RU2086945C1 - Method of measurement of divergence angle of collimated bundle of rays - Google Patents
Method of measurement of divergence angle of collimated bundle of rays Download PDFInfo
- Publication number
- RU2086945C1 RU2086945C1 RU94009393A RU94009393A RU2086945C1 RU 2086945 C1 RU2086945 C1 RU 2086945C1 RU 94009393 A RU94009393 A RU 94009393A RU 94009393 A RU94009393 A RU 94009393A RU 2086945 C1 RU2086945 C1 RU 2086945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- source
- size
- diameter
- focal plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области световых измерений, и может быть использовано для контроля угла расходимости. The invention relates to measuring equipment, namely to the field of light measurements, and can be used to control the angle of divergence.
Известны способы для контроля угла расходимости. По методу фокального пятна способ измерения состоит в том, что пучок лучей длиннофокусной линзой собирают в фокальной плоскости в виде светового пятна /1/. По отношению этого диаметра к фокусному расстоянию линзы рассчитывают угол расходимости. Недостатки такого способа связаны с невозможностью контролировать размер источника, а также знак угла расходимости, поскольку зафокальные и предфокальные пятна подобны друг другу. Known methods for controlling the angle of divergence. According to the focal spot method, the measurement method consists in collecting a beam of rays with a telephoto lens in the focal plane as a light spot / 1 /. The divergence angle is calculated from the ratio of this diameter to the focal length of the lens. The disadvantages of this method are associated with the inability to control the size of the source, as well as the sign of the angle of divergence, since the focal and prefocal spots are similar to each other.
В другом способе в фокальную плоскость линзы вводят калиброванные диафрагмы, ограничивающие размер фокального пятна на заданном уровне энергии /2/. По отношению этого диаметра к фокусному расстоянию линзы рассчитывают угол расходимости. Недостатки этого способа связаны с отсутствием возможности контролировать размер источника и знак угла. Последнее связано с тем, что предфокальное и зафокальное пятна подобны. In another method, calibrated apertures are introduced into the focal plane of the lens, limiting the size of the focal spot at a given energy level / 2 /. The divergence angle is calculated from the ratio of this diameter to the focal length of the lens. The disadvantages of this method are associated with the inability to control the size of the source and the sign of the angle. The latter is due to the fact that the prefocal and focal spots are similar.
Наиболее близким по технической сущности является способ, с помощью которого оптической линзой с известным фокусным расстоянием f' собирают излучение в фокальной плоскости в виде светового пятна, измеряют его диаметр d' на известной доле энергии от максимума и рассчитывают угол из соотношения θ = d′/f′ /3/. Недостаток способа связан с невозможностью учитывать влияние размера источника на размер фокального пятна, а также контролировать знак угла, поскольку предфокальные и зафокальные пятна подобны друг другу, что снижает точность измерений и ограничивает функциональные возможности. The closest in technical essence is the method by which an optical lens with a known focal length f 'collects radiation in the focal plane in the form of a light spot, measure its diameter d' at a known fraction of the energy from the maximum and calculate the angle from the relation θ = d ′ / f ′ / 3 /. The disadvantage of this method is the inability to take into account the influence of the size of the source on the size of the focal spot, and also to control the sign of the angle, since the prefocal and focal spots are similar to each other, which reduces the accuracy of measurements and limits the functionality.
Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей. The aim of the invention is to improve the accuracy and expansion of functionality.
Поставленная цель достигается тем, что в способе измеряют размер световой площадки источника и рассчитывают угол из соотношения
после чего непрозрачным экраном перекрывают половину пучка и контролируют форму светового пятна в фокальной плоскости линзы.This goal is achieved by the fact that in the method measure the size of the light platform of the source and calculate the angle from the ratio
then half the beam is blocked with an opaque screen and the shape of the light spot in the focal plane of the lens is controlled.
На фиг. 2 дана схема изображения источника в положениях I и II, d - диаметр световой площадки источника, R радиус кривизны волнового фронта, Oб линза, f' фокус, -диаметр изображения источника I; Δ
Фиг. 2 световой треугольник, d диаметр световой площадки источника, R радиус кривизны волнового фронта, Δ стрелка прогиба волнового фронта, q угол расходимости.In FIG. 2 shows a diagram of the image of the source in positions I and II, d is the diameter of the light platform of the source, R is the radius of curvature of the wavefront, O b lens, f 'focus, - image diameter of source I; Δ
FIG. 2 light triangle, d is the diameter of the light platform of the source, R is the radius of curvature of the wavefront, Δ is the arrow deflection of the wavefront, q is the divergence angle.
