Устройство для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали (варианты)

Устройство для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в оптическом производстве для контроля асферических поверхностей оптических деталей в процессе их формообразования.

Известно устройство для определения положений дефектов на асферических поверхностях второго порядка оптических деталей [Пуряев Д.Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей. М., «Машиностроение», 1976, С. 83-87]. Устройство содержит источник излучения и установленные последовательно по ходу световых лучей конденсор, диафрагму, коллиматорный объектив, формирующий параллельный пучок световых лучей, светоделитель, предназначенный для разделения параллельного пучка световых лучей на две ветви - опорную и объектную, в объектной ветви по ходу прошедших светоделитель лучей установлены фокусирующий объектив и автоколлимационное зеркало, в опорной ветви перпендикулярно к параллельному пучку световых лучей, отраженному от светоделителя, установлено плоское зеркало, отражающее падающий на него параллельный пучок световых лучей к светоделителю, пропускающему часть этого пучка световых лучей в приемную часть, содержащую телескопическую лупу

В процессе контроля оптическая деталь с асферической поверхностью устанавливается в объектную ветвь устройства таким образом, чтобы геометрический фокус F₁ контролируемой асферической поверхности совпал с фокусом F' фокусирующего объектива. В результате освещающий асферическую поверхность пучок световых лучей после отражений последовательно от асферической поверхности, автоколлимационного зеркала, асферической поверхности и светоделителя будет поступать из объектной ветви в приемную часть. Картина интерференции, образованная в приемной части в результате интерференции световых волн, соответствующих пучкам световых лучей, пришедших из объектной и опорной ветвей, наблюдается визуально и фотографируется с использованием телескопической лупы. Посредством интерференционных полос этой картины визуализируются положения дефектов на контролируемой асферической поверхности. Для определения координаты y этих дефектов используется приближенная формула

где y - ордината асферической поверхности в декартовой системе координат, центр которой совмещен с вершиной асферической поверхности,

OF₁ - параметр геометрического фокуса контролируемой асферической поверхности второго порядка,

- фокусное расстояние фокусирующего объектива в объектной ветви,

h - высота, на которой луч, распространяющийся от светоделителя, входит в фокусирующий объектив. Поскольку уравнение исходной асферической поверхности и фокусное расстояние фокусирующего объектива известны, то по данной формуле становится возможным определить координату y по измеренной величине h, которую определяют по интерференционной картине как половину расстояния между симметричными точками с искривлениями интерференционной полосы или как радиус интерференционного кольца.

Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет контролировать асферические поверхности только второго порядка. Это обусловлено тем, что принцип работы устройства основан на использовании свойств анаберрационных точек асферических поверхностей второго порядка и применении в этом случае автоколлимационного зеркала либо сферического (при контроле гиперболических, эллиптических и параболических поверхностей), либо плоского (при контроле параболических поверхностей).

Недостатком данного устройства является также и то, что определение координаты y дефектов на контролируемой поверхности по приведенной выше формуле пригодно только для зональных (осесимметричных) ошибок, а для местных (не осесимметричных) дефектов координаты y определить не удается, так как высоту h в данном случае по интерференционной картине измерить невозможно. Кроме того, данное устройство обладает невысокой точностью, обусловленной использованием приближенной формулы (1) для нахождения координаты y асферической поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой группе изобретений является устройство для определения положений дефектов на асферических поверхностях оптических деталей [Ларионов Н.П., Лукин А.В., Нюшкин А.А. Контроль малогабаритной асферической оптики с помощью синтезированных голограмм // Оптический журнал, 2011, т. 78, №4, С. 61-64]. Это устройство содержит монохроматический источник света (лазер) и последовательно установленные по ходу световых лучей афокальную систему, светоделитель для формирования опорной и объектной ветвей и приемной части, установленные в объектной ветви по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя, первый фокусирующий объектив для формирования сходящегося гомоцентрического пучка световых лучей со светящейся точкой в его заднем фокусе, синтезированный голограммный оптический элемент, состоящий из трех осевых соосных между собой синтезированных голограмм, одна из которых является голограммой-компенсатором, а две другие голограммы являются котировочными, плоское эталонное зеркало, установленное в опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, установленные в приемной части по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя, второй фокусирующий объектив, фотоприемное устройство и блок отображения информации.

В данном устройстве дефекты на контролируемой асферической поверхности оптической детали определяют путем анализа интерференционной картины, зарегистрированной фотоприемным устройством и выведенной на экран блока отображения информации.

