8. В оптических системах астрономических приборов часто применяют выпуклые

гиперболические зеркала, диаметры которых достигают 500 мм. В большинстве случаев эти зеркала имеют отверстия в центре, что позволяет использовать для контроля их формы зеркально-линзовые компенсаторы аберраций нормалей. Оптические системы таких компенсаторов включают линзовый элемент малого диаметра и сферическое зеркало, диаметр которого превышает диаметр контролируемой детали. При разработке таких компенсаторов обычно стремятся к тому, чтобы диаметр линзовых элементов не превышал диаметр отверстия гиперболоида; в таком случае экранирования контролируемой поверхности не происходит. Используемое в составе таких компенсаторов сферическое зеркало должно иметь небольшое относительное отверстие, что позволит обеспечить высокую точность его изготовления и облегчит его установку относительно других элементов компенсационной системы. При контроле формы выпуклых гиперболоидов лучи параллельного пучка падают по нормалям на плоскую поверхность Р1 первой линзы 5 компенсатора. Плоскость Р1 выполняет функцию эталона в интерферометре, так как отраженные от нее лучи создают плоский волновой фронт. В этом случае плоское зеркало 4 исключают, установив перед ним непрозрачный экран. В состав эталон- компенсатора нормалей к выпуклой гиперболической поверхности контролируемой детали 8 входит плосковогнутая линза 5, менисковая отрицательная линза 6 и вогнутое сферическое зеркало 7. Конструктивной особенностью линзового элемента эталон-компенсатора является то, что внутри линз 5 и 6 параксиальные лучи проходят параллельно оптической оси. Поэтому толщина менисковой линзы 6 является корректором аберраций высших порядков. Линзовый элемент частично компенсирует аберрации нормалей к гиперболоиду, направляя расходящийся пучок лучей к вогнутому сферическому зеркалу 7, которое также вносит определенную долю аберраций. В результате этого формируется сходящийся негомоцентрический пучок, его лучи являются нормалями к контролируемой гиперболической поверхности Р2 детали 8. Существенным преимуществом такой компенсационной системы можно считать то, что линзовая часть эталон-компенсатора конструктивно объединена с контролируемой деталью 8, тем более что поверхность Р1 используют не только в качестве эталонной, но и в качестве установочной.

9. Для контроля формы выпуклых эллипсоидов. Гомоцентрический пучок лучей, сформированный объективом 5, направляется на положительную апланатическую линзу 6, которая не нарушает гомоцентричности пучка. После преломления на выпуклой поверхности линзы 6 числовая апертура светового пучка увеличивается в n раз (n показатель преломления стекла этой линзы). В результате этого крайний луч пучка направляется под углом σ0 к оптической оси. Затем лучи падают по нормалям на вогнутую поверхность Р1, отражающую часть света в обратном направлении, создавая эталонный волновой фронт с центром кривизны в точке C. Прошедшие через поверхность Р1 лучи направляются к компенсатору нормалей 7, выполненному в виде плоскопараллельной пластинки. Пластинка формирует негомоцентрический пучок, лучи которого нормальны к поверхности Р2 контролируемой детали 8. Структура пучка лучей, сформированного плоскопараллельной пластинкой, такова, что вышедшие из нее лучи являются нормалями к эллипсоиду с эксцентриситетом e. ∗𝑛 = 1⁄𝑒 Основной причиной, препятствующей использованию пластинки-компенсатора, может быть отсутствие стекла, показатель преломления которого удовлетворяет соотношению *. Кроме того, расчетная толщина пластинки может оказаться слишком большой для ее применения по указанному назначению. Достоинством пластинки-компенсатора является ее технологичность, а также то, что величина воздушного промежутка dв практически произвольна, так как при перемещении плоскопараллельной пластинки в сходящемся пучке лучей ее аберрации остаются неизменными. Недостатком пластинки-компенсатора можно считать ее ограниченные коррекционные возможности. Например, она совершенно неприменима для сплюснутых эллипсоидов, поскольку в этих случаях расчеты * дают нереальные значения показателей преломления.

