Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
Важность полевой линзы в устройстве Оффнера очевидна из рассмотрения компенсатора для контроля параболоида диаметром 1 м с f/4, использующего плосковыпуклые линзы с р= 1,52. Сначала1 из условия получения необходимого угла сходимости обратно-отраженного волнового фронта выбираем величину т. При угле сходимости //12 т = —0,6667. Затем из уравнения (14.2) и с учетом необходимости компенсации аберрации нормалей третьего порядка находим, что фокусное расстояние линзы равно 20,9115 см, так как K =— 1 и R = 800 см. Сопряженные отрезки для т = —0,6667 равны: / = —52,2772 и /' = —34,8532 см. Обратноотражающая система, образованная источником света, помещенным на дальнем сопряженном отрезке линзы, и параболическим зеркалом с центром кривизны на коротком отрезке, скорректирована на сферическую аберрацию третьего порядка, но имеет поперечную сферическую .аберрацию пятого порядка, равную —0,0205 см. Средняя квадра-
(1 — тУ-
(,X-I) =
(За -н- l)m(l — т) , (За + 2) wfi
(14.2)
351' тическая погрешность обратноотраженного волнового фронта составит при этом 0,23/. для Л = 632,8 нм.
Полевая линза с фокусным расстоянием 33,3976 см в центре кривизны параболоида образует изображение компенсирующей линзы па контролируемом зеркале; аберрация пятого порядка в этом случае меняет знак на противоположный и становится равной + 0,0207 мм, а погрешность волнового фронта слегка увеличивается до 0,26?i. Расчеты показывают, что фокусное расстояние полевой линзы, при котором имеет место минимальная сферическая аберрация высшего порядка, равно 66,8900 см; средняя квадратическая погрешность обратноотраженного волнового фронта при этом уменьшается до 0,0003л — величины, значительно меньшей той, которая может быть измерена. Диаметр компенсирующей линзы в этом случае равен 1/20 диаметра параболоида с //4.
Уравнение (14.2) построено на предположении, что сферическая поверхность плосковыпуклой полевой линзы находится в центре кривизны параболоида. Иногда удобнее немного сместить линзу из центра; тогда она будет вносить дополнительное увеличение rrij и условие компенсации аберрации третьего порядка примет вид
KR — ,и-(1 — «)2 . (За -L 1) т{\ — т) , (З|л + 2)ОТ2
--— = (I-OT)2--P------
f inj (,и—I)3 1) ,U
(14.3)
где Wi = mf т.
Как и компенсатор Росса, обратноотражающее устройство Оффнера свободно от комы, и коррекция волнового фронта осуще-' ствима для внеосевого источника.
Высокая степень стигматизма, получаемая при использовании компенсатора Оффнера, обеспечила ему применение для количественной оценки формы поверхности вогнутых асферических зеркал с большой апертурой. С этой целью обратноотраженный волновой фронт сравнивают с эталонной сферой интерферометра сферической волны [13]. Для обеспечения максимальной точности измерений следует использовать интерферометр с многократным прохождением лучей, в котором контролируемый фронт и эталонная сфера оптически сопряжены [7]. Погрешность аттестации отдельных точек волны составляет при этом 0,003/. (частотное сообщение).
14.3.2. Отражающие компенсаторы Оффнера
Недостатком компенсатора Оффнера (см. рис. 14.6) является трудность измерения изменений показателя преломления компенсирующего элемента с необходимой степенью точности. В описанном' примере [15] толщина компенсирующей линзы диаметром 4,5 см составляла 1,05 см; средняя разность показателя преломления, равная 3-Ю-7 вдоль пути двух лучей, проходящих эту линзу дважды, приводит к разности оптического хода Я/100 при л = 632,8 нм. Для асферических зеркал с большими апертурой и светосилой
352' требуются большие диаметры и толщины компенсирующих линз,, в которых даже меньшие разности показателей преломления приводят к указанным погрешностям оптического хода; их изготовление и аттестация даже с такой степенью точности по оптической однородности на сегодня невозможны.
Решить эти проблемы можно, заменив сферические зеркала плосковыпуклыми преломляющими компенсирующими элементами (см. рис. 14.6), форму поверхности которых нетрудно определить с минимальной погрешностью. Небольшую полевую линзу при этом можно сохранить, поскольку маленькие образцы стекла зачастую обладают допустимыми изменениями показателя преломления.
Однозеркальный компенсатор. Хорошо известно [1J, что аберрация на оси сферического зеркала, используемого при увеличении,, отличном от —1, может использоваться для компенсации отклонений нормалей вогнутой асферической детали с отрицательным, коническим коэффициентом. Высокую степень компенсации, характерную для преломляющего устройства Оффнера, можно достичь также в отражающем компенсаторе, использующем полевую линзу в центре кривизны коникоида (рис. 14.7). Как и в схеме Оффнера, радиус компенсирующего зеркала R и его сопряжения I и I' выбирают из условия необходимости скомпенсировать аберрацию третьего порядка нормалей к коникоиду с радиусом Rc и конической постоянной К. При этом оптическую силу полевой линзы подбирают так, чтобы свести к минимуму аберрации высшего-порядка. Это достигается выполнением следующих соотношений:
