Способ контроля качества оптических систем

(54) СПОСОБ К ЧЕСКИХ СИСТЕМ (57) Изобретен тельной техник контроля оптич ТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПТИГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения"Оптика", Институт оптики атмосферы СО АН СССР и Институт космических исследований АН СССР(56) Креопалова Г.В., Пуряев Д.Т. Исследование и контроль оптических систем. - М.; Машиностроение, 1978.Витриченко Э.А. Методы контроля астрономической оптики. - М.: Наука, 1980. е относится к измерии предназначено для ских элементов и сис тем. Цель изобретения - упрощениеконтроля и повышение его производи-тельности. Исследуемая оптическая,система освещается расходящимся пучком, в котором с помощью экрана схаотично расположенными на нем отверстиями выделяется ряд зон, Несколькими фотоприемниками, расположеннымив частотной плоскости попарно симметрично относительно оси системы, регистрируют флуктуации интенсивностив различных точках плоскости анализа при смещениях экрана. Усредняяфлуктуации интенсивности по ансамблюреализаций по времени и по симметрич- аным парам точек, определяют дисперсвю волнового фронта на вьходе еноте- Ямы, характеризующую качество системы.Способ позволяет упростить процедуру Сконтроля благодаря исключению иэсхемы высокоточных элементов. Возможность автоматизации способа приводит к повышению производительности контроля4 ил. Ю33 г= 1,22 Л 8э 1 12230Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при технологическом и аттестационном контроле оптических элементов и систем. 5Цель изобретения - упрощение контроля и повышение его производительности за счет возможности измерения распределения интенсивности в частотной плоскости, 1 ОНа фиг.1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - расположение отверстия на участке экрана, на фиг.3 - пример расположения фотоприемников; на 15 фиг.4 - распределение интенсивности в частотном спектре в меридиональном сечении (пунктирная прямая показывает распределение интенсивности, усредненное по времени). 20Устройство (Фиг.1) содержит лазероптическую систему 2, формирующую расходящийся пучок излучения, экран 3 с хаотически расположенными на нем отверстиями 4 (фиг.2), масштабирующую оптическую систему 5, Фотоприемники 6, установленные попарно симметрично относительно оптической оси устройства (Фиг.3), блоки 7 сравнения сигналов на выходах фотоприемни ков и блок 8 вычисления дисперсииволнового фронта. На схеме устройства представлены также контролируемая оптическая система 9, частотная плоскость 10, соответствующая расноложению экрана 3, и плоскость 11 анализа. Экран 3 может располагаться как за контролируемой системой, так и перед ней. Чувствительные площадки фотоприемников могут быть расположены не посредственно в частотной плоскости 10. В этом случае система 5 в схеме отсутствует.Способ осуществляется следующим образом,45 Волновой Фронт излучения лазера 1 превращается оптической системой 2 в расходящийся волновой фронт сферической формы, который направляется на контролируемую оптическую50 систему 9. Последняя в частном случае может состоять из одного оптического элемента, при измерениях производят перемещение экрана 3 путем вращения его в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, или поступательного перемещения в той же плоскости. Фотоприемники 6 регистрируют временные флуктуации интенсивности в выбранных точках частотного спектра. Размер фотоприемника выбирается в зависимости от увеличения системы 5 таким образом, чтобы он был меньше радиуса автокорреляции в частотном спектре. Значения интенсивностей, зарегистрированных в различные моменты времени, сравниваются в блоках 7, и затем по ним вычисляется дисперсия волнового фронта в блоке 8. Усреднение по пространству в частотной плоскости производится в случае использования нескольких пар приемников и в случае перемещения одной пары фотоприемников с сохранением симметрии их расположения в плоскости анализа. Такое перемещение фотоприемников может быть реализовано, например, последовательным опросом элементов матрицы ПЗС. В качестве блока 7 сравнения и блока 8 вычисления дисперсии можно использовать процессор, собранный на интегральных схемах. Время получения результата ограничивается в этом случае скоростью оцифровки сигнала и быстродействием блокови 8.