6. Измерение формы эллиптических поверхностей компенсационным методом. Конструктивные особенности интерферометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

Если контролируемая АП представляет собой вогнутый эллипсоид 𝑥" + 𝑦" + 𝑎2𝑧 +

𝑎"𝑧" = 0, аберрации нормалей к эллипсоиду идеально компенсируются аберрациями плоской границы раздела двух сред, причем эксцентриситет эллипсоида связан с показателем преломления стекла компенсатора соотношением: 𝑒 = 1⁄𝑛 ; Оптическая система интерферометра с совмещенными ветвями (Физо), в котором применяют компенсатор в виде плоской границы двух сред, показана на рис. 1.

Пучок лучей, выходящий из гелий-неонового лазера 1, фокусируется объективом 2 в точку А - центр точечной диафрагмы 3. После прохождения через полупрозрачную пластинку 4 лучи поступают на объектив 5, который показан в виде совмещенных главных плоскостей. Лучи гомоцентрического пучка, сформированного объективом 5, фокусируются в центр кривизны С1 поверхности Р1 эталон-компенсатора 6. Отраженные поверхностью Р1 лучи формируют сферический эталонный волновой фронт. Плоская поверхность эталон-компенсатора нарушает гомоцентричность преломленного пучка лучей. Поэтому на вогнутую эллиптическую поверхность Р2 контролируемой детали 7

падает рабочий пучок, лучи которого являются нормалями к эллипсоиду. Повторяя путь в обратном направлении, рабочий пучок лучей вновь приобретает гомоцентричность. При несоответствии формы контролируемого эллипсоида ее теоретическому профилю рабочий волновой фронт искажается. В результате взаимодействия рабочего и эталонного волновых фронтов возникает интерференционная картина. При расчете компенсационной системы, представленной элементами 6 и 7, необходимое значение показателя преломления стекла эталон-компенсатора определяется зависимостью: .

Если вычисленный показатель преломления окажется реальным, основные

геометрические соотношения в компенсационной системе вычисляют по формулам:

где dв - толщина воздушного промежутка между компенсатором и вершиной эллипсоида; s - расстояние от точечного источника (точки А') до компенсатора. Первая по ходу лучей оптическая поверхность эталон-компенсатора 6 оказывается выпуклой сферической, причем лучи входящего пучка падают на эту поверхность по нормалям. Таким образом, получается эталон-компенсатор в виде выпукло-плоской линзы, которая вполне технологична.

Очевидным недостатком компенсатора - плоской границы раздела двух сред можно считать то, что диаметры эталон-компенсаторов всегда близки к диаметрам контролируемых эллипсоидов. Это препятствует применению последней компенсационной системы для крупногабаритных эллиптических зеркал, которые используют в оптических системах астрономических приборов. Кроме того, из приведенных выше формул следует, что диапазон эксцентриситетов контролируемых эллипсоидов сравнительно мал - от 0,559 до 0,695, поскольку показатели преломления употребительных оптических стекол бывают от 1,44 до 1,79. На рис. 2 показана схема для контроля выпуклых эллиптических поверхностей. Гомоцентрический пучок лучей, сформированный объективом 5, направляется на положительную апланатическую линзу 6, которая не нарушает гомоцентричности пучка. После преломления на выпуклой поверхности линзы 6 числовая апертура светового пучка увеличивается в n раз (n показатель преломления стекла этой линзы). В результате этого

крайний луч пучка направляется под углом σ0 к оптической оси. Затем лучи падают по нормалям на вогнутую поверхность Р1, отражающую часть света в обратном направлении, создавая эталонный волновой фронт с центром кривизны в точке C. Прошедшие через поверхность Р1 лучи направляются к компенсатору нормалей 7, выполненному в виде плоскопараллельной пластинки. Пластинка формирует негомоцентрический пучок, лучи которого нормальны к поверхности Р2 контролируемой детали 8. Структура пучка лучей, сформированного плоскопараллельной пластинкой, такова, что вышедшие из нее лучи являются нормалями к эллипсоиду с эксцентриситетом e. Конструктивные параметры пластинки связаны с эксцентриситетом и радиусом кривизны r0 при вершине эллипсоида зависимостями:

Основной причиной, препятствующей использованию пластинки-компенсатора, может

быть отсутствие стекла, показатель преломления которого удовлетворяет соотношению *.