Недостатком данного устройства является невысокая точность определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали, обусловленная тем, что в устройстве отсутствует механизм для точного определения положения дефектов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение точности определения положений дефектов на асферических поверхностях как второго, так и более высоких порядков.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали, содержащем монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу световых лучей афокальную систему, светоделитель для формирования опорной и объектной ветвей и приемной части, установленные в объектной ветви по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя, первый фокусирующий объектив для формирования сходящегося гомоцентрического пучка световых лучей со светящейся точкой в его заднем фокусе, синтезированный голограммный оптический элемент, состоящий из трех осевых соосных между собой синтезированных голограмм, одна из которых является голограммой-компенсатором, а две другие голограммы являются котировочными, плоское эталонное зеркало, установленное в опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, установленные в приемной части по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя, второй фокусирующий объектив, фотоприемное устройство и блок отображения информации, устройство дополнительно содержит марку с двумя пересекающимися между собой штрихами, расположенную между светоделителем и первым фокусирующим объективом и совмещенную с промежуточным изображением асферической поверхности оптической детали, при этом марка закреплена в узле, снабженном механизмом угловых поворотов для угловой ориентации марки и тремя линейными каретками для выполнения возможности смещения марки в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых перпендикулярно к плоскости расположения ее штрихов, для чего каждая линейная каретка снабжена приводом, подключенным к блоку управления приводами, для обеспечения возможности измерения величины смещения марки каждая линейная каретка снабжена датчиком линейного перемещения, подключенным на вход блока цифровой индикации, в приемной части по ходу световых лучей после светоделителя установлено плоское поворотное зеркало, в задней фокальной плоскости первого фокусирующего объектива установлена диафрагма;

а также тем, что оба штриха марки пересекаются друг с другом под углом 90 градусов и каждый из них ориентирован параллельно одному из двух направлений смещения марки, параллельных плоскости расположения пересекающихся между собой двух штрихов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом устройстве для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали, содержащем монохроматический источник света и последовательно установленные по ходу световых лучей афокальную систему, светоделитель для формирования опорной и объектной ветвей и приемной части, установленные в объектной ветви по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя, первый фокусирующий объектив для формирования сходящегося гомоцентрического пучка световых лучей со светящейся точкой в его заднем фокусе, синтезированный голограммный оптический элемент, состоящий из трех осевых соосных между собой синтезированных голограмм, одна из которых является голограммой-компенсатором, а две другие голограммы являются котировочными, плоское эталонное зеркало, установленное в опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя, установленные в приемной части по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя, второй фокусирующий объектив, фотоприемное устройство и блок отображения информации, устройство дополнительно содержит первую марку с двумя пересекающимися между собой штрихами, расположенную между афокальной системой и светоделителем и совмещенную с первым промежуточным изображением асферической поверхности оптической детали, при этом первая марка закреплена в первом узле, снабженном механизмом угловых поворотов для угловой ориентации первой марки и тремя линейными каретками для выполнения возможности смещения первой марки в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых перпендикулярно к плоскости расположения ее штрихов, для чего каждая линейная каретка снабжена приводом, подключенным к первому блоку управления приводами, для обеспечения возможности измерения величины смещения первой марки каждая линейная каретка снабжена датчиком линейного перемещения, подключенным на вход первого блока цифровой индикации, в приемной части по ходу световых лучей после светоделителя установлено плоское поворотное зеркало, введена вторая марка с двумя пересекающимися между собой штрихами, которая совмещена со вторым промежуточным изображением асферической поверхности оптической детали и закреплена во втором узле, снабженном механизмом угловых поворотов для угловой ориентации второй марки и тремя линейными каретками для выполнения возможности смещения второй марки в трех взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых перпендикулярно к плоскости расположения ее штрихов, для чего каждая линейная каретка снабжена приводом, подключенным к второму блоку управления приводами, для обеспечения возможности измерения величины смещения второй марки каждая линейная каретка снабжена датчиком линейного перемещения, подключенным на вход второго блока цифровой индикации, в задней фокальной плоскости первого фокусирующего объектива установлена диафрагма;

а также тем, что оба штриха каждой марки пересекаются друг с другом под углом 90 градусов и каждый из них ориентирован параллельно одному из двух направлений смещения соответствующей ему марки, параллельных плоскости расположения пересекающихся между собой двух штрихов.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема предложенного устройства для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали с применением одной марки М, расположенной в объектной ветви между светоделителем и первым фокусирующим объективом.

