CS237689B1

CS237689B1 - Interferometer for measuring afocal optical systems

Info

Publication number: CS237689B1
Application number: CS837239A
Authority: CS
Inventors: Jiri Krsek; Frantisek Rados
Original assignee: Jiri Krsek; Frantisek Rados
Priority date: 1983-10-04
Filing date: 1983-10-04
Publication date: 1985-09-17
Also published as: CS723983A1

Abstract

Podstatou interferometru je, že v ose svazku paprsků, z laseru je uspořádán o rovinné zrcadlo a v úhlu 45 0 otočný sektorově navrstvený planparalelní zrcadlový paprskový dělič, za nímž v ose měrného a srovnávacího svazku jsou za sebou umístěny mikroobjektiv, kruhová clona, kolimační objektiv, za kterým jsou v úhlu 45 0 umístěny, pro každý ze svazků, rovinné zrcadlo nebo dělicí deska, za níž v ose sloučených svazků paprsků je umístěno pozorovací zařízení, případně záznamové zařízení. Vynález je určen k měření afokálních optických soustav, například laserových interferometrů.The essence of the interferometer is that in the axis of the beam of rays from the laser, a plane mirror and a sector-stacked plane-parallel mirror beam splitter, rotatable at an angle of 45 0, are arranged, behind which, in the axis of the measuring and comparison beam, a micro-lens, a circular aperture, a collimating lens are placed one after the other, behind which, for each of the beams, a plane mirror or a dividing plate are placed at an angle of 45 0, behind which, in the axis of the merged beam of rays, an observation device or a recording device is placed. The invention is intended for measuring afocal optical systems, for example, laser interferometers.

Description

Vynález se týká zařízení pro interferenční měření aberačních vlastností, případně justáže afokálních optických soustav používaných pro transformaci laserových svazků paprsků a obecně použitelného i pro všechny teleskopické optické systémy.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for interferential measurement of aberration properties and / or adjustment of afocal optical systems used for transforming laser beams and generally applicable to all telescopic optical systems.

Dosud se justáž a kontrola nastavení afokálních soustav prováděla autokolimační metodou pomocí optických kolimátorů na ostrost a kvalitu zobrazení záměrných obrazců, případně při transformaci laserového svazku paprsků se kontroloval tvar průřezu svazku paprsků ve stanovených vzdálenostech. Tyto metody však nedovolují jednoznačně určit velikost vlnové aberace a interferenční kontrola afokálních optických soustav jako celku, prováděná pomocí klasických interferometrů, je v autokolimačním uspořádání, například podle Twyman-Greena, pro justáž velmi náročná a také je zatížena chybou odražené deformované vlnoplochy. Dále se i pro všechny známé interferenční měřící metody při vlastním testování afokálních optických soustav podstatně snižuje kontrast pozorovaného interferenčního obrazu.Up to now, adjustment and control of the settings of the afocal systems has been carried out by the autocollimation method using optical collimators for sharpness and image quality of intentional images, or when transforming the laser beam the shape of the cross-section of the beam was checked at specified distances. However, these methods do not allow unambiguous determination of the magnitude of wave aberration and interference control of the afocal optical systems as a whole, performed using classical interferometers, is very difficult for adjustment in the autocollimation arrangement, for example according to Twyman-Green, and also loaded with deflected deformed wavefront. Furthermore, even for all known interference measurement methods, the contrast of the observed interference image is substantially reduced in the actual testing of the afocal optical systems.

Tyto dosavadní nevýhody testování a justáže teleskopických optických soustav odstraňuje interferometr pro měření afokálních optických soustav, jehož podstatou je, že v ose svazku paprsků z laseru je uspořádáno rovinné zrcadlo a v úhlu 45° otočný sektorově navrstvený planparalelní zrcadlový paprskový dělič, za nímž v ose měrného a srovnávaného svazku jsou za sebou umístěny mikroobjektiv, kruhová clona a kolimační objektiv, za kterým jsou v úhlu 45° umístěny pro každýThese previous drawbacks of testing and adjusting telescopic optical systems are eliminated by an interferometer for measuring afocal optical systems, which is based on the fact that a plane mirror is arranged in the axis of the laser beam and a planar parallel mirror beam splitter at an angle of 45 °. and the comparison beam, a micro-lens, a circular aperture and a collimating lens are placed behind each other, behind which they are positioned at 45 ° for each

237 689237 689

- 3 ze svazku paprsků rovinné zrcadlo nebo dělicí deska, za níž v ose sloučených svazků paprsků je umístěno pozorovací zařízení, případně záznamové zařízení.- 3 of a beam of planar mirror or a dividing plate, behind which an observation device or a recording device is arranged in the axis of the merged beams.

