (- ) ) °

/.ЛМ

I 1

1 ((!х и<

1:>

11 306p(Гс fili(. ()111()(и 1 си I(it 3 >tt ри гс,(ьноИ техникс, и ч;!сгносги h снособыч онределсниЯ (РОКХ LИОГО Pif(L ГОЯниЯ »ill H÷( м ! сельк) и 306p!. ния являс Гся рыси!upcI!it(функци<и<альных во<чо кностей зы счет

<><И Сll(rft НИЯ ВОЗМО КН<И"ГИ ОИРЕДЕЛЕНИЯ фОК С»ОГО Р;)С(тОЯНИЯ ЧИКР<н>нтИЧЕСКОй ОТРИ»И (С,(ЬНОИ (. HL I ЕХ(Ь! L О !lint>Pt. 1(Ilk!bitt НОВЫ»lt IlHt Xt T0

l (<1 (!) If 1 1 иоки 3<1 II 3 с Хс vt<1 f) <1L 110.1() rh(H И H HL ll t>l i L С Ч<) И Ои Г И 1(СКОЙ (И T(>Ч Ы 01 НОигсг!ын> опорных цг!Оско(теи, где и — исх(>дllnt. 110,10 КL нис L истеvlû; 6 !И)ложениc

111)I1 с 1(II!с llии ис I!1>l! чс >>1Ои ОIITич(. скои сисГ(чы и;1 (<е.(и !(flit >(I((1,; на фиг. 2 OIITlt ILL K<3 ß С ХL >I Ы УL ГРОИСТ В<1 Д 1 Я РСИ Ill 3<3 !i» И

С(IОСО<)и Оll f) ;itt I(. (I И Я ф() КХ С 1(01 0 РИССТ()Я (I И Я к О Р О Г к О (() О к >< L l l О и ч и к Р О о н Г и I c L ко Й О Г Р и I I <1

ГС.!ЬНОЙ СHL Гt ЧЫ (.II(>(Оl) Ос IIН L Г(<, IЯ(. ТL Я L . Iс,(Х К)ll(ИХ! Обf)

<ОЧ.

l (с н ы у (ч у к) Oil г и (с с K ó K) с и с те м у уГСТ;3li;1В,1If В),) i (хоан,lt ht ный ииричстр нреобразованно-!

О 0111 è÷«ñêîé сисгс мой иуL сОвы пучки чо2 жег 61>ITb Определен с нол!Ощью правила

АВ>с.(), ссли и 3IILLTftit лучс вия матрица Itpeобри и)виния лучи онгической системой, Л () ( 1 ы f1 <1 pi! t ñòîÿ » ни (I

) >

О Г Р <3 Н И Ч (Н И (. I I <3 H L, I H I И 11 <, (»t (Н С (1 И Я И С Н Ь! 1 t

t ч<>й L kf(TL мы p (I <(, Об>сг(О(>г!с (3 ь! r L .>I, «TO нару flit. ние итих нер;<венств чс)жег ирине(I H

h нируrllLíèf0 0l pt ктуры Гауссов;1 ill IKH lf 3- 3()

< го дифракции ни IIL. рвой .!ин <с исныту(ЧОй С(!СГЕЧЫ. (lерteí<) из 3it<1 р;(c —

flit! f)L н и я Ги >> с(Он<3 н > <1 h<3

I;lL /. расстояни(<) I ссчсния lli чкы. Где фиЗОВЫй фрОНт IIЛОСКИй If Иу IOK ИЧЕLT минималыни: с«чснис (персти кка). ч радиус иерстя кки, ч, () радиус пучки ни расс(оянии < ог нер(. тяжки, ч.

Выбор ве.!ичин (If >,2 и, с(), обу .!Овлен необходичостьн) >,L lр;!нс ния дифрикции Гиуссова пучки ни нервой линзе иt llhlTóeit0H L истемы, 110(:колькх дифрык!<ия If!ill

Hî 1HT к нарушеник> струкT> ры пучка и, (!еловательно, к не!(ре:3ск(3.3усч,)л<у изменени>0 диаметра пучка HLII(frtt÷îè (ист чы в И.1оск()сти измерения, T.t к о!Иибке в OllpekkeлсIlии фок>> (. НОГО расLтnя(lи я и(ИI>lтч\ м()и си(т емыы.

Т о ч н О с т ь o i I p e :t (. И.> и и >1 ф О к ч с н О ГО р « стояния Iio пред/!313(мочу способу Bblllf(. чеч но известному, НО(кольку. во-нернык расстояние (1 выбирается гораi to большим расс!Оян и Я (I i (т o. (! >) ) (I i 1 и 3! О Iio 3Bo. IH(1 р(lбоТ<(ТЬ С .(11<3 <1 И 1 3 и системой, ikopH;(k3 .",есятков ми,)лимеi ров, в го время K3h раз >(еры нер(THrK(4 коротко(1>О