На фиг. 2 изображена принципиальная оптическая схема предложенного устройства для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали с применением двух марок M1 и М2, одна из которых (M1) расположена между афокальной системой и светоделителем, а вторая (М2) - в приемной части между плоским поворотным зеркалом и вторым фокусирующим объективом.

На фиг. 3 и фиг. 4 приведены интерферограммы, полученные при контроле конкретной асферической поверхности оптической детали, предложенным устройством (фиг. 2) с применением марки M1, расположенной между афокальной системой и светоделителем, и марки М2, расположенной в приемной части между плоским поворотным зеркалом и вторым фокусирующим объективом.

Предлагаемое устройство (на фиг. 1) для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали содержит монохроматический (лазерный) источник света 1, последовательно установленные по ходу световых лучей афокальную систему 2, светоделитель 3, разделяющий падающий на него пучок световых лучей на два пучка, один из которых (отраженный от светоделителя 3) поступает в опорную ветвь, а другой (прошедший свтоделитель 3) - в объектную ветвь устройства. В опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя 3, установлено плоское эталонное зеркало 4. В объектной ветви по ходу световых лучей последовательно установлены узел 5 с закрепленной на нем маркой М, при этом узел 5 снабжен механизмом угловых поворотов 6 и линейными каретками 7, 8 и 9 для угловой ориентации марки М и смещения ее линейными каретками в трех взаимно перпендикулярных направлениях, первый фокусирующий объектив 10 с задним фокусным расстоянием для формирования в заднем фокусе светящейся точки A, диафрагма 11, расположенная в задней фокальной плоскости первого фокусирующего объектива 10, синтезированный голограммный оптический элемент 12, расположенный на расстоянии s от светящейся точки A до точки O₁ на передней поверхности его подложки и состоящий из трех осевых соосных между собой синтезированных голограмм: голограммы-компенсатора 13, формирующей в проходящем свете осесимметричный пучок световых лучей, ось которого задает оптическую ось в объектной ветви, юстировочной голограммы 14, формирующей в отраженном свете автоколлимационное изображение A'₁₄ светящейся точки A, и юстировочной голограммы 15, формирующей в проходящем свете светящуюся точку-репер A_реп, расположенную на расстоянии d₂ от точки О₂ на задней поверхности подложки синтезированного голограммного оптического элемента 12 и совпадающую с вершиной О₃ асферической поверхности 16. Толщина подложки синтезированного голограммного оптического элемента 12 равна d₁. Марка М ориентирована таким образом, чтобы плоскость расположения ее двух пересекающихся между собой штрихов была совмещена с плоскостью промежуточного изображения ППИ асферической поверхности 16 оптической детали 17, расположенной между светоделителем 3 и первым фокусирующим объективом 10. В приемной части по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя 3, установлены плоское поворотное зеркало 18, второй фокусирующий объектив 19, фотоприемное устройство (например, цифровая видеокамера) 20 с плоскостью регистрации 21 его светочувствительных элементов и блок отображения информации (например, монитор) 22. Устройство также содержит приводы 23, 24 и 25, соединенные с линейными каретками 7, 8 и 9 соответственно и подключенные к блоку управления приводами 26 для придания смещений марке М в трех взаимно перпендикулярных направлениях, датчики линейных перемещений 27, 28 и 29, которыми снабжены линейные каретки 7, 8 и 9, соответственно подключенные к входу блока цифровой индикации 30 величин смещений марки М в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Предлагаемое устройство (на фиг. 2) для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали содержит монохроматический (лазерный) источник света 1, последовательно установленные по ходу световых лучей афокальную систему 2, первую марку M1, светоделитель 3, разделяющий падающий на него пучок световых лучей на два пучка, один из которых (отраженный от светоделителя 3) поступает в опорную ветвь, а другой (прошедший свтоделитель 3) - в объектную ветвь устройства. В опорной ветви перпендикулярно к световым лучам, распространяющимся от светоделителя 3, установлено плоское эталонное зеркало 4. Первая марка M1 закреплена в первом узле 5, снабженном механизмом угловых поворотов 6 для угловой ориентации первой марки M1 и линейными каретками 7, 8 и 9 для смещения ее в трех взаимно перпендикулярных направлениях. В объектной ветви по ходу световых лучей, прошедших светоделитель 