Метод интерферометрического контроля на рабочей длине волны качества изображения и дисторсии оптических систем


 


Владельцы патента RU 2491525:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (RU)

Изобретение может быть использовано для контроля при сборке и юстировке высокоразрешающих оптических систем. Метод включает формирование излучения на рабочей длине волны интерферометром в виде гомоцентрического пучка лучей, центр которого является тест-объектом, который совмещают с предметной плоскостью исследуемого объектива. После прохождения исследуемого объектива происходит отражение пучка лучей от контрзеркала, которое обеспечивает условие падения лучей по нормали и возврат их через объектив обратно в интерферометр, где происходят сложение пучка лучей с эталонным волновым фронтом интерферометра и регистрация интерферограмм. Определяют искажения волнового фронта пучка лучей, дважды прошедшего через исследуемый объектив, при этом определяют положение центра пучка лучей, формируемых интерферометром, и контрзеркала для каждой отдельной точки поля. При определении волновых аберраций и дисторсии по всему полю изображения и глубине фокуса данный цикл действий повторяют для нескольких требуемых взаимно согласованных положений интерферометра и контрзеркала. Технический результат - возможность одновременного измерения дисторсии и других типов аберраций как проекционных объективов, так и объективов для дистанционного зондирования. 1 ил.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к способам контроля при сборке и юстировке высокоразрешающих оптических систем, например проекционных объективов для фотолитографии или объективов для дистанционного зондирования, которые формируют изображение на бесконечности или изображение бесконечно удаленного предмета на конечном расстоянии.

Известен способ измерения дисторсии фотолитографических объективов с использованием образцовых объектов - измерительных фотошаблонов, например, патент US №5.402.224, МПК G01B 11/00, 1995 г. Метод заключается в измерении взаимного положения серии перекрывающихся изображений тестового фотошаблона, формируемых на фоточувствительной пластине исследуемым проекционным объективом, на рабочей длине волны. Но указанным методом возможно измерение только дисторсии.

Известны также измерительные установки для контроля аберраций фотолитографических объективов, например, установка фирмы NIKON, представленная в патенте US №7.102.731, МПК G03B 27/32, 2006 г. В данном патенте представлен метод контроля и настройки исследуемого проекционного объектива. Метод заключается в том, что в предметной плоскости исследуемого объектива располагается тест-объект, выполненный в виде массива пар взаимно перпендикулярных линий. Тест-объект освещается источником излучения на рабочей длине волны. Объектив формирует изображение тест-объекта в плоскости изображения. Далее анализируются искажения в изображении тест-объекта. Полученные результаты являются основой для настройки объектива. Также результаты измерений могут быть приведены к аберрациям волнового фронта, при этом настройка объектива осуществляется регулированием значений определенных коэффициентов Цернике. Дополнительно указано, что коэффициенты Цернике могут быть получены из прямых измерений волнового фронта указанного проекционного объектива. Но в данном методе отсутствует возможность контроля дисторции.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей в части полного контроля качества изображения.

Технический результат - возможность одновременного измерения дисторсии и других типов аберраций как проекционных объективов, так и объективов для дистанционного зондирования.

Это достигается тем, что в методе интерферометрического контроля на рабочей длине волны качества изображения и дисторсии оптических систем, включающем формирование излучения на рабочей длине волны, освещение тест-объекта, расположенного в предметной плоскости исследуемого объектива, прохождение излучения через исследуемый объектив, регистрацию искажений в изображении тест-объекта, обработки полученной информации и юстировки исследуемого объектива, в отличие от известного, формирование излучения осуществляют интерферометром в виде гомоцентрического пучка лучей, центр которого является тест-объектом, и его совмещают с предметной плоскостью исследуемого объектива, после прохождения исследуемого объектива происходит отражение пучка лучей от контрзеркала, которое обеспечивает условие падения лучей по нормали и возврат их через объектив обратно в интерферометр, где происходит сложение пучка лучей с эталонным волновым фронтом интерферометра и регистрация интерферограмм, определение искажения волнового фронта пучка лучей, дважды прошедшего через исследуемый объектив, при этом определяют положение центра пучка лучей, формируемых интерферометром, и контр-зеркала для каждой отдельной точки поля, и при определении волновых аберраций и дисторсии по всему полю изображения и глубине фокуса данный цикл действий повторяют для нескольких требуемых взаимно согласованных положений интерферометра и контрзеркала.

