Способ получения интерферограмм контроля качества линз и объективов

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля качества линз и объективов и может найти применение в производстве, занятом их изготовлением. Сущность изобретения: способ включает освещение диффузного рассеянного излучения через контролируемый объект с заданным значением фокусного расстояния, запись на светочувствительной среде голограммы с помощью плоской опорной волны, смещение рассеивателя и светочувствительной среды в плоскостях их размещения, повторную запись голограммы и регистрацию интерферограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы. Новым является предварительное пропускание когерентного излучения через дополнительный рассеиватель, находящийся на расстоянии , где I - расстояние от главной плоскости контролируемого объекта до рассеивателя, смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением , где а и b - соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем L/d, где d - диаметр когерентного пучка с-длиной волны Я в плоскости дополнительного рассеивателя. 1 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 М 11/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СО

О .С)

6д

О

К) (21) 4916791/10 (22) 05.03.91 (46) 07,03.93, Бюл. М 9 (71) Сибирский физико-технический институт им. В,Д. Кузнецова при Томском государственном университете им. В.В.Куйбышева (72) В.Г.Гусев (56) Оптика и спектроскопии. 1990. Т.69, вып. 4. С. 914-917.

Оптика атмосферы. 1990. Т,З, М 10. с. 1034-1044, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГ. РАММ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЛИНЗ И ОБЪЕКТИВОВ (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля качества линз и обьективов и . может найти применение в производстве, занятом их изготовлением. Сущность изобретения: способ включает освещение диффузного рассеянного излучения через контролируемый объект с заданным эначеИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля качества линз и объективов и может найти применение в производстве, занятом их изготовлением.

Цель изобретения — расширение диапазона контроля по величине фокусного расстояния.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно предлагаемому способу, освещают диффузный рассеиватель когерентным излучением, пропускают диффузно рассеянное излучение через контролируемый обьект с заданным значением f фокусного расстояния, записывают на светочувствительной среде голограмму с Ы 1800302 А1 нием фокусного расстояния, запись на светочувствительной среде голограммы с помощью плоской опорной волны, смещение рассеивателя и светочувствительной среды в плоскостях их размещения, повторную запись голограммы и регистрацию интерферограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы. Новым является предварительное пропускание когерентного излучения через дополнительный рассеиватель, нахо. дящийся на расстоянии L=f-(, где I — расстояние от главной плоскости контролируемого объекта до рассеивателя, смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением b=af/L, где а и Ь вЂ” соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем à&Ë L/б, где d — диаметр когерентного пучка с длиной волны А в плоскости дополнительного рассеивателя, 1 ил. помощью плоской опорной волны, смещают рассеиватель и светочувствительной среде голограмму с помощью плоской опорной волны, смещают рассеиватель и светочувствительную среду в плоскостях их размещения, повторно записывают голограмму и регистрируют интерферограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы.

В отличие от известного способа указанное освещение рассеивателя когерентным излучением осуществляют путем его предварительного пропускания через дополнительный рассеиватель, находящийся на расстоянии L--Н, где I — расстояние от главной плоскости контролируемого объек180030Z та до рассеивателя, а смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением b=af/L, где а и Ь вЂ” соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем а Я /d, где б — диаметр когерентного пучка с длиной волны А в плоскости дополнительного рассеивателя, В заявляемом способе положительный эффект достигается за счет освещения диффузного рассеивателя диффузно рассеянным излучением и получения вследствие этого интерферограммы бокового сдвига для малых расстояний от контролируемого объекта до рассеивателя и фотопластинки.

Анализ патентной и научно-технической литературы иэ нормативно установленного перечня источников информации показал, что в заявляемом техническом решении совокупность отличительных признаков "указанное освещение рассеивателя когерентным излучением осуществляют путем его предварительного пропускания через дополнительный рассеиватель, находящийся на расстоянии L= f-l, где !— расстояние от главной плоскости контролируемого объекта до рассеивателя, а смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении на величины, связанные соотношением

b=af/L, где а и Ь соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем а L/d, где d— диаметр когерентного пучка с длиной волны

Х в плоскости дополнительного рассеивателя — является неизвестной.

На чертеже изображена одна из возможных схем устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство включает когерентный источник света 1, матовые стекла 2 и 3, узел крепления контролируемого объекта 4, фотопластинку 5, механизмы, перемещений 6 и 7, блок 8 формирования опорного пучка.

Способ реализуется следующим образом. Когерентным излучением от источника

1 освещают матовое стекло 2, и диффузно рассеянное излучение пропускают через матовое стекло 3, находящееся на расстоянии L=f- где f — фокусное расстояние контролируемого объекта в узле крепления 4, I— расстояние от его главной плоскости до матового стекла 3. Диффуэно рассеянное излучение, прошедшее контролируемый объект в узле крепления 4, регистрируется за время первой экспозиции на фотопластинке 5 с помощью плоской опорной волны, сформированной в блоке 8. Перед второй экспоэи40

Р1(хз,уз)ехр1()(у(хз,уз) — обобщенная функция зрачка контролируемой линзы с фокусным расстоянием f.