Кроме того, расчетная толщина пластинки может оказаться слишком большой для ее

применения по указанному назначению. Достоинством пластинки-компенсатора является

ее технологичность, а также то, что величина воздушного промежутка dв практически

произвольна, так как при перемещении плоскопараллельной пластинки в сходящемся

пучке лучей ее аберрации остаются неизменными. Недостатком пластинки-компенсатора

можно считать ее ограниченные коррекционные возможности. Например, она совершенно

неприменима для сплюснутых эллипсоидов, поскольку в этих случаях расчеты * дают

нереальные значения показателей преломления.

Вносимая пластинкой сферическая аберрация зависит от ее толщины d, показателя

преломления n и угла ε падения луча. Остаточная волновая аберрация в компенсационной

системе при автоколлимационном ходе лучей составляет доли длины волны, причем

неидеальная компенсация аберраций здесь объясняется неравенством расчетного и

реального значений показателей преломления стекла компенсатора[1] и пластинки [2] .

При больших аберрациях нормалей может оказаться, что одной компенсирующей

поверхности недостаточно. Тогда эталон-компенсатор будет состоять из нескольких линз,

которые склеены или разделены воздушными промежутками. Применение

интерферометров с совмещенными ветвями в сочетании с компенсационным методом

целесообразно, так как в них между эталонной и контролируемой поверхностями

расположено минимальное количество оптических элементов. Если рабочие поверхности

эталон-компенсатора выполнены идеально, на вид рабочей интерференционной картины

оказывают влияние погрешности формы контролируемых АП, неоднородности стекла

эталон-компенсатора и остаточные аберрации в компенсационной

системе.__

7. Измерение формы вогнутого параболоида диаметром 6 м компенсационным методом. Конструктивные особенности интерферометра типа ИКАП и двух вариантов компенсаторов аберраций нормалей. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

Конструкция измерительной ветви интерферометра и процесс его юстировки упрощаются,

если компенсатор преобразует плоский волновой фронт в асферический. В этом случае

нет необходимости применять фокусирующий объектив, что значительно повышает

достоверность контроля формы АП за счет уменьшения числа элементов, установленных

между светоделительным элементом интерферометра и контролируемой АП. Основная

трудность разработки такого компенсатора заключается в том, что входящий в него

световой пучок должен иметь малый диаметр. В интерферометрах типа Тваймана-Грина

этот диаметр составляет порядка 20. . . 30 мм, причем его увеличение нежелательно, так

как это приводит к увеличению диаметров элементов осветительной и регистрирующей

ветвей.

Одиночная линза в воздушной среде при ходе лучей из бесконечности обладает

достаточно ограниченными коррекционными возможностями. Сферическая аберрация,

вносимая такой линзой, по мере увеличения ее диаметра возрастает. Для реальных АП

расчет компенсатора нормалей в виде одной линзы часто приводит к нереализуемым

результатам. Например, расчетный диаметр линзы-компенсатора в ходе лучей из

бесконечности применительно к параболоиду диаметром 6000 мм оказывается более 500

мм, что исключает его практическое применение.

Рациональным решением проблемы можно считать компенсатор нормалей из двух линз:

афокальной и положительной. Оптическая система интерферометра с таким

компенсатором нормалей показана на рис. 10.

Пучок лучей, выходящий из гелий-неонового лазера 1, расширяется коллимирующей

системой 2 и разделяется на два пучка светоделительной пластиной 3. Эталонный плоский

волновой фронт образуется после отражения лучей от эталонного плоского зеркала 4. В

измерительную ветвь входит параллельный пучок лучей, который падает на вогнутую

сферическую поверхность афокальной линзы 6. При преломлении лучей этой линзой

диаметр проходящего через нее светового пучка увеличивается; при этом в него вносится