Блок-схема предлагаемой установки для интерференционного контроля объективов показана на чертеже.

Метод по данному изобретению заключается в том, что интерферометр формирует на рабочей длине волны гомоцентрический пучок лучей, центр которого является тест-объектом, и его совмещают с предметной плоскостью исследуемого объектива. Объектив отображает этот пучок лучей в пространство изображений, где он отражается от контрзеркала по нормали и возвращается через объектив обратно в интерферометр, где пучок складывают с эталонным волновым фронтом интерферометра и регистрируют интерферограмму. Определяют искажение волнового фронта пучка лучей, дважды прошедшего через исследуемый объектив, при этом производят измерение положения центра пучка лучей, формируемого интерферометром, и контрзеркала для каждой отдельной точки поля. Для проведения измерений по всему полю изображения и глубине фокуса данный цикл действий повторяют для нескольких требуемых взаимно согласованных положений интерферометра и контрзеркала, для чего перемещают интерферометр (или его отдельные узлы) и контрзеркало по трем независимым линейным или угловым координатам. Полученные данные обрабатывают с помощью ЭВМ и используют для юстировки исследуемого объектива

Устройство включает источник высококогерентного излучения - лазер, длина волны которого совпадает с рабочей длиной волны исследуемого объектива, и систему доставки излучения, которая направляет излучение в интерферометр, например, Тваймана-Грина. Конструкция устройства располагается на системе горизонтирования и виброгашения и содержит два портала, между которыми размещается исследуемый объектив. Верхний портал содержит двухкоординатную систему перемещения - подвижную платформу, на которой расположен анализатор волнового фронта - интерферометр, и высокоточные интерференционные датчики линейных перемещений. С помощью указанной подвижной платформы интерферометр имеет возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оптической оси исследуемого объектива. Датчики линейных перемещений измеряют положение центра гомоцентрического пучка лучей интерферометра в направлениях двух осей перемещения интерферометра и в направлении оптической оси объектива. Дополнительно объектив интерферометра, формирующий гомоцентрический пучок лучей, имеет механизм фокусировки вдоль оси. Нижний портал имеет два варианта исполнения. Если исследуемый объектив является проекционным, то нижний портал включает трехкоординатную систему перемещения, несущую узел сферического контрзеркала, и трехкоординатную систему измерения перемещений. В противном случае нижний портал содержит устройство поворота плоского контрзеркала вокруг двух взаимно перпендикулярных осей и систему измерения углового положения. Метод определения дисторсии, масштаба изображения и фокусного расстояния основан на измерении линейных координат тест-объекта (центра гомоцентрического пучка лучей, формируемого интерферометром) в пространстве предметов и линейных координат сферического контрзеркала (или угловых координат плоского контрзеркала) в пространстве изображения. Результаты измерений подлежат математической компьютерной обработке и суммированию с результатами обработки интерферограмм для ряда точек поля зрения для расчета фотограмметрического масштаба изображения, фотограмметрической дисторсии, фотограмметрического фокусного расстояния и качества изображения объектива. Результаты измерений формы волнового фронта могут быть представлены в виде коэффициентов Цернике.

Таким образом, заявляемый интерферометрический метод позволяет получить достаточный объем информации для оценки качества изображения объектива, данные о качестве его сборки и юстировки.

Метод интерферометрического контроля на рабочей длине волны качества изображения и дисторсии оптических систем, включающий формирование излучения на рабочей длине волны, освещение тест-объекта, расположенного в предметной плоскости исследуемого объектива, прохождение излучения через исследуемый объектив, регистрацию искажений в изображении тест-объекта, обработки полученной информации и юстировки исследуемого объектива, отличающийся тем, что формирование излучения осуществляют интерферометром в виде гомоцентрического пучка лучей, центр которого является тест-объектом, и его совмещают с предметной плоскостью исследуемого объектива, после прохождения исследуемого объектива происходит отражение пучка лучей от контрзеркала, которое обеспечивает условие падения лучей по нормали и возврат их через объектив обратно в интерферометр, где происходит сложение пучка лучей с эталонным волновым фронтом интерферометра и регистрация интерферограмм, определение искажения волнового фронта пучка лучей, дважды прошедшего через исследуемый объектив, при этом определяют положение центра пучка лучей, формируемых интерферометром, и контрзеркала для каждой отдельной точки поля, и при определении волновых аберраций и дисторсии по всему полю изображения и глубине фокуса данный цикл действий повторяют для нескольких требуемых взаимно согласованных положений интерферометра и контрзеркала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптической контрольно-измерительной техники, а именно к коллиматорам, используемым для измерения или настройки параллельности визирных осей двух или более оптических систем, по меньшей мере, одна из которых является тепловизионной.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике подводно-кабельной связи, и может быть использовано в подводно-кабельных волоконно-оптических системах связи.

