SU1379626A1 - Method of checking aspherical surfaces - Google Patents

Method of checking aspherical surfaces Download PDF

Info

Publication number
SU1379626A1
SU1379626A1 SU864165514A SU4165514A SU1379626A1 SU 1379626 A1 SU1379626 A1 SU 1379626A1 SU 864165514 A SU864165514 A SU 864165514A SU 4165514 A SU4165514 A SU 4165514A SU 1379626 A1 SU1379626 A1 SU 1379626A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
optical radiation
wave
electrical signal
aspherical
zone
Prior art date
Application number
SU864165514A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алла Дмитриевна Седова
Юрий Васильевич Сальников
Юрий Кириллович Грузевич
Original Assignee
МВТУ им.Н.Э.Баумана
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by МВТУ им.Н.Э.Баумана filed Critical МВТУ им.Н.Э.Баумана
Priority to SU864165514A priority Critical patent/SU1379626A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1379626A1 publication Critical patent/SU1379626A1/en

Links

Landscapes

  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности контрол  асферических оптических поверхностей за счет выделени  первой гармоники огибающей монохроматической световой волны, отраженной от поверхности , котора  синусоидально промоду- лирована в фокальной плоскости контролируемой поверхности. Фаза огибающей волны определ етс  углом нормали к оптической поверхности. В устройстве , реализующем способ, плоска  волна формируетс  при помощи источника 1 излучени , расширител  2 монохроматического излучени  и диафрагмы 3. Посредством зеркала 4 и призмы 5 световой пучок попадает на зону k, i контролируемой поверхности 7. Отраженна  светова  волна синусоидально модулируетс  в фокальной плоскости при помощи модул тора 8 анализатора изображени , ось вращени  которого смещена относительно фокуса поверхности 7. Фаза огибающей оптического сигнала, несуща  информацию об угле отклонени  от нормали заданной поверхности , выдел етс  путем обработки электрического сигнала. 1 ил. слThis invention relates to instrumentation technology. The purpose of the invention is to improve the accuracy of control of aspherical optical surfaces due to the selection of the first harmonic of the envelope of a monochromatic light wave reflected from the surface, which is modulated sinusoidally in the focal plane of the test surface. The phase of the wave envelope is determined by the angle normal to the optical surface. In a device implementing the method, a plane wave is formed using a radiation source 1, a monochromatic radiation expander 2 and a diaphragm 3. Through a mirror 4 and a prism 5, the light beam hits the zone k, i of the surface 7. The reflected light wave is sinusoidally modulated in the focal plane with assistance of the image analyzer modulator 8, the axis of rotation of which is offset relative to the focus of the surface 7. The envelope phase of the optical signal carrying information about the angle of deviation from the normal given by surface is extracted by processing an electrical signal. 1 il. cl

Description

со with

соwith

С5C5

toto

О5O5

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть исппль онано при контроле асферичес- чик оптических поверхностей при изго- 1овлении линз и зеркал с асферическими поверхност ми в оптическом приборостроении .The invention relates to instrumentation technology and can be used in the control of aspherical optical surfaces during the manufacture of lenses and mirrors with aspheric surfaces in optical instrumentation.

Цепт, изобретени  - повышение точности контрол  асферических оптических поверхностей за счет выделени  первой гармоники огибающей монохрома- Ическо световой волны, отраженной .п поверхности, котора  синусоидаль- 1,0 промодулирована в фокальной плос- гссстн контролируемой поверхности.The chain of the invention is an increase in the accuracy of control of aspherical optical surfaces due to the selection of the first harmonic of the monochromatic envelope of the light wave reflected by the surface, which is sinusoidal- 1.0 modulated in the focal plane surface of the controlled surface.

На ертсже припе епа блок-схема V Г: груйстт а, реализующего способ.At the market, the flowchart VG: a trainer that implements the method.

