Способ контроля качества изображения оптической системы

.л1 сВИЛЛ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ меОБ чесГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЦВЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ(57) Изобретение относится к оп кому приборостроению и позволяет повысить качество контроля двухкомпонентной репродукционной системы. Параллельный пучок света когерентногоисточника 1 освещает тест-объект 3,расположенный в передней фокальнойплоскости компонента 4. При трех раз-,личных значениях пространственнойчастоты модуляции на оптической осии при одном из них вне ее измеряютмаксимальные и минимальные значенияосвещенности. Приведены соотношения,из которых определяют коэф. осесимметричных волновых аберраций. 2 ил.-3 п = агс соя Изобретение относится к оптическому приборостроению ц может быть использовано при контроле оптических систем, в частности двухкомпоцецтной репродукционной системы.Цель изобретения - повышение качества контроля двухкомпонецтцой репродукционной системы за счет увеличецця объема информации о контроли- О руемой оптической системе путем измерения коэффициентов осесимметрцчцых волновых аберраций - дефокусировки, сферической аберрации и кривизны поля иэображения5Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля двухкомпоцецтцой репродукционной оптической системы, включающему освещение контролируемой оптической системы 20 (КОС),модуляцию освецаюцего излучения по гармоническому закону ца различных частотах в предметной плоскости КОС, регистрацию распределения освещенности в плоскости изображения, 25 измерение максимальных и минимальных значений освещенности ца оптической оси системы и вне цее по которым определяют коэффициенты передачи модуляции (КЕ), освещение КОС осуществ пяют когерецтпым излучением, максимальные и минимальные значения освещецностц измеряют прц трех различныхзначениях частоты глодуляццц ца оптическоц оси ц прц одном цз них внецее и определяют коэффициенты осесим 1метричных волновых аберраций из соотношений- 3 д = агс сов ш, д 0- Яп = агс соэ ш 4, .. 45 где Су,ссрСкр - коэффициенты волновых аберраций - де фокусировки, сферической аберрации икривизны поля иэображения соответственно;ш., ш, щ - КР 1 на оптическойоси при трех значе 55ниях частоты модуляции 1 1 9соответственно; тп 4 - 111 на расстоянииот.оптической оси11 р ии - О, 1, 2, 3,целое положительное рых оценивают качество КОС.Па фиг. представлена принципиальная оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - функции передачи модуляции (Ф 1 П 1) когерентной репродукционной системы при дефокусировке и кривизне поля изображения (сплошная линйя) и сферической аберрации (пунктир).Устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг.1), включает когерентный источник 1 света, осветительную систему 2, тест-объект 3 в виде гармонических амплитудных решеток с тремя различными пространственными частотами на оптической оси и одной из них вне оптической оси, 1 ОС - двухкомпонентную репродукционную систему (компоценты 4 и 5), плоскость 6 регистрации.Устройство работает следующим образом.Источник 1 света совместно с осветительной системой 2 формирует когерентный освещающий параллельный пучок требуемого светового, диаметра и освещает тест-объект 3, который расположен в передней фокальной плоскости первого компонента 4 КОС (в плоскости предмета КОС) и модулирует освещающее когерентное излучение, В задней фокальной плоскости компонента 4 формируется Фурье-спектр тест-объекта. Задняя фокальная плоскость первого компонента 4 совмещена с передней фокальной плоскостью второго компонента 5 КОС и является плоскостью зрачка КОС. Аберрации КОС искажают Фурье-спектр тест-объекта я в задней фокальной плоскости - плоскости 6 регистрации второго компонен 1428972новой аберрацииравных (-4 + 3,в ) контраст изображения ранен 0 (ш = 0) (где и1, 2, 3 .. - целое положительное число).Полученные результаты позволяют определить коэффициенты осесимметричцых волновых аберраций репродукционной,системы. Измеряя КПМ при трех различных значениях частоты модуляции ца оптической оси и при одном из цих ца расстояшшот оптической осц, имеют систему из четырех линейных уравнений с четырьмя неизвестными Су, Сор, Ср и и:3Се Х 1 + СсуХ - 3 и = -у. агс сов шСрХ + СсуХ -= - агс сов ш;2Се Х + СсуХ -3 ю = - , - агс сов ш;Суе Х+ Ср Х+ Ср Х- д4(10) решая которую определяюткоэффициенты волновых аберраций.