В частотной плоскости получается двухмерное распределение интенсивности (фиг. 4), представляющее собойв фиксированный момент времени набор ярких пятен с темными промежутками между ними, которые заполняют область, ограниченную первым и последующими дифракционными минимумами. Интенсивность кольца, соответствующего второму дифракционному максимуму, слаба, поэтому для получения большей точности измерения целесообразно проводить в пределах первого максимума, т.е. внутри площадки радиуса где- длина волны излучениями 1 - радиус волновой поверхности, 1 - диаметр отверстия в экране. Способ основан на свойстве симметрии распределения интенсивности в частотном спектре при разбиении по случайному закону волнового фронта на зоны. Симметрия сохраняется, если объект контроля идеальный, и нарушается при наличии фазовых искажений в объекте контроля.Если статистика поля в плоскости 10 гауссова, то степень нарушения20 40 45 50 симметрии распределения интенсивнос.ти в спектре оценивается отношениемкорреляционной функции К 1 к диспер"сии интенсивности 01 1 г г 1(1) где 6 - дисперсия волнового фронта.Корреляционная функция определяется выражением1к 1 Ы (К,)1(-Я,+) -1(К, 1) 1(-Б, 1), (2) где 1 (Ь,1) - интенсивность в точкес удалением от оптической .оси в момент времени;1(-1) - интенсивность в точке1с удалением в тот жемомент времени.Угловые скобки означают операцию усреднения по времени и по парам измеряемых точек.Величина дисперсии флуктуаций интенсивности по времени и по координате в частотной плоскости определяется через измерение значенияинтенсивности11)ь 1(К ) ,) -Д, )1(К,1).л)Дисперсия волнового фронта 6 определяется из выражения (1) В=- Яа 1-,И(4)Для определения Б измеряют одное гвременно интенсивность в каждой из пары точек, симметричных относительно оптической оси, вычисляют величины К 1 и 01, усредняя флуктуации интенсивности по ансамблю реализаций по времени и по парам точек, и определяют о г по формуле (4).Способ позволяет определить дисперсию волнового фронта, не измеряя волновой фронт в отдельных его точках. Это открывает возможность использования малогабаритной аппаратуры, устанавливаемой вблизи источника излучения и представляющей собой экран с отверстиями и фотоприем 5 10 15 25 З 0 35 ники. Схема реализации способа нетребует применения высокоточных элементов, такимх, например, как диафрагма Гартмана. Кроме того, измерениеинтенсивности - операция, легко поддающаяся автоматизации, поэтому способ может быть реализован для оперативной оценки качества оптическихэлементов при их доводке и систем приюстировке. Использование соотношений,связывающих ширину частотного спектравнутри первого дифракционного минимума с радиусом волнового фронта, позволяет в рамках предлагаемого способа автоматизировать процедуру фокусировки оптики или измерения радиусакривизны волнового фронта для системс различными фокусными расстояниямив том числе и длиннофокусных. Формула изобретения Способ контроля качества оптических систем, заключающийся в том, что формируют опорный пучок когерентного излучения с волновым фронтом заданной формы, направляют опорный пучок на контролируемую систему соосно ей, выделяют в волновом фронте в плоскости, перпендикулярной оси пучка, ряд зон с одинаковой формой и размерами, фокусируют пучок, прошедший контролируемую систему, на оптической оси системы и определяют качество оптической системы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения контроля и повышения его производительности, положение выделяемых зонзадают по случайному закону и изменяют во времени, измеряют интенсивность электромагнитного поля одновременно не менее чем в одной паре точек, симметричных относительно оптической оси контролируемой системы вчастотной плоскости, соответствующейплоскости выделения зон в волновомфронте, а качество оптической системы определяют по временным и пространственным флуктуациям измеренныхинтенсивностей в парных точках, симметричных относительно оптическойОси системы,