Устройство для контроля оптической фокусировки

Устройство для контроля оптической фокусировки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ, включающее последовательно установленные фокусирукздую систему, модулятор с расположенньтми по обе стороны от плоскости фокусировки и повернутыми на 180 относительно друг друга масками в виде полудисков со щелями, фотоприемник , соединенный блоком обработки сигналов,о тличающееся 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 поп. l,oтлич 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 (Л двух соседних щелей одинакова. со оо С5 Ч

союз советских социдлистических

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,:,. госудАРственный комитет. сссР по делАм изОБРетений и отнРытий (21) 3468012/18-?5 (22) 12.07.82 (46) 15.05.84. Бюл. 9 18 .(72) B.Ï.Àíäðoíîâ, E.H. Äìèòðèåâ, B.F.ØåðñòoáèToâ и А.П.Шестаков (53) 535.24 (088.8) (56) 1. Патент СНА Р 3336851, кл. 95-44, 1967.

2. Дмитриев E.È..Íèêoëàåâ П.В. и др. — В кн.:Системы управления и их элементы. Труды ЛИТОГО, Л., 1981, с.

116 (прототип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ОПТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ, включающее последовательно установленные фокусирующую систему, модулятор с расположенными по обе стороны от плоскости фокусировки и повернутыми на

180 относительно друг друга маска„„SU„„1092367 А

3(50 G 01 J 1/20; G 02 В 27/40 ми в виде полудисков со щелями, фотоприемник, 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 одинакова.

1092367

Изобретение 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- i0 тающие на сравнении интенсивностей излучения в поперечном сечении двух плоскостей, включающие модулятор, у которого две торцовые полукруглые поверхности, расположенные на одина- f5 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 Г11.

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!.

UPJIbR изобретения является повышение точности контроля оптической фокусировки излучения при наличии произвольных нерсесимметричных аберраций.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем последовательно установленные фокусирующую систему, модулятор с расположенными по обе стороны от плоскости фокусировки и повернутыми на 180 относительно друг друга масками в виде полудисков со щелями, фотоприемник, соединенный с блоком обработки сигналов, щели в каждой маске расположены так, что углы образованные их продольными осями симметрии и касательными к окружности полудиска в точке пересечения ее с этими осями не равны друг другу, не менее, чем для двух щелей.

В частности, щели могут быть расположены так, что разность величин углов, образованных осями симметрии щелей и касательными к окружности полудиска в точке пересечения ее с этими осями для любых двух соседних щелей одинакова.

При этом степень точности контроля фокусировки повышается.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство включает оптический узел, модулятор с расположенными по обе стороны от плоскости Фокусировки F 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 П2 в плоскостях, . масок 2 и 3 для частного случая произвольных аберраций — астигматизма.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии плоскость фокусировки F 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, причем величина угла отсчитывается от оси симметрии щели к касательной по часовой стрелке. Это соответствует тому, что в системе ко1092367

Составитель В. Кравцов

Редактор А.Химчук Техред М.Кузьма Корректор В.Бутяга акаэ 3245/26 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", 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

180 ° При отсутствии произвольных неосесимметричных аберраций, вызванных деформацией волнового фронта

I исходного 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 P. 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, со ответствующей другому полудиску, а их средние уровни близки или одинаковы. Блок 6 усредняет импульсы в сериях по амплитуде и вычитает усредненные сигналы.

В результате величина ложного сигнала, возникающего на выходе блока 6 значительно меньше, чем в случае прототипа при этих же условиях, что и позволяет повысить точностЪ контроля фокусировки.

Степень точности контроля фокуси-, ровки повышается, если разность углов, образованных продольными ося5 ми симметрии щелей и касательными к окружности полудиска в точке пересечения ее продольными осями симметрии щелей, равна одному и тому же значению и зависит от числа щелей и на маске как О/п-.1, где Π— угол поворота щелей. Вто означает, что весь интервал углов поворота щелей относительно сканируемых светового пятна разбивается на равные части.

Как известно из численных методов при усреднении (интегрировании) непрерывной неизвестной функции по формулам трапеции или Симпсона, эа счет разбивания интервала вычисления на равные части, точность вычислений

® повышается.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность контроля фокусировки при наличии произвольных неосесимметричных аберраций, что особенно важно в случае применения устройства в качестве датчика оптической фокусировки в системах автоматического контроля эа формой поверхности оптических

30 элементов и в качестве анализатора волнового фронта в системах коррекции искажений волнового фронта.