VV

стройство содержит источник 1device contains source 1

; ч-люхром тического излучени  (лазер) : - С11 иритель 2 монохроматического из- /чепи , формирующую диафрагму 3, 1 пк,1ло А, призму 5, закрепленную на ислвлжном блоке 6 сканировани  конт- рол1 руеыо1 поверхности 7, модул тор .iip.i.nH iTopa изображени  (МАИ), ; ijnei-aiH:; излучени  (ПИ) 9 основного лаи,-;л , усилитель 10, источник 11 |Я j riinec ь firo 1з:тучени  опорного ка- ,, гри. 12 излучени  опорного ;jH,T;ia, Л- Я- о В ратЯ-гепъ 13, фазовый де i-екгор 14, д,атчик 15 линейных пере- ещепий, микропроцессор (МП) 16 и и:стему 17 индикации.; lchromic radiation (laser): - C11 oritel 2 monochromatic ish / chip, forming a diaphragm 3, 1 pc, 1 A, a prism 5, mounted on the scanning unit 6 of the control 1 rueyo1 surface 7, modulator .iip. i.nH iTopa images (MAI),; ijnei-aiH :; radiation (PI) 9 of the main beam, -; l, amplifier 10, source 11 | I j riinec firo 1 3: support center beam, gri. 12 radiation reference; jH, T; ia, L-I-O B paray-hep 13, phase de i-egor 14, d, atchik 15 linear transceivers, microprocessor (MP) 16 and and: display 17.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Излуче {ие лазера 1 , сформированное расширителем 2 и диафрагмой 3, Мправл етс  посредством зеркала А и -1рт1змы 5 параллельно оптической оси оптической поверхности 7. После от- тсужени  от контролируемой зоны поверхности 7 в меридианальном сечении излучение попадает на МАИ 8, установленный в фокальной плоскости контролируемой поверхности 7, Если в контролируемой зоне отсутствуют погреш- -кости формы, то изображение диафраг- ihi 3 совпадает с фокусом поверхности 7„ Если имеютс  погрешности формы, задаваемые отклонением нормали Л (/ The radiation of the laser 1, formed by the expander 2 and the diaphragm 3, is directed by means of the mirror A and -1 rm1 5 parallel to the optical axis of the optical surface 7. After the surface 7 is diverged from the controlled zone 7 in the meridional section, the radiation is placed on the MAI 8 installed in the focal the plane of the test surface 7, If there are no shape errors in the test zone, the image of the diaphragm ihi 3 coincides with the focus of the surface 7 "If there are shape errors, given by the deviation of the normal L (/

то изображение диафрагмы 3 смещеноthen the image of the diaphragm 3 is shifted

относительно фокуса на величину р relative to focus on p

При зтом центр вращени  MAIi смещен относительно оптической оси вдоль ос Ох на,величину Ь. Измерение величины u(f дл  каждой зоны (k,i) в устройстве осуществл етс  следующим обра- зo. Отраженное от зоны поверхностиIn this case, the center of rotation MAIi is shifted relative to the optical axis along axis Oxa, the value of b. The measurement of the value of u (f for each zone (k, i) in the device is as follows. Reflected from the surface zone

7 оптическое излучение после МАИ 8 попадает на ПИ 9, электрический сигнал с которого усиливаетс  и подаетс  на первый вход 4 азового детектора 1А. Одновременно формируетс  опорный сигнал оптронной парой, состо щей из источника 11 излучени  и приемника 12 излучени . Электрический7, the optical radiation after MAI 8 falls on PI 9, the electrical signal from which is amplified and fed to the first input 4 of the Azov detector 1A. At the same time, a reference signal is formed by an optocoupler consisting of a radiation source 11 and a radiation receiver 12. Electric

опорный сигнал через усилитель 10 и фазовращатель 13 подаетс  на второй вход фазового детектора 14. Сиг- гал с последнего и сигнал с датчика 15 линейных перемещений, задающегоthe reference signal through the amplifier 10 and the phase shifter 13 is fed to the second input of the phase detector 14. The siggal from the latter and the signal from the sensor 15 linear displacements defining

контролируемую зону поверхности, поступают на МП 16 одновременно. После обработки информации на МП 16 по приведенному алгоритму результаты контрол  выдаютс  на систему 17 индикацииcontrolled surface area, arrive at MP 16 at the same time. After processing the information on MP 16 according to the above algorithm, the control results are displayed on the display system 17

или на лрограь(мно-командный блок . станка, если при доводке асферической поверхности используетс  АСУ ТП.or on the latency (multi-command block of the machine, if the automated process control system is used in the development of the aspherical surface).