Фиг. 3 схема измерения угла, d диаметр световой площадки источника, Oб линза, F' фокальная плоскость, d' диаметр фокального пятна, Δ1 расфокусировка, соответствующая d', 2 и 3 линейки фотоприемников.FIG. 3 angle measurement scheme, d source light area diameter, O b lens, F 'focal plane, d' focal spot diameter, Δ 1 defocus corresponding to d ', 2 and 3 photodetector arrays.
Фиг. 4 схема контроля знака угла. qд дифракционный угол расходимости, θ1,θ2 произвольные углы расходимости "положительного" и "отрицательного" по отношению к θд F' фокальная плоскость, C1 - точка пересечения крайнего луча с оптической осью пучка с расходимостью θ1 C2 точка пересечения луча с оптической осью пучка с расходимостью.FIG. 4 control circuit of the sign of the angle. q d is the diffraction angle of divergence, θ 1 , θ 2 are arbitrary divergence angles of “positive” and “negative” with respect to θ d F 'the focal plane, C 1 is the point of intersection of the extreme beam with the optical axis of the beam with divergence θ 1 C 2 the point of intersection beam with the optical axis of the beam with divergence.
Фиг. 5 вид А половина линзы Об закрыта непрозрачным экраном 4.FIG. 5 view A half of the lens O b is covered by an
Фиг. 6 изображение светового пятна в фокальной плоскости при θд,θ1,θ2
Источники коллимированного пучка лучей, имеющие реальные конечные размеры, используются в коллиматорах, прожекторах и в других оптических приборах (интерферометрах, микроскопах). Поэтому размер таких источников (фиг. 1) влияет на размер изображения фокального пятна в соответствии с геометрическим построением изображения источника в положениях I и II. Поскольку угол расходимости оценивается по наибольшему диаметру фокального пятна (предполагается, что Δ
Sources of a collimated beam of rays having real finite dimensions are used in collimators, searchlights, and other optical devices (interferometers, microscopes). Therefore, the size of such sources (Fig. 1) affects the image size of the focal spot in accordance with the geometric construction of the source image in positions I and II. Since the divergence angle is estimated from the largest diameter of the focal spot (it is assumed that Δ
Рассмотрим световой треугольник (фиг. 2), откуда или Формулу отрезков из фиг. 1 можно представить в виде После подстановки находим Переходя к углу, получаем приближенное
и точное соотношение
Схема измерения угла в соответствии с полученным соотношением приведена на фиг. 3. Измеритель располагается вблизи от источника. В этом случае размер источника мало отличается от размера сечения пучка, в котором располагается линейка фотоприемников 1. Первый параметр размер источника d измеряется на той же доле энергии, на которой контролируется размер фокального пятна. Второй параметр d' измеряется путем контроля размера фокального пятна из анализа доли энергии в фокальной плоскости F' с помощью фотоприемников 2. Доля энергии, на которой производилась оценка пятна, определяет уровень энергии самого угла, рассчитываемого по измеренным d и d'. Возможность измерений на одной и той же доле энергии связана с тем, что оптическая линза в соответствии с не влияет на распределение энергии.Consider the light triangle (Fig. 2), whence or Line formula from FIG. 1 can be represented as After substitution we find Passing to the corner, we get the approximate
and exact ratio
The angle measurement scheme in accordance with the obtained ratio is shown in FIG. 3. The meter is located close to the source. In this case, the size of the source differs little from the size of the beam cross section in which the line of photodetectors is located 1. The first parameter, the size of the source d, is measured on the same fraction of the energy at which the size of the focal spot is controlled. The second parameter d 'is measured by controlling the size of the focal spot from the analysis of the fraction of energy in the focal plane F' using
В зависимости от изменения режима работы источника (износа его частей) угол расходимости может приобретать "положительные" углы θ1, так и "отрицательные" углы θ2 Изменение знака угла в каждом случае будет приводить к увеличению размера фокального пятна относительно пятна для дифракционного угла θд Для оценки знака угла половина пучка перекрывается непрозрачным экраном (фиг. 6). Тогда при дифракционном угле половина оставшегося пучка соберется в фокальной плоскости F' в виде светового пятна. Изменение θд до θ1 и θ2 приведет к тому, что крайние лучи пересекутся с оптической осью соответственно в точках C1 и C2. При этом в фокальной плоскости, в которой контролируется пучок, изобразится световое полупятно либо над осью (при -θ2 ), или под осью (при +θ1 ). Следовательно, изменение формы пятна укажет на знак угла расходимости.Depending on the change in the source’s operating mode (wear of its parts), the divergence angle can acquire “positive” angles θ 1 and “negative” angles θ 2. Changing the sign of the angle in each case will increase the size of the focal spot relative to the spot for the diffraction angle θ d To assess the sign of the angle half of the beam is blocked by an opaque screen (Fig. 6). Then, at the diffraction angle, half of the remaining beam will be collected in the focal plane F 'in the form of a light spot. Changing θ d to θ 1 and θ 2 will lead to the fact that the extreme rays intersect with the optical axis, respectively, at points C 1 and C 2 . At the same time, in the focal plane in which the beam is controlled, light will be displayed half-spot either above the axis (at -θ 2 ) or below the axis (at + θ 1 ). Consequently, a change in the shape of the spot will indicate the sign of the angle of divergence.
