Способ определения коэффициента комы оптической системы

Способ определения коэффициента комы оптической системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для определения коэффициента комы оптической системы оптико-электронного датчика.

Известен способ измерения аберраций оптических систем (патент США №6459480, опубликованный 1.10.2002), заключающийся в печати шаблона на тонкий диск путем проецирования шаблона через линзу на множество уровней и направлений; измерение множества необходимых линейных расхождений между двумя областями на напечатанном шаблоне для каждого из множества уровней и направлений; и определение хотя бы одного коэффициента Зернике коматической аберрации, основанное на измеренных линейных расхождениях.

Недостатком этого способа является высокая сложность организации проведения измерений и необходимость наличия специализированной техники для нанесения шаблона на тонкий диск.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения комы проекционной оптической системы (патент США №5760879, опубликованный 2.06.1998), заключающийся в том, что получают изображение шаблона, спроецированного проекционной оптической системой хотя бы в одной позиции вдоль оптической оси проекционной системы, определяют позиции хотя бы одного полученного изображения шаблона, расположенного в плоскости, перпендикулярной оптической оси проекционной оптической системы, и определяют кому проекционной оптической системы на основе расчетов.

Недостатком данного способа является высокая сложность проведения измерений и узкая область применения, заключающаяся в возможности использования способа только для проекционных оптических систем.

Технической задачей изобретения является снижение сложности определения коэффициента комы и расширение области применения, заключающееся в возможности использования способа для определения коэффициента комы оптической системы любого оптико-электронного датчика.

Задача решается тем, что в известный способ определения комы проекционной оптической системы, включающий определение комы на основе расчетов, введены размещение точечного монохроматического источника света на заданном расстоянии от главной оптической оси, определение координат крайней точки пятна рассеяния на изображении, расчет диафрагменных координат крайнего луча по координатам крайней точки пятна рассеяния, измерение величины комы по расстоянию между точкой истинного изображения и крайней точкой пятна рассеяния, определение коэффициента комы.

Изобретение может быть использовано для контроля качества изображения широкого класса оптических систем как при их изготовлении, так и при их эксплуатации и соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан ход лучей при коме, на фиг.2, 3 - схемы, используемые для определения параметров комы.

Кома является одним из видов монохроматических аберраций и заключается в том, что симметричный относительно главного луча пучок, входящий в оптическую систему, становится асимметричным по выходе из системы (фиг.1) [Теория оптических систем. Учебник для вузов, Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов, С.И.Кирюшин, В.И.Кузичев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981. - С.158].

Наличие комы в оптической системе приводит к тому, что вместо изображения в виде точки, в геометрическом смысле слова, имеет место световое пятно, напоминающее своей формой комету с постепенно расширяющимся хвостом [Прикладная оптика. Апенко М.И., Дубовик А.С. Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1971. - С.147].

Меридиональная Δy' и сагиттальная Δх′ составляющие комы определяются по формулам [Прикладная оптика: Учеб. пособие для приборостроительных специальностей вузов. / Под общ. ред. Н.П.Заказнова. - М.: Машиностроение, 1988. - С.126]

где В - постоянный для оптической системы коэффициент, определяющий кому третьего порядка, m и М - зрачковые координаты крайнего луча, y - расстояние точки предмета от главной оптической оси (фиг.1).

Для определения параметров m и М используются координаты точки на изображении и величина угла α (фиг.2). На изображении точка О принимается за начало координат, треугольники ОАР и O₁A₁P₁ подобны. Таким образом

где у и х - координаты точки Р на изображении, r - радиус диафрагмы.

Для определения коэффициента В располагают квазимонохроматический источник на известном расстоянии у от оптической оси. Меридиональную составляющую Δу' комы (фиг.3) определяют по изображению. Из выражения (1) коэффициент В равен

Точность определения коэффициента В может быть повышена путем проведения i дополнительных измерений величин y_i. Δy^/ _i, расчета коэффициентов B_i по формуле (3) и расчета коэффициента В как среднего арифметического множества {B_i}.

Таким образом, изобретение позволяет снизить сложность определения коэффициента комы и существенно упростить контроль качества широкого класса оптических систем как при их изготовлении, так и при их эксплуатации.

Способ определения коэффициента комы оптической системы, включающий определение комы на основе расчетов, отличающийся тем, что дополнительно размещают точечный монохроматический источник света на заданном расстоянии от главной оптической оси, определяют координаты крайней точки пятна рассеяния на изображении, рассчитывают диафрагменные координаты крайнего луча по координатам крайней точки пятна рассеяния, измеряют величину комы по расстоянию между точкой истинного изображения и крайней точкой пятна рассеяния, определяют коэффициент комы.