Если перед второй экспозицией матовое стекло, находящееся в плоскости (х2,у2), смещается в своей плоскости, например в направлении оси z на величину d, а фотопластинка в том же направлении на величину Ь, то комплексная амплитуда поля, соответствующая второй экспозиции, в плоскости фотопластинки принимает вид: в2(х4,у4)ЩЩ T(xi,y1)t(xz+a,yz)exp(lk((x1xz) +(у1-у2) ))/2L} explk{f(xz-хз) +(у2уз) /21 )Р (хз,уз)ехр!е(хз.уз)ехр(-В(хз

+уз ) /2 f) е х р! й(((хз-x4+b) +(узу4) )/2lz}dx1dy1dxzdyzdxadya (2)

При восстановлении двухэкспозиционной голограммы копией опорной волны, если выполняются условия L=f-1, b=ab/L, причем а< Х L/d, где 4 — диаметр лазерного пучка с длиной волны Л в плоскости (х1, у1) цией сдвигают с помощью механизма перемещения 6 матовое стекло 3 в его плоскости на величину а, а фотопластинку 5 с помощью механизма перемещения 7 в том же направ5 лении на величину b= af/L, причем а <А L/d, где d — диаметр когерентного пучка с длиной волны il в плоскости матового стекла

2.

Проводят пространственную фильтра10 цию записанной таким образом двухэкспозиционной голограммы, например, путем ее восстановления малоапертурным лазерным лучом и регистрируют интерферограммы бокового сдвига, характеризующие волновые

"5 аберрации контролируемого объекта.

Теоретическое обоснование способа заключается в следующем. Пусть комплексная амплитуда прозрачности матового стекла, находящегося в плоскости (x1, у1), равна

20 T(x»y1), а матового стекла, находящегося в плоскости (х2, у2) на расстоянии L, равна t(xz, yz). Тогда в приближении Френеля комплексная амплитуда поля в плоскости (х4, у4) фотопластинки принимает вид:

25 хз1(х4 y4) fggf 1(х1 y1)t(xz yz)exP(ikf(x1

xz) +(y1-у ) )/2L} exp(lk((xz-хз) +(у2уз)2)/2I1 Ð1(x3,ya)ex pip (хз, уз)ехо(-, 30 Ik(xa +уз )/2 )ехр(!М((хз-x4) +(уз-y4) )

/2lz}dx1 dy1dxzdyzdxadyp, (1) где k — волновое число;

i1,lz — соответственно расстояния от главной плоскости (хз,уз) контролируемой

35 линии до матового стекла и фотопластинки;

1800302 матового стекла, дифракционное поле в плоскости фотопластинки определяется выражением

u(x4,у4) exp(ik(x4 +y4 )(Iz-М)/2!г )(Т" (и1ха,-,и1у4)ехр(й (x4 +у4 ) и1 /2L) Е 5

1 (! 1, ! )ВР1(ха,у4)+Т(-/41ха,-p y4)

kx4M ky4M ехр(й(ха +у4 )и 1 /2Ц F(, — П1 — )Э

2 2 2 Мха М ky4M ехр(-Ik )P 1(x4,y4)) аМх4 10 (3) где 1/М = 1/11 - 1/f + 1/12: р 1-; ® — опеLM !

1!2 рация свертки, F(â€, kx4M ky4M !

1!2 11!2

)= 15

21112

=.Ц 1(хг,у2)ехр(й(хг +уг ) — )exp(-Ik

2 2 Mf (x2x4+y2y4)M/!1!2)охгоуг; P1(x4,y4)=

О P1(X3 y3)exp!+(x3 y3)exp(-ВхЗха+узуа)/lz)dx3dy3

Пусть в плоскости голограммы прова дится пространственная фильтрация дифракционного поля путем установки в ней непрозрачного экрана с круглым отверстием, центр которого находится на оптической оси, и с помощью положительной линзы с . фокусным расстоянием fo, для которой, фильтрующий экран является апертурной диафрагмой с функцией пропускания

Р2(х4,уа),строится изображение зрачка контролируемой линзы в плоскости (xs,у5). Тогда 35 дифракционное поле двух экспозиций в плоскости (х5.у5) принимает вид:

u(xs,ys) exp(Ik(xs +у5 )/2!уКР (х5,у5) g (F 1(xS,у5)1(и,гx5,-,иZy5)exр(!k(x5 +у5 ) ,и2 Mf/211!21-)Р1(изх5 /4jys)pxplp (и-3 х5,изу5)+Р1(х5,у5) с(-,игх5,-,и ys)exp(ik(xsг+у5 ) 40 ,иг Mf/211lzL) Р1(- p3xs-аз- p3ys)expl (-,изх5-a,P3y5))), (q) где lз — расстояние между плоскостями (х4,V4),(х5,у5); Р2(х5,у5)= Д Рг(ха,y4)exp(- 45