3, последовательно установлены первый фокусирующий объектив 10 с задним фокусным расстоянием для формирования в заднем фокусе светящейся точки A, диафрагма 11, расположенная в задней фокальной плоскости первого фокусирующего объектива 10, синтезированный голограммный оптический элемент 12, расположенный на расстоянии s от светящейся точки A до точки O₁ на передней поверхности его подложки и состоящий из трех осевых соосных между собой синтезированных голограмм: голограммы-компенсатора 13, формирующей в проходящем свете осесимметричный пучок световых лучей, ось которого задает оптическую ось в объектной ветви, юстировочной голограммы 14, формирующей в отраженном свете автоколлимационное изображение A'₁₄ светящейся точки A, и юстировочной голограммы 15, формирующей в проходящем свете светящуюся точку-репер А_реп, расположенную на расстоянии d₂ от точки О₂ на задней поверхности подложки синтезированного программного оптического элемента 12 и совпадающую с вершиной О₃ асферической поверхности 16. Толщина подложки синтезированного голограммного оптического элемента 12 равна d₁. В приемной части по ходу световых лучей, распространяющихся от светоделителя 3, установлены плоское поворотное зеркало 18, вторая марка М2, второй фокусирующий объектив 19, фотоприемное устройство (например, цифровая видеокамера) 20 с плоскостью регистрации 21 его светочувствительных элементов и блок отображения информации (например, монитор) 22. Плоскость расположения штрихов первой марки M1 совмещена с плоскостью первого промежуточного изображения ППИ1, расположенного между афокальной системой 2 и светоделителем 3. Линейные каретки 7, 8 и 9 первого узла 5 для крепления первой марки M1 снабжены приводами 23, 24 и 25 соответственно, которые подключены к первому блоку управления приводами 26 для придания смещений первой марке M1 в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Для измерения величин смещений первой марке M1 служат датчики линейных перемещений 27, 28 и 29, которыми снабжены линейные каретки 7, 8 и 9 соответственно и которые подключены к входу первого блока цифровой индикации 30 величин смещений первой марки M1 в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Вторая марка М2 введена в приемную часть после плоского поворотного зеркала 18. При этом она закреплена во втором узле 33, снабженном механизмом угловых поворотов 34 для угловой ориентации второй марки М2 и линейными каретками 35, 36 и 37 для смещения ее в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Плоскость расположения штрихов второй марки М2 совмещена с плоскостью второго промежуточного изображения ППИ2, расположенного между плоским поворотным зеркалом 18 и вторым фокусирующим объективом 19. Линейные каретки 35, 36 и 37 второго узла 33 крепления второй марки М2 снабжены приводами 38, 39 и 40 соответственно, которые подключены к второму блоку управления приводами 41 для придания смещений второй марке М2 в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Для измерения величин смещений второй марки М2 служат датчики линейных перемещений 42, 43 и 44, которыми снабжены линейные каретки 35, 36 и 37 соответственно и которые подключены к входу второго блока цифровой индикации 45 величин смещений второй марки М2 в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Предлагаемое устройство (на фиг. 1) для определения положений дефектов на асферической поверхности оптической детали работает следующим образом. Пучок световых лучей от монохроматического (лазерного) источника света 1 поступает в афокальную систему 2 и преобразуется ею в расширенный параллельный пучок световых лучей, который поступает в светоделитель 3, где частично проходит его и частично отражается им. Отраженная часть пучка световых лучей поступает в опорную ветвь устройства, падает на плоское эталонное зеркало 4, ориентированное перпендикулярно к световым лучам этого пучка, отражается от него и в автоколлимационном ходе частично отражается от светоделителя 3 и частично проходит его. Отраженная часть опорного пучка световых лучей проходит в обратном направлении афокальную систему 2 и падает в отверстие выходного окна источника света 1, а прошедшая светоделитель 3 часть опорного пучка поступает в приемную часть, отражается от плоского поворотного зеркала 18 и поступает во второй фокусирующий объектив 19, которым фокусируется в точку А_о, служащую в устройстве опорной точкой. Затем эта часть опорного пучка световых лучей проходит объектив фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 и падает на плоскость регистрации 21 светочувствительных элементов фотоприемного устройства 20.