Hlavní výhodou interferometru podle vynálezu je, že umož ňuje přímé odečítáni vlnové aberace afokálních optických soustav, z výškově protilehlých vlnoploch přímé určení aditivní přístrojové funkce před i po každém měření, otočným sektorově navrstveným planparalelním zrcadlovým paprskovým děličem programovatelné nastavení optimálních světelných poměrů tak, aby byl docílen maximální kontrast interferenčního obrazce pro různé velikosti zvětšení afokálních soustav.The main advantage of the interferometer according to the invention is that it allows direct reading of the wave aberration of the afocal optical systems from the opposite wavefronts by directly determining the additive instrumentation before and after each measurement, rotatable sector-layered planar parallel mirror beam splitter programmable adjustment of optimal light conditions to achieve maximum contrast pattern for different magnifications of afocal systems.

Vynález blíže objasní přiložené výkresy, kde na obr. 1 je schematicky naznačeno uspořádání optických prvků při určování aditivní přístrojové funkce a na obr. 2 optické uspořádání při vlastním měření afokální optické soustavy včetně schematicky zobrazených interferogramů.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically illustrates the arrangement of optical elements in determining an additive device function, and FIG. 2 illustrates the optical arrangement for the actual measurement of the afocal optical system including schematically displayed interferograms.

Interferometr na obr. 1 sestává z plynového laseru £, v jehož ose svazku paprsků je pod úhlem 45° umístěno rovinné zrcadlo £ s plně odrazovou vrstvou 21. kolem osy 0^ otočného sektorově navrstveného zrcadlového paprskového děliče J v pořadí funkčních ploch s polopropustnou vrstvou 32, plně odraznou vrstvou li a nepovrstvenou části rovinné plochy 33. krátkoohniskového mikroobjektivu £, kruhové clony £ prostorové filtrace, kolimačního objektivu 6, rovinného zrcadla X s plně odraznou vrstvou li» úhlově nastavitelné dělicí desky 8 s polopropustnou vrstvou 81. pozorovaného zařízení X a záznamového zařízení 10. Aditivní přístrojová funkce je schematicky znázorněna na interferogramů 11. Na obr. 2 je sektorově navrstvený zrcadlový paprskový dělič X pootočen kolem osy 0^ tak, že je ve funkčním pořadí část nepovrstvené rovinné plochy 33. plně odrazná vrstva 31 a polopropustná vrstva 32 a do měrného svazku paprsků m je vložena afokální optická soustava 12. např. s krátkoohniskovou rozptylkou 121 a spojným dubletem 122. Velikost vlnové aberace afokální soustavy je schematicky znázorněna na interferogramů 11.The interferometer in FIG. 1 consists of a gas laser 6, in which a plane reflector 21 with a fully reflective layer 21 is disposed at an angle of 45 [deg.] At a beam angle around the axis O of the rotatable sectoral layered mirror beam splitter. , a fully reflective layer 11 and an uncoated portion of the planar surface 33 of the short-focus micro-lens 6, the circular space filter 6, the collimation lens 6, the plane mirror X with the fully reflective layer 11 of the angularly adjustable separating plate 8 with the semipermeable layer 81 of the observed device X and the recording device The additive instrumentation function is shown schematically in the interferograms 11. In FIG. 2, the sector-layered mirror beam divider X is rotated about the axis 0 so that, in the functional order, part of the uncoated plane surface 33 is fully reflective layer 31 and semipermeable layer 32 and into a specific beam of rays m, an afocal optical system 12 is inserted, e.g. with a short focus 121 and a connected doublet 122. The magnitude of the wavelength aberration of the afocal system is shown schematically on interferograms 11.

Z průhybu ůy_Q a rozteče y_Q interferenčních proužkůFrom the deflection Uy _Q y _Q and spacing of the interference fringes

237 689 interferogramu 11 podle obr. 1 se vyhodnotí velikost aditivní přístrojové funkce dle vztahu W_Q = · λ e z průhybu fay a rozteče y interferenčních proužků interferogramu 11 podle’* obr. 2 se vyhodnotí vlastní vlnové aberace afokální optické soustavy dle vztahu237 689 of interferogram 11 according to Fig. 1, the magnitude of the additive instrumentation is evaluated according to the relation W _Q = λ without deflection fay and the spacing y of the interference strips of interferogram 11 according to Fig. 2.

W = A2 . x - w₀ , kde λ značí vlnovou délku použitého světelného záření.W = A2. x - w ₀ , where λ denotes the wavelength of the light radiation used.

