Устройство для контроля оптической фокусировки

госудАРственный комит по делАм изОБРетений и ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН г м п 18(56кл. 36851,колаев П.В.равления и иЛ 1981, с ДЛЯ КОНТРОЛЯвключающее вленные фокулятор с расроны от плосвернутыми на друга маскаСР О М(54)(57) 1. УСТРОЙСТВООПТИЧЕСКОЙ фОКУСИРОВК 1последовательно устаносируюшую систему, модуположенными по обе стокости Фокусировки и по180 ф относительно друг Я 01092367 А и в виде полудисков со щелями, фоториемник, соединенный блоком обработки сигналов,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля при наличии произвольных неосесимметричных аберраций, щели в каждой маске расположены так, что углы, образованные их продольными осями симметрии и касательными к окружности полудиска в точке пересечения ее этими осями не равны друг другу, не менее, чем для двух щелей,2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что разность величин углов, образованных осями симметрии щелей и касательными к окружности полудиска в точке пересечения ее этими осями для любых двух соседних щелей одинаковаИзобретение относится к прикладной оптике и может быть использовано для контроля Фокусировки оптических систем, сферичности оптических деталей, как датчик в устройствах автоматической Фокусировки и как анализатор волнового Фронта оптического излучения в системах коррекции волнового фронта.Известны устройства для контроля Фокусировки оптических систем, рабо тающиена сравнении интенсивностей излучения в поперечном сечении двух плоскостей, включающие модулятор, у которого две торцовые полукруглые поверхности, расположенные на одина ковых расстояниях от плоскости Фокусировки, имеют световоды, по которым свет проходит к Фотоприемнику. При вращении модулятора сравнивают сигналы Фотоприемника, соответствующие интенсивностями в этих плоскостях для зоны изображения, определяемой диаметром световода, Одинаковые по амплитуде сигналы с той и другой, плоскости соответствуют состоянию Фокусировки, а разные - дефокусировке Г 11.Недостатком этого устройства является низкая точность фокусировки из-за ошибки, появляющийся при наличии произвольных неосесимметричных аберраций.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик сферичности волнового Фронта лазерного излучения, содержащий 35 последовательно установленные Фокусирующую систему, модулятор с расположенными по обе стороны от плоскости Фокусировки и повернутыми на 180 о относительно друг друга масками в 40 виде полудисков с радиальными щелями фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов 2.Недостатком этого устройства является ошибка фокусировки, обусловленная произвольными неосесимметричными аберрациями. В частности, при астигматизме световые пятна в плоскостях масок имеют не круглую, а эллиптическую Форму, причем оси эллипсов ориентированы взаимно перпендикулярно. при сканировании таких пятен щелями, расположенными на мас - ках так, что углы, образованные продольными осями симметрии щелей и касательными к окружности полудиска в точке пересечения ее осями симметрии этих целей, равны для всех щелей (в частном случае - радиальными щелями световые пятна, проходящие через щели одной и другой маски, не 60 будут одинаковыми. С фотоприемника будут сниматься импульсы разной. амплитуды, на выходе датчика будет ложный сигнал, хотя система сфокусирована плоскость "кружка наименьшего рассеяния" совпадает с плоскостью фокусировки.Целью изобретения является повьтшение точности контроля оптическойфокусировки излучения при наличиипроизвольных нерсесимметричных аберраций,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве, включающемпоследовательно установленные Фокусирующую систему, модулятор с расположенными по обе стороны от плоскостиФокусировки и повернутыми на 180относительно друг друга масками ввиде полудисков со щелями, фотоприемник, соединенный с блоком обработкисигналов, щели в каждой маске расположены так, что углы образованныеих продольными осями симметрии икасательными к окружности полудискав точке пересечения ее с этими осямине равны друг другу, не менее, чемдля двух щелей.В частности, щели могут быть расположены так, что разность величинуглов, образованных осями симметриищелей и касательными к окружностиполудиска в точке пересечения ее сэтими осями для любых двух соседнихщелей одинакова,При этом степень точности контроляФокусировки повышается.На чертеже схематически изображено,предлагаемое устройство.Устройство включает оптический узел , модулятор с расположенными по обе стороны от плоскости Фокусировки Р масками 2 и 3 со щелями 4, Фотоприемник 5 и блок б обработки сигналов, вырабатывающий электрический сигнал, соответствующий степени Фокусировки, Для наглядности работы устройства на фигуре показаны формы световых пятен П и П 2 в плоскостях, . масок 2 и 3 для частного случая произвольных аберраций - астигматизма.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии плоскость Фокусировки Р оптического узла 1 совпадает с плоскостью, равноудаленной от плоскостей масок 2 и 3. При вращении модулятора световые пятна в плоскосях масок 2 и 3 будут сканироваться щелями 4 в разных направлениях вследствие того,что углы образованные продольными осями симметрии щелей и касательными к окружности полудиска (с центром на оси вращения модулятора 1 в точке пересечения окружности полудиска осями симметрии этих щелей, не равны друг другу и изменяются по величине в интервале 180 ф, причем величина угла отсчитывается от оси симметрии щели к касательной по часовой стрелке, Это соответствует тому, что в системе коакаэ 3245/26 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ординат, связанной со световым пятном, каждая последующая щель поворачивается на произвольный угол и полный интервал углов поворота щелей относительно друг друга близок к 180При отсутствии произвольных неосесимметричных аберраций, вызванных деформацией волнового фронтаФисходного пучка, световые пятна имеют форму круга, поэтому направление сканирования не имеет значения и устройство для контроля оптической фокусировки сравнивает усредненные амплитуды импульсов, измеряя дефокусировку. При наличии астигматизма частный случай произвольных неосесимметричных аберраций ) световые пятна П и П в плоскостях масок 2 и 3 будут иметь форму эллипсов с взаимно перпендикулярной ориентацией осей. В этом случае огибающая амплитуда серии импульсов снимаемы с Фотоприемника 5 соответствующая первому полудиску, будет в противофазе огибающей серии импульсов, соответствующей другому полудиску, а их средние уровни близки или одинаковы. Блок б усредняет импульсы в сериях по амплитуде и вычитает усредненные сигналы.В результате величина ложного сигнала, возникающего на выходе блока б значительно меньше, чем в случае прототипа при этих же условиях, что и позволяет повысить точностЬконтроля фокусировки.Степень точности контроля Фокуси-,ровки повышается, если разностьуглов, образованных продольными ося ми симметрии щелей и касательнымик окружности полудиска в точке пересечения ее продольными осями симметрии щелей, равна одному и тому жезначению и зависит от числа щелей 10 и на маске как О/и .1, где О - уголповорота щелей. то означает, чтовесь интервал углов поворота щелейотносительно сканируемых световогопятна разбивается на равные части.Как известно из численных методовпри усреднении интегрировании) непрерывной неизвестной Функции поФормулам трапеции или Симпсона, эасчет разбивания интервала вычисленияна равные части, точность вычислений 2 О повышается.Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точностьконтроля Фокусировки при наличиипроизвольных неосесимметричных аберраций, что особенно важно в случаеприменения устройства в качестведатчика оптической фокусировки всистемах автоматического контроляэа Формой поверхности оптических 30 элементов ив качестве анализатораволнового Фронта в системах коррекции искажений волнового Фронта.