При большой апертуре репродукционная система может вносить сферические аберрации высших порядков - пятого порядка Усею = СсоХ седьмого порядбИ 1 фкаРв = СрХ 1 и т.д. Соответствующие коэффициенты сферических аберраций могут быть найдены, измеряя КПМ при дополнительных частотах модуляции 1 и 9 и т.д. и решая соответствующую систему уравнециц.В качестве примера реализации предлагаемого способа контроля оптической системы рассмотрим двухкомпоцецтную репродукционную систему с волновой сферической аберрацией третьего порядка при частоте модуляции иа = 40 мм и фокусном расстоянии1первого компонента Г = 50 мм, рав- ной Коэффициент такой волновой аберрации при Я = 0,5 мкм равенСсж = у - д-р = 0,0005 Гмкм.Ф зе(12)В плоскости иэображения репродукционной сцс темы со впадающей с задней фокальцой .плоскостью второго компонента (Св = Скр = 0) осуществлена последовательная регистрацияизображений решеток, расположенныхна оптической оси с прострацствецнымц частотами М, = 20 мм ,= 25 мм ,= ЭО мм5 По измеренным максимальным и минимальным значениям освещенности визображениях трех решеток определеныКПМ, равные ш = 0,9239; шд = 0,5745;т = 0,4050.Решая систему линейных уравнений(10), находят коэффициенты волновыхсферической аберрации и дефокусировки, а также числа и, как С р = Р,/РСе " Рюе /Ри = Р/Р,(13) где определители системы, уравнений (10);РвеРср Рл определители, получающиеся из Р заменой столбца, составленного иэ коэффициентов при неизвестных Се, С и и, столбцом иэ свободных членов. Подставляя в (13) значения. частот модуляции , 1, 9 з 1 /КПМ ш шю, т, длину волныи фокусное расстояние Й получают СрО, Сср = 0,0005 мкм , и О, чтосоответствует условиям измеренияКПМ и значению Сор, полученному в 35 (12),и подтверждает правильность алгоритма вычисления коэффициентов волновых аберраций по измеренным значениям КПМ,Таким образом, предлагаемый способ контроля оптической системы поз"воляет определить величины коэффициентов осесимметричных волновых аберраций и получить более полную информацию о качестве оптической системы.45 Кроме этого, поскольку распределениеосвещенности регистрируется при когерентном освещении, помимо распределения, соответствующего гармоническомувходному сигналу, зарегистрируются 50 шумовые интерференционные картины отдефектов оптической системы - пузырей, свилей и т.д., информация о которых также необходима при оценке качества КОС.55Формула изобретения Способ контроля качества изображения о птич е ской системы, з аключаюсистемы и вне ее, по которым определяют коэффициенты передачи модуляции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества контроля двухкомпонентной репродукционной ,системы, освещение контролируемой оптической системы выполняют когерентным излучением, максимальные иминимальные значения освещенности из меряют при трех различных значенияхпространственной частоты модуляциина оптической оси и при одном изних - вне ее, определяют коэффициенты осесимметричных волновых аберраций из соотношений Се Х, + СХ",СаеХ+ СсфХ 4 С,Х,+ С,Х,а Се Х 1 + Ссфх,= 3/2 агс соя+ СР+ Х 1ш ф 30 соз ш,1 п где СаЕ СсрСКР - коэффициенты волно- З 5вых осесимметричных 7 1428972 щийся в освещении контролируемой оптической системы источником света, модуляции освещающего излучения по гармоническому закону для различных значений пространственной 5 частоты в предметной плоскости контролируемой оптической системы, регистрации распределения освещенности в плоскости изображения, измерении максимальных и минимальных значе ний освещенности на оптической оси аберраций - деФокусировки, сферической аберрации, кривизны поля изображений соответственно;тп, ш т - коэффициент передачи модуляции на оптической оси притрех значениях пространственной частоты модуляциисоответственно;ша коэффициент передачи модуляции нарасстоянии ) отоптической оси причастоте модуляциии 0,1,2 - целоеположительное чис-лОХ 1 3 К 9,;"Ж 1;Х -3 й,Е - фокусное расстояние 1первого компонентарепродукционнойсистемы;длина волнь освещающего излучения,по величинам которых оценивают качество контролируемой оптической системы.1428972 Составитель Е.ЛыкашеваТехред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар Редактор Е. Папп Тираж 847 Подписное ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж) Раушская наб., д, 4/5