В объектную ветвь устройства поступает прошедшая светоделитель 3 часть параллельного пучка световых лучей, вышедшего из афокальной системы 2, которая проходит в этой ветви марку М, первый фокусирующий объектив 10, преобразуясь им в сходящийся гомоцентрический пучок световых лучей с центром в виде светящейся точки A в заднем фокусе объектива 10, проходит диафрагму 11, расположенную в задней фокальной плоскости объектива 10, и падает на синтезированный голограммный оптический элемент 12 в виде расходящегося гомоцентрического пучка световых лучей, освещая голограмму-компенсатор 13 и котировочные голограммы 14 и 15. Голограмма-компенсатор 13 в процессе дифракции на ней световых лучей в проходящем свете формирует осесимметричный пучок световых лучей, каждый луч которого падает на асферическую поверхности 16 оптической детали 17 по соответствующей ему определенной нормали этой поверхности и отражается от нее в обратном направлении. В этом случае отражающая асферическая поверхность 16 оптической детали 17 выступает в качестве предмета. Отраженный от этой асферической поверхности 16 оптической детали 17 пучок световых лучей в автоколлимационном ходе распространяется к голограмме-компенсатору 13 и в результате дифракции на ней фокусируется в точку A'₁₆, которая является автоколлимационным изображением светящейся точки A. Затем этот пучок световых лучей проходит в обратном направлении диафрагму 11 и первый фокусирующий объектив 10, который преобразует его в параллельный пучок световых лучей. В ходе данного параллельного пучка световых лучей посредством синтезированной голограммы-компенсатора 13 и первого фокусирующего объектива 10 формируется изображение асферической поверхности 16 оптической детали 17, которое является промежуточным и обратным. Оно расположено в плоскости промежуточного изображения ППИ. В связи с этим точка O'₃, лежащая в центре промежуточного изображения асферической поверхности 16, а значит, и на оптической оси, является оптически сопряженной с вершиной О₃ асферической поверхности 16 оптической детали 17 и является ее изображением. Точно также точка G, лежащая в плоскости промежуточного изображения ППИ, является изображением точки E, расположенной вблизи границы асферической поверхности 16 оптической детали 17.

С плоскостью промежуточного изображения ППИ совмещена плоскость расположения штрихов марки М. Очевидно, что в этом случае в плоскости промежуточного изображения ППИ в обратном ходе лучей от асферической поверхности 16 оптической детали 17 будет формироваться также и изображение марки М. Далее, параллельный пучок световых лучей после прохождения марки М падает на светоделитель 3 и делится им на два пучка, один из которых, прошедший светоделитель 3, распространяется к афокальной системе 2, а другой, отраженный от светоделителя 3, поступает в приемную часть, где отражается от плоского поворотного зеркала 18, проходит второй фокусирующий объектив 19, которым он фокусируется в точку A''₁₆, проходит объектив фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 и падает на плоскость регистрации 21 светочувствительных элементов фотоприемного устройства 20. Посредством светоделителя 3, плоского поворотного зеркала 18, второго фокусирующего объектива 19 и объектива фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 в плоскость регистрации 21 проецируется сформированное в плоскости промежуточного изображения ППИ промежуточное изображение асферической поверхности 16 оптической детали 17. В результате в плоскости регистрации 21 формируется конечное изображение асферической поверхности 16 оптической детали 17, которое является прямым. В эту же плоскость регистрации 21 проецируется также изображение штрихов марки М. В результате совмещения в приемной части пучков световых лучей, пришедших из опорной и объектной ветвей, и возникшей в связи с этим интерференции соответствующих им световых волн, образуется интерференционная картина для контролируемой асферической поверхности 16 оптической детали 17, которая также отображается в плоскости регистрации 21. Конечное изображение асферической поверхности 16 оптической детали 17, вместе с изображением этой интерференционной картины, а также марки М передаются фотоприемным устройством (например, цифровой видеокамерой) 20 на экран блока отображения информации (например, монитора) 22, где 31 - конечное изображение асферической поверхности 16 оптической детали 17, с соответствующей ей интерференционной картиной, а ИШ_м - изображение штрихов марки М. На экране блока отображения информации (например, монитора) 22 изображена точка O''₃, расположенная в центре изображения 31 асферической поверхности 16 оптической детали 17 и интерференционной картины для этой асферической поверхности. В связи с этим она соответствует точке O'₃ в плоскости промежуточного изображения ППИ и точке О₃ - вершине асферической поверхности 16 оптической детали 17. Для того чтобы было удобно и наглядно идентифицировать дефекты и определять их расположения на контролируемой асферической поверхности 16 оптической детали 17, необходимо, чтобы на экране блока отображения информации (например, монитора) 22 было сформировано прямое изображение асферической поверхности 16 оптической детали 17. Для этого необходимо корпус фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 повернуть на 180° вокруг его оптической оси относительно исходного рабочего положения фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20.

