RU2606781C1 - Способ определения сферической аберрации объективов и линз - Google Patents
Способ определения сферической аберрации объективов и линз Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606781C1 RU2606781C1 RU2015126124A RU2015126124A RU2606781C1 RU 2606781 C1 RU2606781 C1 RU 2606781C1 RU 2015126124 A RU2015126124 A RU 2015126124A RU 2015126124 A RU2015126124 A RU 2015126124A RU 2606781 C1 RU2606781 C1 RU 2606781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plane
- radiation
- spherical aberration
- parallel plate
- lenses
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
- G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Предложен способ, в котором исследуемую оптическую систему освещают широким плоскопараллельным пучком лазерного излучения с известной длиной волны λ, сфокусированное излучение пропускают через плоскопараллельную пластинку одноосного нелинейного кристалла, установленную в плоскости изображения, преобразуя его в излучение с длиной волны λ/2, после чего это излучение передают на оптико-электронный датчик, который устанавливают в двух или более заданных значениях расстояния от выходной грани плоскопараллельной пластинки, измеряют радиусы полученных кружков рассеяния при различных значениях расстояний и определяют сферическую аберрацию оптической системы. Технический результат - повышение точности, снижение сложности определения сферической аберрации объективов и линз, в том числе в инфракрасной области спектра, при этом сохраняя скорость определения сферической аберрации. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для определения сферической аберрации объективов и линз, в том числе при разработке и исследовании систем, фокусирующих инфракрасное излучение.
Известен способ измерения аберраций оптических систем (патент РФ №2077809, МПК G01M 11/02, опубликованный 20.04.1997), заключающийся в том, что путем диафрагмирования выделяют из пучков лучей, проходящих через контролируемую оптическую систему, узкие пучки, регистрируют изображение, сформированное узкими пучками лучей, измеряют смещения элементов этого изображения и преобразуют смещения элементов изображения в характеристики аберраций, на контролируемую оптическую систему направляют излучение от протяженного неоднородного объекта, регистрируют также сформированное недиафрагмированными пучками лучей изображение, диафрагмирование пучков лучей производят с помощью экрана с отверстием, устанавливаемого в плоскость, в которой диаметр сечения каждого из пучков лучей, формирующих изображения точек объекта, не превышает ширины зоны изопланатизма, а смещения элементов изображения, сформированного узкими пучками лучей, оценивают относительно этих же элементов в изображении, сформированном недиафрагмированными пучками лучей.
Недостатками этого способа являются низкая точность определения характеристик аберрации, обусловленная необходимостью формирования пучков лучей заданного диаметра, не превышающего ширины зоны изопланатизма, а также техническая сложность использования данного способа для определения характеристик аберраций для объективов и линз, работающих в инфракрасной области спектра.
Известен способ исследования аберраций объективов и линз (заявка РФ №99116918, МПК G03H 1/00, опубликованная 07.10.2001), заключающийся в том, что исследуемый объектив или линзу освещают квазимонохроматическим источником, обладающим малыми угловыми размерами, диафрагмируют объектив или линзу непрозрачным экраном с двумя отверстиями, диаметры которых существенно меньше диаметра объектива или линзы, и анализируют интерферограммы, которые получают в плоскости изображения источника при различных положениях отверстий в экране, анализируемые интерферограммы получают на изображениях, восстановленных двукратно экспонированными голограммами, зарегистрированными в плоскости изображения источника при двух различных положениях отверстий в непрозрачном экране.
Недостатками данного способа являются высокая сложность, обусловленная необходимостью анализа интерферограмм, и невозможность применения данного способа для определения аберраций объективов и линз, работающих в инфракрасной области спектра.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициентов сферической аберрации (патент РФ №992295712, МПК G01M 11/02, 20.03.2007), заключающийся в том, что исследуемую оптическую систему, содержащую одну или несколько линз и диафрагму, освещают квазимонохроматическим источником, обладающим малыми угловыми размерами и размещенным на заданном расстоянии от оптико-электронного датчика, ориентируют оптико-электронный датчик таким образом, чтобы квазимонохроматический источник занимал центральное положение в кадре, устанавливают радиус диафрагмы в два или более заданных значения, измеряют радиусы кружков рассеяния при различных значениях радиусов диафрагмы и определяют коэффициенты сферической аберрации оптической системы оптико-электронного датчика.
Недостатками данного способа являются невозможность определения сферической аберрации объективов и линз, работающих в инфракрасной области спектра, в связи с ограниченной спектральной чувствительностью оптико-электронного датчика, а также на точность определения коэффициентов сферической аберрации оказывают влияние дифракционные эффекты от диафрагм.
Техническая задача - повышение точности и снижение сложности определения сферической аберрации объективов и линз, в том числе при разработке и исследовании систем, фокусирующих инфракрасное излучение, при этом сохраняя скорость определения сферической аберрации.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что исследуемую оптическую систему освещают широким плоскопараллельным пучком лазерного излучения с известной длиной волны λ, затем сфокусированное излучение пропускают через плоскопараллельную пластинку одноосного нелинейного кристалла, например ниобата лития, установленную в плоскости изображения, при этом излучение в плоскопараллельной пластинке одноосного нелинейного кристалла преобразуется по частоте в более коротковолновое излучение с длиной волны λ/2, после чего это излучение передают на оптико-электронный датчик, который устанавливают в двух или более заданных значениях расстояния от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла, измеряют радиусы полученных кружков рассеяния при различных значениях расстояний между оптико-электронным датчиком и выходной гранью плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла и определяют сферическую аберрацию оптической системы.
Сферическая аберрация является одним из видов монохроматических аберраций и вызывает нарушение гомоцентричности пучков лучей, прошедших через оптическую систему при сохранении их симметрии относительно оптической оси.
Наличие сферической аберрации в системе приводит к тому, что вместо резкого изображения точки в плоскости изображения получается кружок рассеяния.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), где приведена схема, поясняющая процесс определения сферической аберрации объективов и линз. Исследуемая оптическая система (фиг. 1, 1) состоит из одной или нескольких линз.
Сферическая аберрация подразделяется на поперечную у, равную радиусу кружка рассеяния, и продольную g, которые связаны между собой уравнением:
где σ - угол, образованный лучом MS, идущим от края выходного зрачка исследуемой оптической системы, и оптической осью ОО/.
Определение сферической аберрации оптических систем в инфракрасной области спектра световых волн затруднено тем, что в плоскости изображения кружок рассеяния невидим для человеческого глаза и накладывает дополнительные условия к использованию оптико-электронного датчика по его спектральной чувствительности. Поэтому в плоскости изображения лазерного пучка размещают плоскопараллельную пластинку одноосного нелинейного кристалла, например из ниобата лития (фиг. 1, 3), в котором излучение (фиг. 1, 2) преобразуется по частоте в более коротковолновое излучение с длиной волны λ/2. При этом на заданном расстоянии от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла (фиг. 1, 3) размещают оптико-электронный датчик (фиг. 1, 4), измеряют радиус ri (i=1, 2) кружка рассеяния преобразованного по частоте излучения при заданных значениях расстояния Li (i=1, 2) от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла (фиг. 1, 3) до оптико-электронного датчика.
Для определения сферической аберрации составляют систему уравнений:
где у* - радиус кружка рассеяния на выходе излучения с длиной волны λ/2 из плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла, n1 - показатель преломления одноосного нелинейного кристалла, из которого изготовлена плоскопараллельная пластинка, для лазерного излучения обыкновенной поляризации с длиной волны λ, n2 - показатель преломления одноосного нелинейного кристалла, из которого изготовлена плоскопараллельная пластинка, для лазерного излучения обыкновенной поляризации с длиной волны λ/2, а - толщина плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла.