5five

5five

Зависимость выходного сигнала с ПИ 9 основного канала при наличии погрешности формы у контролируемой асферической поверхности 7. Дл  упрощени  анализа считают, что контролируема  поверхность 7  вл етс  дифрак- 0 ционно ограниченной оптической системой квадратной формы со стороной D, а источник монохроматического излучени  состоит из лазера 1, расширител  2 и диафрагмы 3 квадратной формы со стороной 2а. Анализ изображени  диафрагмы 3 производитс  в плоскости Гаусса ( Ур), где располагаетс  МАИ 8, представл ющий собой вращающийс  с посто нной угловой скоростью Я секторньй растриз набора прозрачных и непрозрачных секторов, пространственный период которого 1ц,, а его коэффициент пропускани  описываетс  функцией А л,о„ (х,,Ур). При этом центр растра смещен в поперечном направлении вдоль оси Ох на величину Ь. Дл  преобразовани  энергии отраженного от контролируемой поверхности 7 оптического излучени  в электрическую после МАИ 8 помещен ПИ 9, центр чувствительной площадки которого совпадает с фокусом F контролируемой поверхности. Чувствительность квадратной площадки ПИ 9 со стороной 2с описьгааетс  функциейThe dependence of the output signal from PI 9 of the main channel in the presence of a shape error at the monitored aspherical surface 7. To simplify the analysis, it is considered that the monitored surface 7 is a square-shaped diffraction-limited optical system with a side D, and the monochromatic radiation source 1 , dilator 2 and diaphragm 3 of square shape with side 2a. Image analysis of the diaphragm 3 is carried out in the Gauss plane (UE), where MAI 8 is located, which is rotating at a constant angular velocity. I segmented rastriz of a set of transparent and opaque sectors, the spatial period of which is 1 m, and its transmittance is described by the function Al, about „(x ,, Ur). In this case, the center of the raster is shifted in the transverse direction along the Ox axis by the magnitude b. In order to convert the energy of the optical radiation reflected from the test surface 7 into the electric one, the PI 9 is placed after the MAI 8, the center of the sensitive area of which coincides with the focus F of the test surface. The sensitivity of the square PI 9 with 2c side is described by the function

00

5five

00

5five

Н„ц(Хр,(|), а свойства ПИ 9 определ ютс  величиной чувствительности SMOKC и характеристикой 8(/1) , а инерционные свойства ПИ 9 характеризуютс  его частотной характеристикой И ( V) .Hlc (Xp, (|), and the properties of PI 9 are determined by the sensitivity of SMOKC and characteristic 8 (/ 1), and the inertial properties of PI 9 are characterized by its frequency response And (V).

Дел т входной зрачок контролируемой поверхности на М -- равныхDivide the entrance pupil of the test surface by M equal to

/- ст./ - Art.

частей вдоль осей , и наход т выражение дл  сигнала с ПИ 9 (Jni/ (t) при исследовании поверхности 7 плоским когерентным волновым фронтом. Считают, что на исследуемую зону (k,i) квадратной формы падает плоска  когерентна  волна с амплитудой UQparts along the axes, and find the expression for the signal with PI 9 (Jni / (t) when examining the surface 7 with a flat coherent wave front.) A flat coherent wave with an amplitude UQ is considered to be square in area (k, i)

k,k,

,x-ka, x-ka

, (х,у) U,rect(, (x, y) U, rect (

Й.Y.

где k 1,...,N;where k 1, ..., N;

i 1,2,...,N.i 1,2, ..., N.

Если предположить линейность устройства , спектр сигнала дл  каждой зоны (k,i) на выходе ПИ 9 определ етс  выражениемIf we assume the linearity of the device, the signal spectrum for each zone (k, i) at the output of PI 9 is determined by the expression

HnH(fc,Vv,t) и, (Ч. ,Vv)hl H-0,, V,) .HnH (fc, Vv, t) and, (Ch, Vv) hl H-0 ,, V,).

-Н„аи(/,-. ,t)ri, (V,,),),-N „au (/, -., T) ri, (V ,,),),

гле Г1„аЛ 1,, ,t)F((t) , Gl G1 „AL 1 ,,, t) F ((t),

10ten

5 five

2 (2 (

передаточна  функци  8;transfer function 8;

Нпи(-0, ,v) передаточна  функци  ПИ 9;Npi (-0, v) transfer function PI 9;

О (%,, лЦ) - спектр изображени  диафрагмы 3;O (%, vC) is the image spectrum of aperture 3;

h g зональна  когерентна  передаточна  функци  контролируемой поверхности 7 при наличии волновой абберации 1 ( f }, обусловленной погрешностью формы (f - фокусное рассто ние контролируемой поверхности 7; Л - длина волны зондирующего оптического излучени ),h g is the zonal coherent transfer function of the test surface 7 in the presence of wave aberration 1 (f} due to the shape error (f is the focal distance of the test surface 7; Л is the wavelength of the probing optical radiation),

V.iV.i

Выражение дл  h (), , ,,) при наличии гтогреш шсти формы поверхности, привод щей к смещению изображени  ди- афрлгмы 3 в плоскости Гаусса Expression for h (),, ,,) in the presence of a horizontal pattern of surface shape leading to a displacement of the image of diffraction array 3 in the Gaussian plane

вдоль оси Xalong the x axis

на величинуby value

k.ik.i

и X and X

ИAND

на величину ii уby the value of ii y

имеет видhas the appearance

V,iV, i

(3)(3)

(-.f (-.f

- Л f х1- L f x1

1 п; И1 p; AND

О при остальны.Oh with the rest.