К» сны> <)111 и !В(ки < и(. т(l <)6 hi lifo !< i! Г<3 в— . I HK)T ДЕСЯ i 1>IO;(Ос! И Ч И/1 1 kl Л1Е 1 J .i), И, BO Н ГОР! >I :, (ч е(1 1 (и (I o м о ж и О и 3 >1 (. P и т ь I I О 4 P <3 Йi« È ЫЕP(Н(3 ll<>PH. (OK ГОН НЕ(. . if(i!fif<

И(НЬ!тм(ЧОй Of!lit

Онре.1ес!ение фокусного ()3(тонн»я исны туел(ой онтическои системы Ii ) р»<лс!ь!Нтач и.<черс ний,(и;>ч«тров I аусс< н, ilч !к;! В н,l()!КО TB и(РЕI kli4 КИ (НЕРВНЯ >I!»Pili(1 И, «)(Ko(ть 1 н (3 ff/Io(: кости, p3! !1 Оя(! и я (О Ко ГОг)ой оТ исн!>Iз уемой сис1ел(ы (l =. -.(! I tt1()р235! (»I »() на Я н, Io< КОС ГI> 1, II f):1 >>с i .<11(! н <>< < < fl i>!

Т>< (. МОИ (ИСТ(Л(Ь! Н а Р<(СС . OH tilt ll

:1 (i)i>i (li о/ л

О I !i IO(hоС I il I« p(. (>я rK К И, f)i<СС ГОН II И Я (! . I< личины сч(ill(. Иия и ныгечои oисгел(!1,, >Ы Ii ))<3BH.I<3 ЛВ<.D L.IH лв>> X IIO/(ож(Ний Испытуемой си(зсл!ы о!носит(!шн> Онорны и,«>(. к<и гей.

Най.п нн;>Я ин Itl>IР

А,<(,+ (3, А «<;;-< <> . (!1-(- »! ((- (- - (!(+ I I

Нрнб,»trl((ill!<3» (!)Орл(.1:! (IH Оиреа(,! Ill!» фокусного р:«сгояния но и <м(ренным»« ЕT tilt.(,л, (I <1>ii (I

f—

)< )

J +

<» (i> i /. г.(<. Н>, pва пу IK3 и» и гор»и ил<и кости нри k«xo (ном расно.н)женин иснытуел(ой сисT! Ыы относительно »flop ныл плоскостей.

>= <н, <> 1 изменение рааиус

ГBуссова пучка во второй опорной и lo<.4 >с ги нри сч(н((нии исllû гуел(ой Онти «с>н>Й систечы н3 ве,!инин< Q(f((Ii <>>носи lc.I!i!i<>

И С < Г),Ч Н О Г О Н О Л О Ж Е Н И Я, ()2> — ралиус I алссова пучка во вчорои опорной и.нк кости.

Испо/!ьзо!>ание »рави,13 АВ(1) как лля расчета нарачетров Гауссова пучка, нреобрааованногг) онтиче hoH (.3<ñòå÷oé, так и (>!я онрелеления ал(че(! Г(>в лучевой матрицы преобразования оптической системы, т.е. Онтич(ски у параметров oil I H»åñêîé систечы, il»fP < > КО I I f) It > I (l f H (. T(Я В ТЕ Х Н И h(. P < l! «> Г ; нучко(3. 1!О Обь!Нно

flpl1 Онре,(ел«нии алеч IIT»13 лучевой ч;! Iрицы нреобр;! И)в;>ния <>I р;>ни»ив;1>отсH Il<). 1<>

К И Г(. ЬН Ы Ч И ОН ГИ (СС(И Ы И I« I (×;I , i i, (<, il и К<3 И < Г Н(. O! «)Pl(i>l Л il, «l(KO(1! Il I I «)С k(>

OГll f«. P(IЯ ККИ

У! г f)»k« г!>О, (, IH Онр(.1<, «ни я (1>он< (il(» <)

J) (()О 4 II(»! <(It! i (>И ц<3 Г(. fiii(ikl < i (< (Ч I>I (> I! ) rk ll < О (If< > !

1 0 Lt < ) I < >!31>»t I Oil», f)O >1 ii I ii С< k t i I< I« I О . Н и к I II

I >< .« ll II H, >бе< Н("I lt 3<1!<) If (i! Ос li <»< li N к) 1О, (< (l \ (! О I(I>I > f II < ) I I! )! I! I I <1 Р (!! Il (>(I! н(инно(ти В,IK)60 1 с !сниц нл IK;i с /.=tk,(> > <1 К Л(И Д» — ) . 1(irk i! I (, I I> нук), »»1(у ), <;3,(;>к»цл !о !<>, !о<к >н!и !и рьч>и

oII() f) i и II, I!)! кости . 1 l« Ill>11< сл! >!(си г(мы, P > .(lt < Il(. !) Е T kl +; K II « >„ И Р (3 (1 О Я I! 11( л, <>),, /. к>сlllf><)I>OЧный столик 4, <)бесf«. tl!Bi31<»!(IIII

Il(. p(. ченп ни(испытуемой системы > lt;lo. It>

Онги (ской Оси на ра (гонии., (1 ((и ск;3

НИРл K)lit!ill фог()I!Pl«чник (), !(лосh()(. òü (н гlf! гP <1 II II Н КОТОРОГО СО!3 Ы(Il((. И <1 (BTOP» it () il<) Pll()kl I (> l!Oi. i l>f<) (<) <3! ll(>. «) rK(lI IIOll II;I p;« < l О25