сферическая аберрация. Параксиальные лучи, вышедшие из афокальной линзы, далее

проходят параллельно оптической оси. Поскольку ход непараксиальных лучей искажен

сферической аберрацией, углы между этими лучами и осью не равны нулю. Затем этот

световой пучок преломляется положительной линзой 7, которая вносит в него

дополнительную аберрацию. Таким образом, эта двухлинзовая система выполняет

функцию силового элемента. Корректором аберраций высших порядков является

воздушный промежуток между линзами (воздушная линза переменной толщины). При

изменении этого промежутка коррекция в области аберраций третьего порядка не

нарушается. Существенное преимущество компенсатора такой конструкции заключается в

том, что расстояние от светоделительной пластины 3 интерферометра до компенсатора

может быть любым. Важно только обеспечить параллельность оптической оси

компенсатора и оси падающего светового пучка. Для удобства афокальная линза 6

компенсатора имеет плоскую фаску, которая, подобно плоскому зеркалу, отражает

падающие на нее лучи. Это позволяет контролировать правильность установки

компенсатора, как по автоколлимационному блику, так и по интерференционной картине.

Основным конструктивным недостатком представленного варианта компенсатора можно

считать большой воздушный промежуток между линзами. Однако это не может оказать

существенного влияния на взаимную центрировку линз компенсатора, так как их можно

изготовить с одинаковым полным диаметром. Поэтому внутреннюю поверхность оправы

такого компенсатора можно проточить за один проход резца.

Исследования компенсационных систем с двухлинзовым компенсатором, действующим в

параллельном пучке лучей, показали, что даже для сложных в технологическом

отношении АП такие компенсаторы вполне приемлемы для изготовления и практического

применения.

Кроме погрешностей формы контролируемой АП на вид рабочей интерференционной

картины оказывают влияние остаточные аберрации в оптической системе измерительной

ветви, а также неоднородности стекла и погрешности изготовления афокальной и

положительной линз

8. Измерение формы вогнутых сферических и асферических поверхностей на сдвиг-интерферометре ИНТЕРС. Конструктивные особенности интерферометра. Проблемы, возникающие при обработке сдвиг-интерферограмм и пути их решения. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

9. Измерение формы вогнутых сферических и асферических поверхностей на интерферометре ФЭИ. Конструктивные особенности интерферометра. Работа прибора в двух режимах: двухлучевого интерферометра и сдвиг-интерферометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

ФЭИ представляет собой измерительно-вычислительный комплекс и работает в двух

режимах: интерферометра сдвига и двулучевого интерферометра.

Особенность интерферометров сдвига заключается в том, что они не требуют применении

эталонных оптических деталей, так как в них контролируемый волновой фронт накладывается на точно такой же, но сдвинутый волновой фронт. Сдвиг может быть боковым, поворотным, реверсивным или радиальным Кроме того, интерферометры сдвига малочувствительны к вибрациям, так как интерферирующие лучи проходят практически один и тот же путь. Основным недостатком интерферометров сдвига является отсутствие наглядности и сравнительная сложность расшифровки интерференционной картины при количественной оценке погрешностей

исследуемой системы.

В качестве двулучевого интерферометра может применяться без системы 5 и объектива 6.

Конструкция при этом заметно упрощается. Но тогда создаваемый пучок должен быть

высокой степени параллельности, чтобы можно было получить хорошую интерференционную картину от контролируемой поверхности.

Применяется два способа обработки интерферограмм: амплитудный и фазовый. Фазовый

метод используется только в режиме сдвига, так как для его реализации необходимо

обеспечить сканирование интерферограммы в плоскости регистрации.

Блок сдвига 5 состоит из куб-призмы и двух сферических зеркал с разными радиусами

кривизны и совмещенными фокусами. Здесь создается постоянный радиальный сдвиг.

Интерферограмма имеет вид колец. Приемники излучения - две фотодиодные матрицы

МФ14 с числом элементов 1024 (32х32). ФДМ 1 – опорная матрица, ФДМ 2 – рабочая

матрица.

Недостатки

Важнейшим элементом интерферометра является светоделительный кубик, раз-

мещенный в гомоцентрическом пучке лучен. Требования к точности изготовления и установки кубика при действующей апертуре более 0,2 трудновыполнимы. Кроме того, отражения от граней кубика создают рассеянный свет, который снижает контраст

и нтерференционной картины; контроль

формы просветленных поверхностей

затруднен ввиду световых потерь на

светолелительпой грани кубика;

сферическую аберрацию, вносимую

кубиком, необходимо компенсировать

введением специально рассчитанного

объектива.