Из системы уравнений (2) получаем:
Для определения величины продольной g и поперечной у сферических аберраций исследуемую оптическую систему освещают широким плоскопараллельным пучком лазерного излучения с известной длиной волны λ, в плоскости изображения устанавливают плоскопараллельную пластинку одноосного нелинейного кристалла толщиной а с известными значениями показателей преломления n1 и n2, устанавливают оптико-электронный датчик на заданном расстоянии L1 от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла, измеряют радиус r1 кружка рассеяния преобразованного по частоте излучения в плоскости оптико-электронного датчика, устанавливают оптико-электронный датчик от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла на заданном расстоянии L2 и измеряют радиус r2 кружка рассеяния преобразованного по частоте излучения в плоскости оптико-электронного датчика, подставляют полученные значения r1, r2, L1, L2 в (3), (4) и определяют g и у, после чего делают вывод о соответствии параметров объектива или линзы техническим требованиям и возможности его использования в той или иной оптической системе.
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».
Преимуществом изобретения является то, что в отличие от традиционных подходов, требующих для определения сферической аберрации подбора спектральной чувствительности оптико-электронного датчика, знания геометрических (уравнений поверхностей линз или в простейшем случае радиусов кривизны) и оптических (показателей преломления материала линз и др.) параметров объективов и линз, которые в ряде случаев могут быть неизвестны, изобретение позволяет определять величину сферической аберрации объективов и линз, зная только геометрические и оптические параметры (толщина плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла, показатели преломления одноосного нелинейного кристалла, из которого изготовлена плоскопараллельная пластинка) плоскопараллельной пластики одноосного нелинейного кристалла, радиус ri кружка рассеяния преобразованного по частоте излучения и расстояние Li от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла до оптико-электронного датчика.
Плоскопараллельная пластинка одноосного нелинейного кристалла может изготавливаться не только из кристалла ниобата лития, но и из других одноосных кристаллов, часть из которых приведена в таблице 1. Выбор материала плоскопараллельной пластинки зависит от длины волны лазерного излучения λ, которым освещается исследуемая оптическая система. В плоскопараллельной пластинке одноосного нелинейного кристалла излучение преобразуется по частоте в более коротковолновое излучение с длиной волны λ/2, которое регистрируют оптико-электронным датчиком.
Точность определения продольной g и поперечной у сферических аберраций повышается путем определения значений gi, yi и их усреднения при различных значениях расстояния L1i, L2i (i - количество пар измерений) от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла до оптико-электронного датчика.
Таким образом, изобретение позволяет повысить точность, снизить сложность определения сферической аберрации объективов и линз, в том числе в инфракрасной области спектра, при этом сохраняя скорость определения сферической аберрации.
