SU684367A1 - Устройство дл измерени оптической передаточной функции - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  контрол  качества оптических систем, волновые аберрац которых не превышают длины световых волн более,чем в 2-3 раза,например , микроскопов.

Известны устройства, содержащие испытуемую оптическую систему и два объекта, расположенные в сопр женных плоскост х, за одним из которых расположена фотоэлектрическа  измерительна  система. Один из объектов обладает малыми размерами в одном измерении, а другой объект обычно обладает периодическим пропусканием , т.е. представл ет собой решетку. При работе устройства производитс  сканирование одним из объектов изображени  другого в поперечном к решетке направлении, в результате чего фотоэлектрическа  система вырабатывает периодический сигнал, из которого электрическими узкополосными фильтрами выдел етс  гармоническа  составл юща  определенной частоты, измер етс  амплитуда этой составл ющей и измеренное значение отождествл етс  со значением модул  оптической передаточной

функции при определенном значении пространственной частоты. Дл  измерени  модул  оптической передаточной функции при другом значении необходимо предварительно произвести перенастройку устройства 1.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс -, устройство, содержащее узкий объект,

0 освещенный монохроматическим светом, испытуемую оптическую систему, поверхность , чувствительную к световому потоку, например фотокатод диссектора, установленную в плоскос5 ти, сопр женной с плоскостью объекта, котора  электронными пучками проектируетс  в плоскость пластинки со щелью ,, вьщел ющейс  из электронного изображени  узкую полоску, параллель0 ную изображению.

Поток электронов, пролетевших через щель, создает ток, который усиливаетс  и воздействует на измерительную схему. Сканирование изсбражени ,

5 получаемого с помощью испытуемой оптической системы, осуществл етс  разверткой электронных пучков в поперечнсм к изображению направлении. К полученному при сканировании сиг0 налу примен етс  преобразование Фурье, осуществл емое элект.)имески и результат воспроизводитс  на экр не осциллографа 2. Недостатком оптическог-о устройс  вл етс  его невысока  точность, т как изображатацие свойства электрон пучков плохо поддаютс  оценке, и низкое быстродействие, обусловленн сложностью схемы обработки сигнало поэтому частота развертки луча на экране осциллографа не превышает 10 Гц, что воспринимаетс  наблюдат лем как мигание, а не как ровное с чение, и приводит к его быстрому утомлению. Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повьоиение точности и быст действи  устройства. Эта цель достигаетс  тем, что в плоскости, сопр женной с плоскостью тест-объекта, неподвижно относител но изображени  тест-объекта устано лен непрозрачный экран со щел ми, параллельньл.1и изображению и расположенными друг от друга на рассто  равном где f - рассто ние межлу соседними щел ми ; Л - длина волны монохроматического света; cL- апертурный угол пучка лучей сход щегос  на экране, за которым расположена оптико-электрическа  система обработки сигналов, осущест вл юща  гармонический синтез оптической передаточной функции в виде набора произведений значений функции распределени  освещенности в точках, соответствующих щел м экрана, на гармоническую функцию, Распределение освещенности в изображении тест-объекта описывает с  функцией рассе ни  линии,  вл ющейс  обратным преобразованием Фурь от оптической передаточной Функции В силу того, что оптическа  передаточна  функци  тождественно равна нулю вне определенного конечного промежутка, значени  функции рассе ни  линии в точках, относ щих друг от друга на рассто нии 1, определ е мой формулой (1),  вл ютс  коэффициентами р да Фурье от оптической передаточной функции. Таким образом световые потоки, прешедшие через отдельные щели экрана, пропорциональны коэффициентам р да Фурье от оптической передаточной функции. Оптико-электрическа  систама обработки сигналов реализует частную сумму р да Фурье, суммиру  произведени  коэффициентов р да на гармони ческие функции синусоидального или косинусоидального вида. Умножение коэффициентов р да Фурье на гармонические функции дост гаетс  за счет того, что за или перед экраном в неп(х:редственной близости от него установлен оптический элемент с пропусканием, мен ющимс  вдоль щелей экрана по гармоническим законам с частотами, составл ющими арифметическую прогрессию. Кроме того , оптико-электрическа  система обработки сигналов содержит модул тор , установленный перед об1цим фотоприемником с возможностью вращени , ГУ: ь вращени  которого перпендикул рна направлению щелей экрана и расположена на рассто нии не меньше, чем 3t от ближайшей щели. Мсшул тор имеет р д радиальных щелей, расположенных под равным углом друг к другу. При вращении модул тора проекци  одной из его щелей на плоскость непрозрачного экрана проходит сразу вдоль всех щелей экрана. Таким образом, суммарный световой поток, прошедший через все щели непрозрачного экрана, через одну щель модул тора и через оптический элемент, пропорционален значению частной cyNBHH р да Фурье от оптической передаточной функции, поэтому ей же пропорционален и сигнал фотоэлектрического приемника. Расчеты показывают, что расположение оси вращени  на рассто нии не меньшем, чем 3f от ближайшей щели,  вл етс  необходим1 условием дл  достижени  приемлемой точности измерений. Вместо модул тора с фотоэлектрическим приемником устройство может содержать диссектор со щелью, перпендикул рной щел м экрана. В этом варианте вдоль щелей экрана перемещаетс  не щель модул тора, а электронное изображение щели диссектора, причем перемещение управл етс  электрически . Вместо оптического элемента с гармоническим пропусканием и сканирующего фотоприемного устройства оптико-электрическа  система обработки сигналов может содержать зеркальный цилиндр, установленный за непрозрачным экраном парзшлельно его щел м, и совокупность фотоэлектрических приемников, выходы которых соединены с аналоговыми умножител ми, подключенными через сумматор к осциллографу , Зеркальный цилиндр направл ет свет от каждой отдельной щели на один из фотоприемников, который вырабатывает посто нный сигнал, пропорциональный соответствующему коэффициенту р да Фурье от оптической передаточной функции. Этот сигнал, поданный на первый вход аналогового умножител , умножает.с  на синусоидальный сигнал, амплитуда которого одна и та же дл  всех аналоговых умножителей, а частота зависит от умножител , но кратна частоте развертки луча в осциллографе, поданной .