Пусть линза измерителя имеет f'= 300 мм, диаметр источника d 40 мм, размер изображения источника (равный максимальному размеру xфотоприемника в линейке) d'=0,02 мм. Тогда по изобретению
Полученные расчетом близкие значения d' в заявленном способе указывают на то, что при больших R≈105 мм влиянием размера источника можно пренебречь.Let the meter lens have f '= 300 mm, the diameter of the source d 40 mm, the image size of the source (equal to the maximum size x of the photodetector in the line) d' = 0.02 mm. Then according to the invention
The close values of d 'obtained by calculation in the claimed method indicate that at large R≈10 5 mm the influence of the source size can be neglected.
При переходе на малые R необходимо учитывать размер изображения d'. Пусть R 1000 мм, f'= 300 мм, d 40 мм. Тогда из соотношения находим Если взять R 10000 мм, то при тех же параметрах d 1,2 мм. Полученные значения d' значительно превышают значения d', полученные из соотношения d′ = f′θ Следовательно, при переходе от R=106 мм к R= 104 мм и меньше размер фокального пятна, определенный размером источника, может превзойти размер определяемый расходимостью лучей. Способ позволяет учитывать размер источника и, следовательно, устранить погрешность, вызванную источником.When switching to small R, it is necessary to take into account the image size d '. Let R be 1000 mm, f '= 300 mm, d 40 mm. Then from the relation we find If we take R 10000 mm, then with the same parameters d 1.2 mm. The obtained values of d 'significantly exceed the values of d' obtained from the relation d ′ = f′θ Therefore, when passing from R = 10 6 mm to R = 10 4 mm or less, the size of the focal spot, determined by the size of the source, can exceed the size determined by the divergence rays. The method allows you to take into account the size of the source and, therefore, eliminate the error caused by the source.
При измерениях угла расходимости при больших можно пренебречь размером источника и в этом случае расчет угла возможен как в соответствии с известным соотношением d′ = f′θ так и предложенным При малых необходимо учитывать размер источника, что позволяет предложенный способ. Поэтому возможность измерений угла описываемым способом как для больших, так и малых, расширяет функциональные возможности по сравнению с прототипом. Кроме того, при измерениях угла расходимости, в особенности, импульсных источников, возникает неопределенность в определении знака угла. Введение непрозрачной шторки позволяет определить знак угла как непрерывных, так и импульсных источников, что расширяет функциональные возможности способа.When measuring the divergence angle for large, the size of the source can be neglected, and in this case, the calculation of the angle is possible both in accordance with the known relation d ′ = f′θ and the proposed For small, it is necessary to take into account the size of the source, which allows the proposed method. Therefore, the ability to measure the angle in the described manner for both large and small, expands the functionality compared to the prototype. In addition, when measuring the angle of divergence, in particular, of pulsed sources, uncertainty arises in determining the sign of the angle. The introduction of an opaque curtain allows you to determine the sign of the angle of both continuous and pulsed sources, which extends the functionality of the method.