Z funkčního principu jednonásobného chodu paprsků afokální optickou soustavou je interferenční měření celkové vlnové aberace založeno na interferenci dvou výškově protilehlých kolimovaných svazků paprsků, přičemž do jednoho z nich je při vlastním měření vložena testovaná optická afokální soustava 12. Aby byly zachovány stejné intenzitní poměry na výstupu interferometru při kontrole přístrojové funkce i při vlastním měření, umožňuje programovatelně otočný sektorově povrstvený planparalelní zrcadlový paprskový dělič J intenzitní rovnováhu nebo amplitudové potlačení srovnávacího svazku paprsků £ a preferenci měrného svazku paprsků m, do kterého je vložena testovací afokální optická soustavaZ Z· průběhu aberace volného interferenčního pole se určí přístrojová aditivní funkce, která zatěžuje interferenční pole při vlastním měření afokálních optických soustav. Při dobré stabilitě interferometru je tato vlnová aberace konstantní a je ji možné při vyhodnocování vlastních interferogramů testovaných afokálních soustav odečíst a po každém vyjmutí měřených soustav znovu zkontrolovat.From the functional principle of single-beam rays of the afocal optical system, the interference measurement of total wave aberration is based on the interference of two opposing collimated beams of beams, one of which is loaded with the tested optical afocal system 12 in order to maintain the same intensities at the interferometer output. When checking the instrument function and during the measurement itself, the programmable rotatable sector-coated planar parallel mirror beam splitter J allows for intensive equilibrium or amplitude suppression of the reference beam and the preference of the specific beam of beam m into which the test apocalypse Z is inserted. The instrument additive function, which loads the interference field during the measurement of the afocal optical systems, is determined. With good stability of the interferometer, this wave aberration is constant and can be read when evaluating the actual interferograms of the tested focal systems and checked again after each removal of the measured systems.

Úzký svazek paprsků o poloměru základního modu w^, vycházející z plynového laseru J.,dopadá po odrazu na plně odrazné vrstvě 21 rovinného zrcadla 2 na otočný planparalelní zrcadlový paprskový dělič jehož přední plocha je sektorově navrstvena polopropustnou dielektrickou vrstvou 32 a zadní plocha děliče J je opatřena plnou odraznou vrstvou 31. Paprskový dělič J rozdělí svazek paprsků z laseru J_ vlivem odrazu na obou plochách buá na dva svazky m, £ o stejné intenzitě anebo programovatelně tak, aby podle zvětšení afokálních systémů byl preferován měrný svazek m a na výstupu interferometruA narrow beam of basic mode radius w1, emanating from the gas laser 1, impinges upon reflection on the fully reflective layer 21 of the planar mirror 2 onto a rotatable planar parallel mirror beam splitter whose front surface is sectorally superimposed by a semipermeable dielectric layer 32 and The beam splitter J divides the beam of laser beams by reflection on both surfaces into two beams m, 6 of the same intensity or programmably, so that the measurement beam m at the output of the interferometer is preferred according to the enlargement of the focal systems.

- 5 237 689 byla intenzitní rovnováha zaručující maximální kontrast interferenčního pole. Vzájemně rovnoběžné svazky paprsků, měrný svazek m a srovnávací svazek £, jsou soustředěny mikroobjektivem 4 do kruhové clony 5 umístěné v ohniskové rovině hlavního —- £ kolimačního objektivu <S, Z kolimačního objektivu-vycházejí oba kolimované svazky m, £ rovnoběžně s optickou osou Og, srovnávací svazek s. je odkloněn rovinným zrcadlem 2 do společného prostoru měrného svazku m, kde za dělicí deskou 8 dochází k interferenci a vytvoření interferenčního pole pro pozorování i záznam. Do energeticky zvýhodněného svazku paprsků se umístí kontrolovaná afokální optické soustava. Justáží měřené afokální optické soustavy a náklonem rovinného zrcadla i koncového systému interferometru se nastaví minimální vlnová aberace interferujících svazků ms paprsků nebo systém interferenčních proužků, z jejichž prohnutí lze po odečtení přístrojové aditivní aberační funkce vyhodnotit vlnovou aberaci měřené afokální optické soustavy.5,237,689 was an intensity equilibrium guaranteeing maximum contrast field interference. The mutually parallel beams, the measuring beam m and the comparing beam 6, are concentrated by a micro-lens 4 into a circular aperture 5 located in the focal plane of the main collimating lens 5, from the collimating lens both the collimating beams m parallel to the optical axis Og. the comparative beam s is deflected by the plane mirror 2 into the common space of the specific beam m, where, behind the dividing plate 8, interference occurs and an interference field is created for observation and recording. A controlled afocal optical system is placed in the energy-preferred beam. Adjusting the measured afocal optical system and tilting the plane mirror and terminal system of the interferometer sets the minimum wavelength aberration of interfering ms beams or the system of interference strips, from which the wave aberration of the measured afocal optical system can be evaluated after subtracting the instrument additive aberration function.

Svým uspořádáním se dá popisovaný interferometr instalovat na optické lavici a při kontrole afokálních a jim podobných optických soustav dává velmi rychlé a dobré výsledky.By its arrangement, the described interferometer can be installed on an optical bench and gives very fast and good results when checking afocal and similar optical systems.

Vynález je určen k interferenčnímu měření afokálních optických soustav, například laserových interferometrů.The invention is intended for interference measurement of afocal optical systems, for example laser interferometers.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Interferometer for measurement of afocal optical systems, characterized in that a plane mirror (2) is arranged in the axis of the laser beam (1) and a planar parallel mirror beam divider (3) is rotatable at an angle of 45 ° behind it of the beam (m, s) are placed in succession a micro-lens (4), a circular aperture (5), a collimating lens (6) behind which they are placed at an angle of 45 °, for each beam (m, s) 7) or a dividing plate (8), after which an observation device (9) or a recording device (10) is arranged in the axis of the merged beams (n ^ s).