Наличие дефектов на контролируемой асферической поверхности 16 оптической детали 17 определяют путем визуального анализа интерференционной картины, присутствующей на конечном изображении 31 этой асферической поверхности 16 на экране блока отображения информации (например, монитора) 22. Дефекты и их положения на контролируемой асферической поверхности 16 визуализируются искривлениями полос в этой интерференционной картине. По степени искривления интерференционных полос выбирают на контролируемой асферической поверхности 16 характерные точки, которым соответствуют наибольшие дефекты и которые необходимо устранить в первую очередь. Затем определяют положения этих характерных точек с дефектами на контролируемой асферической поверхности 16 относительно ее вершины.

Асферическая поверхность 16 задается уравнением в прямоугольной системе координат oxyz, центр которой о совмещен с вершиной О₃ асферической поверхности 16, а ось oz совпадает с ее осью симметрии. На схеме, изображенной на фиг. 1, оси oy и oz лежат в плоскости рисунка; при этом ось oy направлена вверх, а ось oz направлена слева на право. Ось ох лежит в плоскости, перпендикулярной к плоскости рисунка. В связи с этим оси ох и оy лежат в двух взаимно перпендикулярных меридиональных плоскостях. Пусть оси ох, oy и oz образуют правую систему прямоугольных координат. Тогда ось ох, являясь перпендикулярной к плоскости рисунка, будет направлена от наблюдателя. С учетом этих данных узел 5 с маркой М установлен таким образом, чтобы посредством линейной каретки 7 марка М перемещалась параллельно оси oz, посредством линейной каретки 8 - параллельно оси ох, а посредством линейной каретки 9 - параллельно оси oy.

Синтезированный голограммный оптический элемент 12 может быть выполнен на плоскопараллельной, плосковогнутой или же плосковыпуклой подложке с заданной толщиной d₁ и показателем преломления n(λ) материала подложки, где λ - длина волны монохроматического источника света. Расчет параметров структуры синтезированных голограмм, отрезков оптической схемы контроля асферической поверхности второго и более высокого порядков, методы и средства для отображения структуры синтезированных голограмм на подложке, а также методы юстировки схем контроля асферических поверхностей рассмотрены в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ларионова Н.П. (см. Ларионов Н.П. Методы и средства контроля формы асферических поверхностей крупногабаритных и светосильных оптических элементов на основе использования осевых синтезированных голограмм. Казань, 2002, с. 40-47, 136-142), а также в материалах на изобретение (см. Ларионов Н.П., Лукин А.В., Мустафин К.С., Рафиков Р.А. Способ настройки устройства для контроля оптических поверхностей. - Патент РФ №729437, бюлл. изобр., 1980, №5).

Марка М содержит два пересекающихся между собой под углом 90° тонких штриха, нанесенных, например, на одной из поверхностей тонкой стеклянной пластины, прозрачной для излучения источника света 1. Толщина штрихов марки М может быть, например, 0.015 мм. Она закреплена в узле 5 таким образом, чтобы плоскость расположения ее штрихов была ориентирована перпендикулярно к направлению смещения марки М, осуществляемого посредством линейной каретки 7 под воздействием привода 23 и блока управления приводами 26. В двух других взаимно перпендикулярных направлениях марка М смещается посредством линейных кареток 8 и 9 под воздействием приводов соответственно 24 и 25 и блока управления приводами 26. При этом марка М закреплена в узле 5 таким образом, чтобы один из ее штрихов был ориентирован параллельно направлению смещения марки М, осуществляемого посредством линейной каретки 8, а другой штрих - параллельно направлению смещения марки М, осуществляемого посредством линейной каретки 9. Величины смещений марки М измеряются посредством датчиков линейных перемещений 27, 28 и 29, закрепленных на линейных каретках 7, 8 и 9 соответственно и подключенных к блоку цифровой индикации 30.

При проведении контроля асферической поверхности 16 оптической детали 17 необходимо провести котировочные операции, наиболее важные из которых рассмотренные ниже.