Claims (1)
- Способ определения сферической аберрации объективов и линз, в котором освещают исследуемую оптическую систему и определяют сферическую аберрацию, отличающийся тем, что исследуемую оптическую систему освещают широким плоскопараллельным пучком лазерного излучения с известной длиной волны λ, затем сфокусированное излучение пропускают через плоскопараллельную пластинку одноосного нелинейного кристалла, например ниобата лития, установленную в плоскости изображения, при этом излучение в плоскопараллельной пластинке одноосного нелинейного кристалла преобразуется по частоте в более коротковолновое излучение с длиной волны λ/2, после чего это излучение передают на оптико-электронный датчик, который устанавливают в двух или более заданных значениях расстояния от выходной грани плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла, измеряют радиусы полученных кружков рассеяния при различных значениях расстояний между оптико-электронным датчиком и выходной гранью плоскопараллельной пластинки одноосного нелинейного кристалла и определяют сферическую аберрацию оптической системы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126124A RU2606781C1 (ru) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | Способ определения сферической аберрации объективов и линз |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126124A RU2606781C1 (ru) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | Способ определения сферической аберрации объективов и линз |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2606781C1 true RU2606781C1 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452784
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015126124A RU2606781C1 (ru) | 2015-06-30 | 2015-06-30 | Способ определения сферической аберрации объективов и линз |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2606781C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58223033A (ja) * | 1982-06-22 | 1983-12-24 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布型レンズの収差測定方法 |
RU99116918A (ru) * | 1999-08-03 | 2001-07-10 | Государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" | Способ исследования аберраций объективов и линз |
RU2295712C2 (ru) * | 2005-03-28 | 2007-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет | Способ определения коэффициентов сферической аберрации |
US8189435B2 (en) * | 2006-10-03 | 2012-05-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Spherical aberration detecting device and an optical pickup device including same |
-
2015
- 2015-06-30 RU RU2015126124A patent/RU2606781C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58223033A (ja) * | 1982-06-22 | 1983-12-24 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 屈折率分布型レンズの収差測定方法 |
RU99116918A (ru) * | 1999-08-03 | 2001-07-10 | Государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" | Способ исследования аберраций объективов и линз |
RU2295712C2 (ru) * | 2005-03-28 | 2007-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курский государственный технический университет | Способ определения коэффициентов сферической аберрации |
US8189435B2 (en) * | 2006-10-03 | 2012-05-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Spherical aberration detecting device and an optical pickup device including same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Илларионов А. И., Иванов М. С., Нелинейно-оптический метод измерения величины сферической аберрации германиевых линз в инфракрасной области спектра, Известия вузов, Приборостроение, N 1, т. 55, 2012, с. 68-73. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9958355B2 (en) | Apparatus and method for evaluation of optical elements | |
TWI486550B (zh) | 厚度線上即時檢測之光學干涉裝置及其方法 | |
US10393579B2 (en) | Miniature spectrometer and a spectroscopic method | |
CN108007582B (zh) | 一种基于瑞利布里渊散射激光波长检测的方法及装置 | |
CN104165758B (zh) | 基于斐索干涉仪的透镜焦距测量装置及方法 | |
KR20150146415A (ko) | 동적 광산란 측정 장치 및 동적 광산란 측정 방법 | |
Jan et al. | Optical interference system for simultaneously measuring refractive index and thickness of slim transparent plate | |
CN103884659B (zh) | 角分辨微纳光谱分析装置 | |
CN107782697A (zh) | 宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置 | |
JP6173188B2 (ja) | 被検光学素子の光学性能の測定装置、その測定装置を制御するプログラムおよび方法 | |
RU2606781C1 (ru) | Способ определения сферической аберрации объективов и линз | |
KR100453710B1 (ko) | 표면 측정장치 및 그 측정방법 | |
US20140139835A1 (en) | Measurement device of degree of cure | |
CN111397861B (zh) | 微型透镜检测系统及其检测方法 | |
RU2295712C2 (ru) | Способ определения коэффициентов сферической аберрации | |
RU2753627C1 (ru) | Способ определения волновых аберраций оптической системы | |
Nagdive et al. | Design and simulation of NIR spectrometer using Zemax | |
US12007579B2 (en) | Machine learning based regression of complex coefficients of a linear combination of spatial modes from multimode optical fiber | |
US20210133512A1 (en) | Machine learning based regression of complex coefficients of a linear combination of spatial modes from multimode optical fiber | |
RU2710976C1 (ru) | Устройство с разнесенными ветвями для измерения радиусов кривизн вогнутых оптических деталей | |
RU2705178C1 (ru) | Оптический спектрометр с волоконным входом для оптической когерентной томографии | |
SU868496A1 (ru) | Способ измерени флуктуаций угла прихода излучени | |
RU2673784C1 (ru) | Двухкомпонентный интерферометр общего пути | |
RU125691U1 (ru) | Интерферометр для контроля телескопических систем и объективов | |
RU2518844C1 (ru) | Интерферометр для контроля телескопических систем и объективов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180701 |