В Ч((с If(, (kl, („IH Oil f)(. I(. и Ни я ((>»к< (ili)

I() Р(3 TOHI»IH ()I f)iii(<11(.г!ЬНЫ ЧИКР<К»! И И-! ки с!Сл« НТО!3 с / = мч (» I. Io ()6p;ili(>

io((>ojt,"!f3<> . 1;! «p(>!<(, !1ОГ!Ожиге.н,нои .!ин

l лои (I )(1 л(1, Об(сi« »1331»ili(и,(kt;1 1(1 f)

30 1!Вp(I HrK hit <»„! . f)() л(кл!

JI(tII)II<,(ч;>я сисг(ч;! !)а — 1 чч и го.ill(i»fO!1 (— = J,() Ч, 1, )3 С IIO, 1 ннол< (! О, (ик(-1 ll

ОГ I«. J)13»li ОН<>РНОЙ II. IОСКО(Гlt II,IO(K()OÒ11

lI(. p(тя кки. Н;3 р;!сс(оянии з<> ° il /. (I )PH.(k;l l(>(f1(л(ы! О! Н(ill>ll (ЫОЙ н I(<»,!

Р;3 <Ч(II!3Ë(Я СКki»ИР< >ОН(ИИ фОГ<)3,1(Ч Ill ГИII i

40 Ф, 1 !. 1<зсгировг)чныи го,lkfh i>f>!! И(!ин;l,l перел(сии ни(и f(p(;((.i;3x " »wl i 1<) II«>(:II, > (hi!

Фок снос расстояние »сны л(чой 1«. I < чы с()(т;! в I rl(I (— -1,74+- ((,I k:1 ч (. (: li »(<)6 O(> Ili(. с Г B. I HO с H .(С.(> N) tl (kl <1 (>6 (); i

Г)сно!<н(!Я ч<>ла с Гау(совыч р;!сирс.!с, !е ниеч интенсивности <) Г iil 3(.ð;l I, 1I < < Ilр»Обр;3 <Л(ГСя Н<).I<)rhнт(,II,Н< И,IÈÍB )kl > С

I3(. <. (ны 1ii (>il: kl «с ил»! н >Р;!л« I Р (чи It !;>лс-! (>i3 II, i< »< С Il < В O (. i Ifi (<1 P (!(Ili>,1 О + (Н И <. Ы И ,(k13 м(Г f)< >! Н(. fи Гя 4. 4 И 2! > 11сны 1 > <. 1(! Я < >il

ТИ Ч(. h(I H OИСЗ (. >1 О Ирово !И»(о с!О!ик> 4 лсган(!3»!И>( (1 (Я I I;t f), «. СТОЯН И И оТ нсрвой !(лоскости > и,«)(косз и н«р(тяжки Н«расстоянии (f > ) (I! От иены) л(. 1348693 л гон >

<» (10

Фор,чули изобретения (<>< > ar>rr>e.rr, т<. Миро<гон

Р<. гакгор ll Рг»б <аонк<> Гекред 11 Bel>ee Коpрек>оp 4 Ги,г, .1,>r;>д 4Ы)2,>41 тираж 75 11 о r r r >r ««><.

11Н11111111 >"<>ex raper rr< rrrr<>r <> кочитега С(д.Р но делая иаобрс >енго1 и оглр>> гни

113035, Моска<>, Ж 35, Ра1шская наб., д 4 5

11р< и.<иод, >rrerr>r<>-rr<>arrrpae ире >приятие, г Ужгород, i>r >1р<>ектг<ая, 4

5 мой оптической системы с помощью сканирующего приемника во второй опорной плоскости 7 определяется диаметр Гауссова пучка 2го ь З,алее испытуемая оптическая система смещается на расстояние D d(d > и определяется диаметр Гауссова пучка во второй опорной плоскости 2со22. По результатам измерений по приближенной формуле (2) определяется фокусное расстояние испытуемой оптической системы.

Способ определения фокусного расстояния оптической системы, включающий измерение диаметра Гауссова пучка в перетяжке, установку испытуемой оптической системы на определенном расстоянии от перетяжки, измерение диаметра Гауссова пучка, преобразованного испытуемой оптической сисгемой, и определение по измеренным параметрам величины фокусного расстояния испы туемой оптической системы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения фокусного расстояния микрооптической отрицательной системы с одновременным повышением точности, расстояние от оптической системы до перетяжки выбирают не превышающим где ы -- радиус первой линзы испытуемой оптической системы;

<оо< радиус перетяжки Гауссова пучка;

З- — - длина волны светового излучения, затем измеряют диаметр Гауссова пучка, 15 преобразованного испытуемой оптической системой, в плоскости, расстояние до которой от испытуемой оптической системы да)) dr, затем смещают испытуемую оптическую систему на расстояние d(dr и вновь измеряют диаметр преобразованного испытуемой оптической системой Гауссова пучка в той же самой плоскости перетяжки.