( - Ий X ),(- Ii X),

;, - , + ;, -, +

i 1,2,,..,N - номер контролиру- емого меридианального сечени .i 1,2 ,, .., N is the number of the controlled meridian section.

Погрешность формы асферических поверхностей задаетс  углом отклонени  нормали к реальному профилю отThe error in the shape of the aspherical surfaces is given by the angle of deviation of the normal to the real profile from

нормали к геометрически заданноьгу , При этом ду р О, Тогда дл  асферических поверхностей, меридша- нальные сечени  которых описываютс  уравнени ми Z(x,y), можно получить выражение, устанавливающее однозначную часть между axV и /иг а, 2Normally to the geometrically given, At the same time, dp O, Then for aspherical surfaces, the meridian sections of which are described by the equations Z (x, y), we can obtain an expression that establishes a unique part between axV and

- 1 (4)- 14)

(ka-) tg 2arctR l/z (ka-| ,у j)+2   (ka-) tg 2arctR l / z (ka- |, y) +2

tg 2arctg- l/z (ka-|, у,))tg 2arctg- l / z (ka- |, y,))

Подставл   в (2) выражени  дл  передаточных функций отдельных каскадов преобразовани  зондирующего оптического сигнала и выражение зональной когерентной передаточной функции контролируемой повесхностиSubstitute in (2) the expressions for the transfer functions of the individual cascades of the conversion of the probing optical signal and the expression of the zonal coherent transfer function of the controlled surface

.N.N

O. l V),O. l V),

при наличии у нее погрешности формы, задаваемой величиной угла отклонени  от нормали дл  каждой зоны i; ,и, вычисл   обратное преобразование Фурье от полученного спектра, получают выражение дл  сигнала на выходе ПИ 9 в видеif it has an error in the form specified by the angle of deviation from the normal for each zone i; , and, calculating the inverse Fourier transform of the obtained spectrum, get the expression for the signal at the output of PI 9 in the form

4040

4545

5050

а but

и„; (t)A B+ECOS v,t+(ka-f) L TX I and"; (t) A B + ECOS v, t + (ka-f) L TX I

tg(2arctg l/z (ka-|,y,)+247 j tg 2arctg l/z (ka-|, у,)) itg (2arctg l / z (ka- |, y,) + 247 j tg 2arctg l / z (ka- |, y,)) i

где A 8a UoSMtfKC S(A)(,TH C;where A 8a UoSMtfKC S (A) (, TH C;

B § SLnC4-- );B § SLnC4--);

- n- n

T« , ,,,/2fia. . . E sinC4-;:;-)sinC(---); z II 1 X 1 X T “,, ,,, / 2fia. . . E sinC4 - ;: ;-) sinC (---); z II 1 X 1 X

V. bS),V. bS),

(5)(five)

Анализ (5) показывает, что информаци  о погрешности формы каждой содержитс  в фазе первой гармоники сигнала, снимаемого с ПИ 9,Analysis (5) shows that the information on the error shape of each is contained in the phase of the first harmonic of the signal taken from PI 9,