Изобретение относится к разделу «Оптика» и может быть использовано для контроля дисперсии внутрирезонаторных оптических элементов в спектральной области генерации фемтосекундного лазера.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к системам измерения характеристик оптоэлектронных устройств, и может быть использовано для измерения характеристик оптических систем, фото- и телевизионных камер, телевизионных систем.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества световодов с непрозрачной защитной оболочкой и одним недоступным торцом ввода-вывода излучения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и, в частности, к методам дефектоскопии оптических материалов по таким показателям, как пузырность, бессвильность, посечки.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для юстировки оптических элементов, а также для контроля энергетики инфракрасных и других лазерных приборов.

Изобретение относится к области офтальмологии и направлено на создание улучшенных очковых линз за счет более совершенного учета зрительных характеристик, что обеспечивается за счет того, что согласно изобретению очковые линзы оценивают с использованием функции остроты зрения, включающей показатель, отображающий физиологический астигматизм.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, и охлаждаемым приемникам ИК-излучения.

Изобретение относится к области волоконно-оптической техники связи и может быть использовано для отбора многомодового оптического волокна для совместной работы с одномодовым оптическим передатчиком многомодовой волоконно-оптической линии передачи. Техническим результатом является сокращение времени инсталляции многомодовых линий передач и расширение области применения. Для этого многомодовую волоконно-оптическую линию передачи зондируют тестовой последовательностью оптических импульсов для отбора многомодового оптического волокна с одномодовым оптическим передатчиком. Для наборов значений параметров типовых источников оптического излучения оптического передатчика, типичных значений параметров рассогласований на вводе и типовых значений параметров профиля показателя преломления многомодовых оптических волокон для заданной длины линии передачи рассчитывают набор типовых импульсных характеристик многомодовой волоконно-оптической линии передачи, по которому определяют набор шаблонов характеристики фильтра для электронной компенсации дисперсии. Затем регулируют характеристику, перебирая набор шаблонов, и отбирают многомодовое оптическое волокно с одномодовым источником оптического излучения для многомодовой волоконно-оптической линии передачи, если хотя бы с одним шаблоном характеристики фильтра для электронной компенсации дисперсии контролируемый параметр качества приема тестовой последовательности лежит в заданных пределах. 1 ил.

Способ включает освещение образца, регистрацию отраженного излучения, усреднение измерений по различным точкам образца. Выбирают углы освещения образца исходя из углов наблюдения βi=αi/2, где αi - угол наблюдения i-го фотоприемника, включая αi=0. Первое измерение производят при α=0 и β=0, оценивают полуширину w индикатрисы рассеяния I(α) при β=0 по уровню 0,1 от максимального значения. Изменяют угол освещения βi на βi+1 и повторяют регистрацию усредненных значений, пока в диапазоне от α=0 до α=2βw распределение I(α) не станет двумодальным с локальным минимумом с величиной менее 15-20% от величины 0,5·(I(α=0, β=0)+I(2βw)). Определяют вид индикатрисы рассеяния относительно направления зеркального отражения I(α-2β) и аппроксимируют ее функцией fA(x), где х=α-2β. Определяют величины интенсивности в направлении зеркального отражения Im(β) и аппроксимируют эту функцию в диапазоне от β>w/2 (или 15°) до 45° функцией IA(β). Производят экстраполяцию IA(β) в область β<w/2 и определяют величину IA(β=0). Определяют световозвращенную и диффузную составляющие как разность Ii=I(α=0, β=0)-IA(β=0); для ненулевого (стандартного) угла βs вычисляют как Ii=I(α=0, β=βS)-fA(βS)·IA(βS). Если Ii(β=0)<<IA(β=0), то исследованный образец не обладает истинным световоз-вращением. Технический результат - увеличение точности измерений, определение соотношения световозвращенной и диффузной составляющих и диаграммы направленности и минимизация времени измерений. 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для локализации места повреждения оптического волокна. Согласно способу измеряют контрольную и текущую поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна. При измерении текущей характеристики с помощью контроллера поляризации изменяют состояние поляризации оптического излучения на входе оптического волокна и рассчитывают коэффициенты корреляции контрольной и текущей поляризационных характеристик вдоль длины оптического волокна. По полученным характеристикам участок с повреждением определяют как участок, на котором коэффициент корреляции изменяется на величину, превышающую пороговое значение. Расстояние до места повреждения определяют как расстояние до точки пересечения характеристик изменения коэффициента корреляции контрольной и текущей поляризационных характеристик обратного рассеяния вдоль длины оптического волокна при максимальном значении коэффициента корреляции на ближнем и дальнем конце, соответственно. Технический результат - исключение погрешностей вносимых изменением состояния поляризации при повторных подключениях оптического рефлектометра и снижение погрешности при определении расстояния до места повреждения волокна. 1 ил.