Сначала ориентируют в опорной ветви плоское эталонное зеркало 4 перпендикулярно к падающему на него параллельному пучку лучей, распространяющемуся от светоделителя 3. Для чего угловыми наклонами зеркала 4 направляют отраженный от него опорный пучок лучей к светоделителю 3, а затем отраженную от светоделителя 3 часть опорного пучка направляют в афокальную систему 2 и затем в выходное окно лазера 1. Прошедшая светоделитель 3 часть опорного пучка поступает в приемную часть устройства, где после отражения от плоского поворотного зеркала 18 поступает во второй фокусирующий 19 и фокусируется им в точку А_о, служащую в устройстве опорной точкой. Затем эта часть опорного пучка лучей проходит объектив фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 и падает на плоскость регистрации 21 светочувствительных элементов фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20.

Затем юстируют синтезированный голограммный оптический элемент 12. Для этого сначала смещают его перпендикулярно к оптической оси первого фокусирующего объектива 10 и добиваются, чтобы его апертура освещалась осесимметрично падающему на него расходящемуся гомоцентрическому пучку световых лучей, вышедшему из светящейся точки A. После этого смещениями синтезированного голограммного оптического элемента 12 вдоль оптической оси объектива 10 и угловыми поворотами его получают посредством юстировочной голограммы 14 автоколлимационное изображение A'₁₄ светящейся точки A, которое формируется в результате дифракции в обратном направлении лучей, упавших на голограмму 14. Процесс формирования автоколлимационного изображения A'₁₄ контролируют визуально, наблюдая предварительно это изображение на диафрагме 11 в окрестности ее отверстия и добиваясь при этом его минимального размера путем продольного смещения синтезированного голограммного оптического элемента 12. После этого дифрагированный на юстировочной голограмме 14 пучок световых лучей посредством угловых поворотов синтезированного голограммного оптического элемента 12 направляют в отверстие диафрагмы 11, который проходит в обратном направлении первый фокусирующий объектив 10, преобразуясь им в параллельный пучок лучей, затем отражается от светоделителя 3 и поступает в приемную часть, где отражается от плоского поворотного зеркала 18, проходит второй фокусирующий объектив 19, фокусируясь им в точку A''₁₄, проходит объектив фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 и падет на плоскость регистрации 21 фотоприемного устройства 20. В результате совмещения пучков световых лучей, пришедших в приемную часть из опорной и объектной ветвей, в плоскости регистрации 21 будет присутствовать интерференционная картина, которая изобразится на экране блока отображения информации (например, монитора) 22 в виде отрезков интерференционных полос, расположенных в кольцевой картине 32. Эти отрезки должны быть прямолинейными и лежать на системе виртуальных прямых полос с постоянным шагом. Если это не выполняется, то необходимо продольными смещениями синтезированного голограммного оптического элемента 12 получить указанное выше расположение отрезков интерференционных полос в кольцевой картине 32. Затем угловыми наклонами синтезированного голограммного оптического элемента 12 необходимо произвести настройку на бесконечно широкую полосу либо на минимальное количество интерференционных полос и контролировать это состояние в кольцевой картине 32 в процессе работы устройства. Это состояние соответствует тому, что юстировочная голограмма 14 действительно формирует автоколлимационное изображение A'₁₄ светящейся точки A, а это означает, что голограмма-компенсатор 13 и синтезированный голограммный оптический элемент 12 установлены на заданном расстоянии s от светящейся точки A. Для такого состояния точка A''₁₄ является сфокусированной в фокальной плоскости второго фокусирующего объектива 19 и практически совмещенной с опорной точкой А_о.

Затем юстируют оптическую деталь 17 с контролируемой асферической поверхности 16. Контроль совмещения оси симметрии асферической поверхности 16 с осью симметрии голограммы-компенсатора 13 (оптической осью) можно вести по виду интерференционных полос в картине 31 на экране блока отображения информации (например, монитора) 22, левая и правая части которой должны быть близки между собой по форме интерференционных полос. Однако этот метод можно использовать только в том случае, когда на контролируемой асферической поверхности 16 отсутствуют большие неосесимметричные дефекты. Более надежным является метод, основанный на визуальном наблюдении изображения точки A''₁₆, которое посредством объектива фотоприемного устройства (например, цифровой видеокамеры) 20 проецируют совместно с изображением