на лру1оП вход аналогового умножител а сумматор суммирует промодулнрованные сигналы. При модул ции посто нных сигналов синусоидальными сигналами реализуетс  мнима  часть оптической передаточной функции, а при модул ции косичусоидальными сигналами реализуетс  ее реальна  часть. Модулирующие сигналы можно получить из генератора развертки осциллографа с помощью узкополосных электрических фильтров, Фазосдвигаюишх элементов и усилителей.

На фиг.1 изображено устройство дл  измерени  оптической передаточной функции с, оптическим элементом переменного пропускани  и модул тором; на фиг,2 показано взаимное расположение непрозрачного экрана со щел ми, оптического элемента и модул тора; на фиг.З - графики пропускани  оптического элемента при измерении мнимой части оптической передаточной функции; на фиг.4 устройство дл  измерени  оптической передаточной функции с оптическим элементом переменного пропускани  и диссектором; на фиг. 5 устройство дл  измерени  оптической передаточной функции с несколькими фотоэлектрическими приемниками, аналоговыми умножител ми и сумматором.

Устройство с оптическим элементо переменного пропускани  и модул тором содержит монохроматический источник 1 света, осветительную систему 2, тест-объект 3 в виде линии, испытуемую оптическую систему 4, неподвижный относительно изображени  тест-объект экран 5 со щел ми 6, расположенными параллельно изображению , оптический элемент 7 с мен ющимс  вдоль щелей по гармоническ законам пропусканием, модул тор 8 с щел ми 9, собирающую линзу 10, фотоэлектрический приемник 11 и осциллограф 1 2 .

Источник 1 света с помощью осветительной системы 2 освещает объект 3, который изображаетс  испытуемой оптической системой 4 в плоскость нпрозрачного экрана 5, Вследствие дифракции и аберрации изображение перкрывает все щели 6. Свет, прошедший через щели 6, проходит далее через оптический элемент 7, модулирующий  ркость в продольном к щел м направлении . За оптическим элементом 7 расположен модул тор 8 в виде диска с прорез ми 9, проекции которых на плоскость непрозрачного экрана 5 пересекают сразу все щели 6. При этом световой поток, прошедший через систему: щели экрана-оптический элемент-щель модул тора, оказываетс  промодулированным по времени по гармоническому закону, а полный световой поток, прошедгиий через все щели экрана, мен етс  во времени спо закону, пропорциональному частно

сумме р да Фурье от оптической передаточной функции.

Этот световой поток направл етс  на фотоэлектрический приемник 11, соединенный с осциллографом 12, на экране которого воспроизводитс  осциллограмма частной, суммы р да Фурье. На фиг.З представлены графики пропускани  оптического элемента 7 в случае, когда число щелей равно семи и измер етс  мнима  часть оптической передаточной функиии. Функции пропускани  щелей могут быть выражены уравнени ми:

.i-d + sin)

(2)(крива 13),

l + Sin)

(3)(крива 1 4 ),

Т RX

(4){крива 15),

У j(l + sin

(5)(крива 16)/

У- о

y(l-sin

(6) (крива 

17), 18). ( 7) (крива  

(l-sin

37ГХ Т (l-sin ( 8) (крива  1У) ,

где X - текуща  координата вдоль щели ;

Т - длина щели;

У - пропускание светового потсзка ; iT - число, примерно равнс е 3,141L,92C5358979323846264.

Дл  измерёни  реальной части оптической передаточной функиии пропусклни   вдоль щелей должны мен тьс  по к синусо 1да .пьным законам.Вариант устройства с диссектором (фиг.4) содержит монохроматический источник 1 света, осветительную систему 2, тест-объект 3 в виде линии, испытуемую оптическую систему 4, непрозрачный экран 5 со щел ми 6, оптический элемент 7 с мен ющимс  вдоль щелей по гармоническим законам пропусканием, диссектор 20, имеющий устройство развертки изображени  21 и диафрагму 22 в виде щели, расположенную в плоскости электронного изображени , генератора напр жени  развертки 23 и осциллограф 12 .