Мира содержит расположенные параллельно в ряд идентичные прямоугольные узкие штрихи NВЧ, ширина которых bВЧ равна расстоянию между ними и определяется, исходя из выражения: bВЧ=F/f0*(m+δ), где F - фокусное расстояние коллиматора; f0 - фокусное расстояние объектива оптико-электронной системы (ОЭС); m - размер пиксела матричного фотоприемного устройства (МФПУ); δ - величина, которая в кратное число раз меньше размера пиксела и равна 0,01*m<δ<0,1*m. Число узких штрихов NВЧ≥2m/δ, а их высота h≥F/f0*5m. Мира содержит расположенные на линии узких штрихов NBЧ, по ее краям, по крайней мере по одному широкому штриху NНЧ по высоте, равной высоте узких штрихов NВЧ, а по ширине BНЧ=(5…10)*bВЧ. Способ включает формирование действительного изображения миры в плоскости МФПУ, воспроизведение сигнала от узких и широких штрихов, по которому выполняют взаимное совмещение плоскости МФПУ, фокальной плоскости объектива ОЭС и плоскости действительного изображения миры. Изображение от узких и широких штрихов ориентируют вдоль направления строки пикселов МФПУ. Измеряют характеристики сигнала от узких и широких штрихов и определяют качество настройки ОЭС и ее параметры. Технический результат - обеспечение качественной настройки ОЭС с МФПУ, определение ее фокусного расстояния, его изменение с повышенной точностью и определение температурного разрешения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерений и касается способа контроля параметров оптико-электронных систем (ОЭС). Способ основан на формировании изображения калиброванных источников излучения (мир) в плоскости матричного фотоприемного устройства (МФПУ), воспроизведении получаемой видеоинформации в одном из телевизионных стандартов и измерении сигналов на выходе ОЭС. При проведении измерений ОЭС крепят к турникету и размещают систему «ОЭС-турникет» в термокамере. Изображение миры перемещают по плоскости МФПУ за счет наклона линии визирования ОЭС в вертикальной и поворота системы «мира-коллиматор» в горизонтальной плоскостях. Число штрихов миры устанавливается достаточно большим (более 50 штрихов). Кроме того, в миру вводят дополнительную пару штрихов с низкой пространственной частотой. Пространственное разрешение ОЭС определяют путем сравнения амплитуд импульсов на низкой и высокой пространственных частотах. Технический результат заключается в повышении точности контроля параметров ОЭС в рабочем диапазоне температур. 4 ил.

Изобретение относится к области офтальмологии и направлено на создание очковых линз, при использовании которых понижены дискомфорт и утомляемость, что обеспечивается за счет того, что при проектировании очковых линз положительная относительная конвергенция, отрицательная относительная конвергенция, положительная относительная аккомодация, отрицательная относительная аккомодация и вертикальная фузионная вергенция, которые являются индивидуальными значениями измерения, относящимися к бинокулярному зрению, определены в качестве относительных значений измерения, по меньшей мере одна или обе из положительной относительной конвергенции и отрицательной относительной конвергенции включаются в индивидуальное относительное значение измерения, причем способ содержит определение оптических расчетных значений для очковых линз путем оптимизации бинокулярного зрения при использовании в качестве функции оценивания для оптимизации функции, полученной путем суммирования функций остроты бинокулярного зрения, включающих относительные значения измерения в качестве факторов в соответствующих оцениваемых точках объекта. 5 н. и 7 з.п. ф-лы, 45 ил.