Разработка новых способов контроля угла расходимости необходима при изготовлении оптических приборов со световыми источниками коллиматоров, микроскопов, интерферометров. Создание измерителей угла повышенной точности особенно необходимо в процессе сборки и изготовления этих приборов. Обеспечение такого контроля уже на ранних стадиях позволит выявить погрешности оптических схем и устранить неисправности, что повысит качество выпускаемых промышленностью оптических приборов и даст положительный экономический эффект. The development of new methods for controlling the divergence angle is necessary in the manufacture of optical devices with light sources of collimators, microscopes, and interferometers. The creation of angle measuring instruments of increased accuracy is especially necessary in the process of assembly and manufacture of these devices. Providing such control already in the early stages will allow to identify errors in optical circuits and eliminate malfunctions, which will improve the quality of optical devices manufactured by the industry and will give a positive economic effect.
Claims (1)
после чего половину пучка перекрывают непрозрачным экраном и по форме светового пятна в фокальной плоскости линзы контролируют знак угла.A method for measuring the divergence angle of a collimated beam of rays, which consists in the fact that an optical lens with a given focal length f ', the beam is collected in the focal plane in the form of a light spot, its diameter d' is measured at a given fraction of the energy from the maximum, and the divergence angle is calculated, characterized in that that measure the diameter d of the light platform of the source at a given fraction of the energy from the maximum, similar to the measurement of d ', and the divergence angle is calculated from the ratio
then half of the beam is blocked by an opaque screen and the sign of the angle is controlled by the shape of the light spot in the focal plane of the lens.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94009393A RU2086945C1 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Method of measurement of divergence angle of collimated bundle of rays |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94009393A RU2086945C1 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Method of measurement of divergence angle of collimated bundle of rays |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94009393A RU94009393A (en) | 1995-11-20 |
RU2086945C1 true RU2086945C1 (en) | 1997-08-10 |
Family
ID=20153658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94009393A RU2086945C1 (en) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | Method of measurement of divergence angle of collimated bundle of rays |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2086945C1 (en) |
-
1994
- 1994-03-16 RU RU94009393A patent/RU2086945C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Хирд Г. Измерение лазерных параметров. - М.: Мир, 1970, с. 70. 2. Свенцицкая Н.А., Хазов Л.Д. Увеличение направленности... - Прикладная спектроскопия. 1965, т. 3, с. 230 - 233. 3. Авторское свидетельство СССР N 393780, кл. G 01 J 1/20, 1973. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20040145753A1 (en) | Method and apparatus for measuring the three-dimensional surface shape of an object using color informations of light reflected by the object | |
US3877788A (en) | Method and apparatus for testing lenses | |
JPH01101432A (en) | Distance simulation optical system | |
US10458781B2 (en) | Sample shape measuring method and sample shape measuring apparatus | |
EP0210722B1 (en) | Apparatus for measuring the refractive power or radius of curvature of an optical system | |
JPS6222084B2 (en) | ||
RU2086945C1 (en) | Method of measurement of divergence angle of collimated bundle of rays | |
KR102246791B1 (en) | Focusing and leveling device | |
JP3833713B2 (en) | Fringe deflectometry apparatus and method | |
JP3491464B2 (en) | Laser beam divergence angle measuring device | |
RU2329475C1 (en) | Device for taking measurements of light scattering characteristics of optoelectronic instruments | |
RU2179789C2 (en) | Laser centering mount for x-ray radiator | |
RU2006809C1 (en) | Method of measuring lens transmission gain | |
RU2025692C1 (en) | Method of measurement of characteristics of optical systems: focal distances and decentering | |
RU2204821C1 (en) | Laser centralizer of x-ray radiator | |
RU2202814C1 (en) | Cat's eye index meter for optoelectronic devices | |
SU1458779A1 (en) | Autocollimation method of determining refraction indexes of wedge-shaped specimens | |
RU2087903C1 (en) | Automatic concentration metering device | |
RU2116615C1 (en) | Comparator | |
JPS59100835A (en) | Method and apparatus for measuring focal distance of focusing optical system | |
RU2082193C1 (en) | Photoelectronic device for adjustment of optical system | |
JPH09257643A (en) | Lens meter | |
JPS6255542A (en) | Optical system inspecting device | |
SU798552A1 (en) | Method of determining spherical microparticle dimensions | |
RU1800318C (en) | Device for measuring dimensions of particles |