Основное преимущество

интерферометра заключается в

возможности контроля сферических

поверхностей больших диаметров без

использования эталонной поверхности.

10. Измерение толщин линз и пластин на оптическом толщиномере. Конструктивные особенности оптического толщиномера. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

11. Измерение толщин линз и пластин на бесконтактном оптическом микрометре. Конструктивные особенности бесконтактного оптического микрометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

12. Теоретические основы поляризационного метода контроля толщины фазовых четвертьволновых пластин. Конструктивные особенности измерительного устройства, процесс контроля. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

13. Измерение радиусов кривизны сферических поверхностей с помощью контактного сферометра. Конструктивные особенности двух модификаций прибора. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

14. Измерение радиусов кривизны сферических поверхностей автоколлимационным способом с помощью автоколлимационного микроскопа и автоколлимационной зрительной трубы. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

15. Измерение радиусов кривизны сферических поверхностей интерференционным способом с помощью плоского пробного стекла. Конструктивные особенности измерительного устройства, процесс контроля. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

16. Способы задания допусков на децентрировку плоских и сферических поверхностей. Измерение децентрировки линз с плоскими и сферическими поверхностями на приборе А.А. Забелина. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

17. Способ задания допусков на децентрировку асферических поверхностей. Измерение децентрировки асферических поверхностей. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

18. Измерение клиновидности пластин интерференционным методом по полосам равной толщины. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

19. Измерение клиновидности пластин интерференционным методом по полосам равного наклона. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

20. Измерение углов отклонения лучей клиньями на оптической скамье. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

21. Измерение углов отклонения лучей клиньями с помощью оптико-электронной углоизмерительной системы. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

22. Измерение клиновидности лазерных стержней автоколлимационным методом. Конструктивные особенности прибора АКП-400. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

23. Измерение погрешностей углов и пирамидальности прямоугольных равнобедренных призм автоколлимационным способом. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

24. Измерение углов и пирамидальности призм автоколлимационным способом на гониометре-спектрометре. Конструктивные особенности гониометра-спектрометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

25. Измерение показателей преломления оптических стекол методом Фраунгофера на гониометре-спектрометре. Требования к измеряемому образцу. Конструктивные особенности гониометра-спектрометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

26. Измерение показателей преломления оптических стекол на рефрактометре. Требования к измеряемому образцу. Конструктивные особенности рефрактометра Аббе. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

27. Измерение оптической неоднородности заготовок оптического стекла по разрешающей способности. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

11. Измерение фокусных расстояний объективов, положительных и отрицательных линз методом увеличений на оптической скамье. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

12. Измерение фокусных расстояний объективов методом Аббе. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

13. Измерение фокальных отрезков и рабочих расстояний объективов визуальным методом. Конструктивные особенности измерительных устройств. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

14. Контроль фокальных отрезков положительных и отрицательных линз на приборе Ю.В. Коломийцова. Конструктивные особенности прибора. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

15. Контроль рабочих расстояний объективов интерферометрическим методом. Конструктивные особенности интерферометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

16. Контроль рабочих расстояний объективов фотоэлектрическим методом. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

17. Измерение поперечной и продольной аберраций объективов. Конструктивные особенности измерительных устройств. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

18. Измерение фокусных расстояний и дисторсии объективов с помощью гониометра. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

19. Контроль качества объективов по разрешающей способности. Особенности используемых тест-объектов, методика исследования разрешающей способности по центру и краю поля.

20. Контроль качества изображения объективов малого и большого диаметров по изображению точки (функции рассеяния точки). Конструктивные особенности измерительных устройств. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

21. Измерение волновых аберраций объективов малого и большого диаметров. Конструктивные особенности измерительной ветви интерферометра. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

22. Измерение оптической передаточной функции методом непосредственного сканирования. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.

23. Контроль качества объективов по пограничной кривой. Конструктивные особенности измерительного устройства. Анализ факторов, влияющих на точность измерений.