Изобретение относится к области офтальмологии и направлено на обеспечение равномерного оценивания очковых линз по всему бинокулярному полю зрения, количественное оценивание условия фузии, которая является характеристикой бинокулярного зрения, что обеспечивается за счет того, что оптическую систему определяют, используя систему координат, в которой начало находится на средней точке центров поворотов обоих глазных яблок, а предмет точно определяется зрительным направлением от начала координат. При этом эталонное значение угла конвергенции вычисляют, используя линии фиксаций зрительных направлений к предмету, который находится на пересечении линий фиксации после прохождения через конструктивные базовые точки очковых линз. Угол конвергенции вычисляют между линиями фиксации, проходящими через очковые линзы и продолжающимися к предметной точке оценивания в заданном зрительном направлении, и вычисляют аберрации конвергенции по разности между углом конвергенции и эталонным значением θСН0 угла конвергенции. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 27 ил.

Интерферометр содержит монохроматический источник света и последовательно установленные афокальную систему для формирования расширенного параллельного пучка световых лучей, разделительную плоскопараллельную пластину, ориентированную под углом к параллельному пучку световых лучей, первое плоское зеркало с отражающим покрытием, обращенным к разделительной плоскопараллельной пластине, и установленное с возможностью изменения угла наклона к параллельному пучку световых лучей, прошедшему разделительную плоскопараллельную пластину, второе плоское зеркало, установленное с возможностью изменения угла наклона, и блок регистрации, установленный в пучке световых лучей, отраженном последовательно от первого плоского зеркала и разделительной плоскопараллельной пластины, и содержащий фокусирующий объектив и фотоприемное устройство. Второе плоское зеркало установлено между афокальной системой и разделительной плоскопараллельной пластиной, его отражающее покрытие выполнено слабопропускающим и обращено к отражающему покрытию первого плоского зеркала. Технический результат - повышение точности контроля фокусировки и остаточных волновых аберраций телескопических систем и объективов за счет интерференции световых волн, многократно прошедших контролируемые телескопическую систему или объектив. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Установка содержит коллиматор с тест-объектом, контролируемое изделие и измерительный блок. Тест-объект выполнен в виде перекрестия и жестко закреплен в фокальной плоскости коллиматора. Контролируемое изделие выполнено телевизионным или тепловизионным, его приемник излучения расположен в фокальной плоскости объектива контролируемого изделия. Между коллиматором и контролируемым изделием установлено плоское зеркало с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Выход коллиматора через плоское зеркало соединен с объективом контролируемого изделия. В измерительный блок введены пульт синхронизации и формирования импульса подсвета строки и двух граничных импульсов, двулучевой осциллограф и видеомонитор. Выход контролируемого изделия соединен с входом первого канала двулучевого осциллографа и с входом пульта синхронизации и формирования импульса подсвета строки и двух граничных импульсов, первый выход которого соединен с входом видеомонитора. Второй выход этого же пульта соединен с входом второго канала двулучевого осциллографа. Технический результат - повышение достоверности полученных результатов, увеличение информативности и точности контроля, возможность контроля и определения параметров тест-объектов в виде мир с вертикальными и горизонтальными линиями. 3 ил.

Способ включает использование автоколлимационного плоского зеркала, установленного перед последней по ходу лучей от фокальной плоскости оптической поверхностью объектива. В одной плоскости, близкой к фокальной, вместе с источником излучения устанавливают матричный приемник излучения с устройством визуализации, приводят автоколлимационное изображение источника излучения, отраженное от плоского зеркала, в плоскость матрицы приемника излучения, перемещают жестко скрепленную сборку источник-матричный приемник в направлении к объективу или от него. Наблюдая на устройстве визуализации изображение источника, находят фокальную плоскость по одному из известных критериев качества изображения источника. По установленному перпендикулярно оптической оси объектива оптическому рельсу передвигают в крайнее положение по полю зрения сборку источник - матричный приемник, поворотом плоского зеркала приводят автоколлимационное изображение источника в плоскость матричного приемника, измеряют линейное смещение сборки относительно оптической оси d и угол поворота автоколлимационного зеркала A и находят фокусное расстояние объектива f′=d/tgA. Технический результат - упрощение измерения фокусных расстояний длиннофокусных объективов. 1 ил.
Наверх