Ik(x4x5+y4ys)/!3)бхаоу4;

F1(xS,yS)= ОТ(-,и 1х4, -,и 1y4)exp(lk(x4 +y4 ) и1 /2Ц ехр(-!к(хах5+уау5)/13)dx4dy4 иг= !1 !2/М!3; р 3= Iã/4

Как следует из выражения (4), в пределах перекрытия изображений зрачка контролируемой линзы совпадают идентичные спеклы, и суперпозиция коррелирующих спекл-полей на основании выражения (4) 55 приводит к следующему распределению освещенности в плоскости (X>, у ) регистрации:! (х5,у5) (1+cos((- Зх5-а, - 3y5)- (- Зх5,3y5))) F1(x5,y5)t(- 2х5,- 2y5)exp(1k(x52+y52)

22Mf/2I112L) Р2(х5,у5) 2. (5)

Как следует из выражения (5), в плоскости регистрации наблюдается интерференционная картина, модулирующая спекл-структуру. Интерференционная картина имеет вид интерферограммы бокового сдвига в полосах бесконечной ширины, которая характеризует осевые волновые аберрации контролируемой линзы. Смещение фильтрующего отверстия по оси Х позволяет отфильтровывать интерферограммы бокового сдвига, характеризующие сочетание осевых и внеосевых волновых аберраций, что обуславливает тем самым контроль качества линз и объективов по полю.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает расширение диапазона контроля по величине фокусного расстояния при малых габаритах голографической установки, так как для получения интерферограммы бокового сдвига требуемые величины расстояний !» и !г много меньше, чем в способе прототипе. Для примера, как это следует из "Акта испытаний", для контроля линзы с фокусным расстоянием f=50 см расстояние от рассеивателя до фотопластинки составляло 30 см, Тогда как в способе прототипе это расстояние должно составлять41, т.е. 2 метра.

В экспериментах, реализующих предлагаемый способ, в качестве когерентного источника света использовалось излучение

He-Ne лазера типа ЛГ-44 на 0,63 мкм, Контролируемые линзы имели фокусные расстояния 25-50 см, диаметры 60-100 мм.

Матовое стекло и фотопластинка типа Микрат ВРЛ крепились на оптических измерительных столиках из комплекта оптической скамьи ОСК-2, с помощью которых осуществлялось их смещение перед второй экспозицией. Опорный пучок формировался с помощью коллиматора типа BY-200. Методика экспериментальных исследований заключаласьь в проведении двухэкспозиционной записи голограмм для указанных линз по предлагаемому способу для одного и того же малого расстояния от рассеивателя до фотопластинки 30 см, Восстановление двухэкспозиционных голо- грамм проводилось неразведенным лазерным лучом. Интерферограммы регистрировались с помощью фотоаппарата "Зенит E". Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность формирования инртерферограмм бокового . сдвига по заявляемому способу для контроля качества линз и объективов при малых габаритах голографической установки, 1800302.

Составитель В,Гусев

Техред M.Ìîðãåèòàë

Редактор

Корректор. А.Козориз

Заказ 1158 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таким образом, предлагаемый способ получения интерферограмм контроля качества линз и объективов решает актуальную задачу, позволяя расширить диапазон контроля по величине фокусного расстояния 5 при малых размерах голографической установки для увеличения ее помехоустойчивости, что имеет важное значение в контрольно-измерительной технике.

Формула изобретения 10

Способ получения интерферограмм контроля качества линз и объективов, включающий освещение диффузного рассеивателя когерентным излучением, пропусканием диффузно рассеянного излу- 15 чения через контролируемый объект с заданным значением f фокусного расстояния, запись на светочувствительной среде голограммы с помощью плоской опорной волны, смещение рассеивателя и светочувстви- 20 тельной среды в плоскостях их размещения, повторную запись голограммы и регистрацию интерферограммы контроля путем проведения пространственной фильтрации в плоскости голограммы, о т л и ч а ю щ и и ся тем, что, с целью расширения диапазона контроля по величине фокусного расстояния, указанное освещение рассеивателя когерентным излучением осуществляют путем предварительного пропускания излучения через дополнительный рассеиватель, установленный на расстоянии L=f-! от диффузного рассеивателя, где l — расстояние от главной плоскости контролируемого объекта до диффузного рассеивателя, а смещение рассеивателя и светочувствительной среды проводят в одном направлении нэ величины, связанные соотношением b=af/L, где а и b соответственно величины смещений рассеивателя и светочувствительной среды, причем a L/d, где d — диаметр когерентного пучка с длиной волныЯ в плоскости дополнительного рассеивателя.