Таким образом, дл  каждой зоны контролируемой поверхности фаза первой гармоники сигнала с ПИ 9 Ф . определ ет величину отклонени  от нормали и I/ , проведенной в центр контролируемой зоны.Thus, for each zone of the monitored surface, the phase of the first harmonic of the signal with PI 9 F. determines the amount of deviation from the normal and I /, conducted to the center of the controlled area.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ контрол  асферических поверхностей , заключающийс  в формировании плоской монохроматической волны оптического излучени , дискретном сканировании зоны меридиальных сечений асферической поверхности, преобразовании отраженного потока оптического излучени  в электрический сигнал, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности конт10The method of controlling aspherical surfaces, which consists in forming a flat monochromatic wave of optical radiation, discretely scanning the area of the meridian sections of the aspherical surface, converting the reflected flux of optical radiation into an electrical signal, characterized in that Ф,, (ka - f)F ,, (ka - f) рол , одновременно формируют опорный поток оптического излучени , синусоидально модулируют в фокальной плоскости асферической поверхности отраженный и опорный потоки оптического излучени , преобразуют модулированные потоки оптического излучени  в основной и опорный электрические сигналы соответственно, определ ют разность фаз первой гармоники основного электрического сигнала и опорного электрического сигнала Ф(, , вычисл ют дл  каждой зоны (k,i) погрешность формы в виде угла отклонени  от нормали к асферической поверхности Л. при помощи соотношени  IRolling, simultaneously forming the reference optical radiation flux, modulating the reflected and reference optical radiation streams sinusoidally in the focal plane of the aspherical surface, converting the modulated optical radiation fluxes into the primary and reference electrical signals, respectively, determining the phase difference between the first harmonic of the primary electrical signal and the reference electrical signal F (,, calculate for each zone (k, i) the shape error in the form of a deviation angle from the normal to the aspherical surface L. p and assist ratio I tgf 2arctp l/z (ka - |, у.) tgf 2arctp l / z (ka - |, y.) 1515 tp(2arct l/z (ka -|; у. )jtp (2arct l / z (ka - |; y.) j - 1- one де k 1,2,...,N i 1,2,...,N номер контролируемой зоны в меридианальном сечении поверхности;de k 1,2, ..., N i 1,2, ..., N is the number of the controlled zone in the meridional section of the surface; номер контролируемого мериди- анального сечени  поверхностиnumber of controlled meridian-anal section of the surface -1;-one; - 1- one 5five D а 0D a 0 z(x,y) апертура контролируемой поверхности;z (x, y) aperture of the test surface; апертура основной плоской волны оптического излучени ;the aperture of the main plane wave optical radiation; уравнени  кривых меридианальных сечений контролируемой поверхности .equations of the meridian sections of the test surface.
SU864165514A 1986-12-22 1986-12-22 Method of checking aspherical surfaces SU1379626A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864165514A SU1379626A1 (en) 1986-12-22 1986-12-22 Method of checking aspherical surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864165514A SU1379626A1 (en) 1986-12-22 1986-12-22 Method of checking aspherical surfaces

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1379626A1 true SU1379626A1 (en) 1988-03-07

Family

ID=21274467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU864165514A SU1379626A1 (en) 1986-12-22 1986-12-22 Method of checking aspherical surfaces

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1379626A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Optics, 1978, v.17, (С 2, p.3284-3289. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4660980A (en) Apparatus for measuring thickness of object transparent to light utilizing interferometric method
CN100573080C (en) Hartmann wavefront sensor for realizing alignment function by using light splitting device and detection method thereof
CN102879110B (en) Adaptive optical system based on modulation and non-modulation combined pyramid wave-front sensor
EP0165173A2 (en) Device for analyzing and correcting wavefront surfaces in real time using a polarization interferometer
SU958854A1 (en) Device for simultaneous measurement of misalgnment and direction
JPH01503330A (en) Compact continuous wave wavefront sensor
SU1379626A1 (en) Method of checking aspherical surfaces
CN112504164A (en) Measuring device and method capable of dynamically measuring surface shape of planar optical element
JPS6432105A (en) Angle deviation measuring instrument for flat plate member
CN100573081C (en) Hartmann wavefront sensor with passive alignment function and detection method thereof
US4808807A (en) Optical focus sensor system
JPH0238808A (en) Photosensor
SU1742663A1 (en) Device for measuring quality of images of objectives
SU1091076A1 (en) Optical doppler meter of reynolds stresses in liquid or gas flow
RU2242715C1 (en) Method of measuring precision of protractor
SU1571458A1 (en) Method and apparatus for automatic determination of focus of optical system
JPH084564Y2 (en) Optical displacement measuring instrument
CN107783379B (en) Compensation method for measurement information
SU1497520A1 (en) Method of determining structural characteristic of atmosphereъs refraction index
RU1830477C (en) Method of lens centralization control and device to carry it out
SU1186942A1 (en) Arrangement for contactless measurement of polished surface profile
RU2055309C1 (en) Device for measuring oscillations of object
US3510668A (en) Goniometer with reference light source for compensating for inaccuracies in reticle
SU1716360A1 (en) Device for measuring spectral transmittance of objective
JPS61133813A (en) Surface shape measuring apparatus