Диафрагма 22 расположена перпендикул рно щел м 6, а устройство развертки 21 осуществл ет сканирование диафрагмой 22 электронного изображени , соответствующего оптическому

Claims (2)

1. изображению после экрана 5 и оптического элемента 7, в направлении вдоль щелей 6. На выходе диссектора 20 образуетс  сигнал, пропорциональный реальной или мнимой части, оптической передаточной фучкции, к;.-торый подаетс  на вход ocii;rnjioipaфа 12. Развертка луча в осциллографе 12 и развертка электронного изо-ражени  в диссекторе синхронизированы благодар  питанию от одного генератора 23. Вариант устройстпа с несколькими фотоэлектрическими прие мниками, ана логовыми умножител ми и суг.1матором (фи1.5) содержит монохроматически  источник 1 света, осветительную систему 2, тест-обьект 3 в виде линии, испытуемую оптическую систему 4, непрозрачный экран 5 со щел ми 6, зеркальный цилиндр 24, р д фотоэлектрических приемников 11, р д электрических уэкополосных фильтров 25, р д фаэосдвигающих элементов 26 р д усилителей 27, р д аналоговых умножителей 28, сумматор 29, генера тор 30 пилообразного напр жени  и осциллограф 12. Зеркальный цилиндр 24 направл ет свет от каждой из щелей 6 на один из фс гоэлектрических приемников 11, выходы которых соединены с первыми входами аналоговых умножителей 28, на вторые входы которыЕх подаютс  синусоидальные или косинусоидальные напр жени  одинаковой амплитуды, получающиес  из генератора 30 пилообразного напр жени  с помощью узко полосных фильтров 25, фазосдвигающих элементов 26 и усилителей 27. Узкополосные фильтры 25 настроены на частоты, кратные частоте развертки луча в осциллографе 12. Усилители 27 выравнивают амплиту ды выделенных гармонических составл ющих пилообразного сигнала, аналого вые умножители 28 осуществл ют моду л цию посто нных сигналов от фотоэлектрических приемников 11; промодулированные сигналы суммируют сумматорам 29, и суммарный сигнал подаетс  на вход осциллографа 12. Устройство обеспечивает высокую точность и скорость измерений, в силу чего оно может с успехом приме н тьс  дл  юстировки и контрол  оптических систем, в частности микроскопов и микрообъектов, непосредственно в цеховых услови х, причем оно позвол ет оценивать не только симметричные, аберрации, но также хроматизм увеличени  и другие. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  оптической передаточной функции, содержащее тест-объект в виде линии, освещаемой через оптическую систему монохроматическим светом, испытуему оптическую систему, фотоэлектрическую приемную систему и осциллограф, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и быстро действи , в плоскости, сопр женной с пло.:к остью тест-объекта, неподвижно относительно изображени  тестобъекта установлен непрозрачный экран со щел ми, параллельными изображению и расположенными друг от друга на рассто нии, равном 4 в 1 п oL где F - рассто ние Между соседними щел ми ; А- длина волны монохроматического света; сС- апертурный угол пучка лучей, сход щегос  на экране,за которым расположена оптико-злектрическа  система обработки сигналов, осуществл юща  гармонический синтез оптической передаточной функции в виде суммы набора произведений значений функции распределени  освещенности в точках, соответствующих щел м экрана, на гармоническую функцию. 2.Устройство по П.1, отличающеес  тем, что за или перед экраном установлен оптический элемент с пропусканием, мен ющимс  вдоль щелей экрана по гармоническим законам с частотами, составл ющими арифметическую прогрессию. 3.Устройство по пп. 1,2, о т личающеес  тем, что оптико-электрическа  система обработки сигналов содержит мацул тор, установленной перец общим фотоэлектрическим приемником с возможностью вращени , ось которого перпендикул рна направлению щелей экрана и расположена на рассто нии не меньшем , чем 3 от ближайшей щели. 4.Устройство по пп.1,2, о т .пичающеес   тем, что оптико-электрическа  система обработки сигналов содержит диссектор со щелью, перпендикул рной щел м экрана . 5.Устройство по П.1, отличающеес  тем, что оптикоэлектрическа  система обработки сигналов выполнена в виде зеркального цилиндра, направл ющего свет от каждой щели экрана на один из фотоэлектрических приемников, выходы которых соединены с аналоговьлми умножител ми , подключенными через сумматор к осциллографу. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании 970369, кл, Q 1 А,опублик. 1964.
2. 2.Патент Франции ( 2151262, кл. G 01 М 11/00,опублик.1973 (прототип

   П

   Фиг1

   Риг.2

   НоорВината доль щелей 1f Фиг Фиг

   lit

   79

   фиг. 5