Введение к работе
Актуальность работы. Современные прецизионные объективы являются сложной высокоточной оптической системой. Создание их и анализ процессов, протекающих при эксплуатации, не возможны без проведения физических экспериментов по изучению влияния различных факторов на качество изображения. Одним из важнейших параметров, определяющих разрешающую способность, является отклонение Сдецентрировка) центров кривизны отдельных оптических поверхностей от оптической оси объектива. Как показывает теория и практика создания таких систем, величина децентрировкк не должна превышать десятых и сотых долей микрометра.
Существующие методы и технические средства не решают в полной мере задачу измерения децелтрировки каждой поверхности линз в объективах.
В связи с этим разработка метода и системы измерения с субмикронной точностью децентрировки поверхностей линз в объективах является актуальной научно- технической задачей.
Цель диссертационной работы - разработка и исследование высокоточного метода зондирования оптических поверхностей, создание на базе разработанного метода экспериментальной установки, позволяющей измерять с субмикронной точностью децентрировку каждой отдельной оптической поверхности объектива в процессе сборки или после нее.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
1. Разработать высокоточный метод зондирования оптических поверхностей линз в объективах, инвариантный к влиянию поверхностей с близкими автоколлимационными точками, и исследовать его эффективность на математических моделях.
S. Разработать структуру экспериментальной установки для измерения с субмикронной точностью децентрировки линз ь объективах методом зондирования оптических поверхностей.
3. Разработать алгоритмы формирования и обработки
массивов измерительной информации, позволяющие локализовать
положение изображения зонда с субпиксельной точностью и
измерять децентрировку с субмикронной точностью.
4. Разработать алгоритмы оптимизации работы
экспериментальной установки при зондировании каждой
отдельной поверхности линз в объективе.
5. Реализовать разработанные метод, алгоритмы в уста
новке для измерения децентрировки поверхностей линз в
объективах и провести их экспериментальное исследование.
Методика выполнения исследовании. В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования основывались на использовании методов вычислительной математики, теории случайных процессов, теории обнаружения, теории цифровой фильтрации v статистического анализа. Для исследования эффективности разработанных методов, алгоритмов и структуры использовалосі компьютерное моделирование и физические эксперименты Hi созданной установке, внедренной в опытно- промышленну] эксплуатацию.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Разработан, теоретически обоснован и экспериментальн исследован высокоточный метод зондирования оптических пс верхностей линз в объективах, заключающийся в последователь ной генерации светящихся линий с пространственной частоте повторения выше граничной частоты оптической системі регистрации функции рассеивания каждой линии и получении,
результате преобразования пространства анализируемых сигналов, отклика контролируемой поверхности на периодическое тестовое воздействие с пространственной частотой, близкой к максимальной разрешаемой оптической системой. Са.с. на способ и устройство 1668863).
-
Для повышения точности измерения децентрировки линз в объективах в 2-3 раза и расширения класса контролируемых поверхностей выделяются сегменты изображения рабочих откликов, суммируются отклики в выбранных сегментах с периодом оптимального тестового воздействия, определяется положение профильтрованного отклика с учетом субпиксельной добавки от положения опорного отклика; обеспечивается дополнительный выигрыш в отношении сигнал/шум путем подавления возникающего при каждом зондирующем импульсе случайного поля когерентных помех с широким спектром пространственных частот и энергии,превосходящей энергию рабочего отклика на порядох.
-
Получены расчетные формулы выбора оптимальных параметров генерируемого тестового воздействия при изменении конфигурации итоговой оптической системы, формирующей изображение отклика контролируемой поверхности линзы в объективе.
-
Разработан метод разделения откликов на тестовое воздействие от поверхностей с близкими автоколяимационными точками путем введения углового и линейного смещения тестового воздействия, преобразования линейного смещения откликов в дополнительное угловое смещение на криволинейной поверхности второго порядка. Последующая пространственная селекция позволяет разделить отклики поверхностей о близкими автоколлимационными точками.
Практическая ценность работы. Создана установка для
контроля в процессе сборки и после нее децентрировки линз ь «реакционных объективах, содержащих до 27 и более компонентов, разработанный метод измерения децентрировки линз в объективах и устройство защищены авторский свидетельством.
Результаты диссертационных исследований использовались при выполнении госбюджетной темы И 367/17 и НИР N $68-273, заказчиком которой является Фонд фундаментальных исследований Республики Беларусь.
Результаты исследований, разработок и рекомендации, приведенные в диссертационной работе, можно использовать при создании измерительных систем высокого разрешения.
Практическая ценность работы подтверждена актом приемки- сдачи НИР 1783S, которая выполнялась для НПО "Планар".
Автор зачинает:
-
Высокоточный метод зондирования оптических поверхностей линз в объективах, заключавшийся в последовательно! генерации светящихся линий с пространственной частото; повторения выше граничной частоты оптической системы регистрации функции рассеивания каждой линии и получении, результате преобразования пространства анализируемых сигна лов, отклика контролируемой поверхности на периодическс тестовое воздействие с пространственной частотой, близкой максимальной разрешаемой оптической системой.
-
Повышение точности измерения децентрировки линз объективах в 2- 3 раза и расширение класса контролируем! поверхностей достигается при выделении сегментов изображен: рабочих откликов, суммировании откликов в выбранных сегме тах с периодом оптимального тестового воздействия, определ нии положения профильтрованного отклика с учетом субпиксел ной добавки от положения опорного отклика, обеспечен
ополнительного выигрыша в отношении сигнал/ыу* путем юдавления возникающего при каждом зондирующем импульсе їлучаЯного поля когерентных помех с широким спектрок пространственных частот и энергией превосходящей энергию рабочего отклика на порядок.
3. Расчетные формулы выбора оптимальных параметров
генерируемого поэлементно тестового воздействия при измене
нии конфигурации оптической системы, формирующей изображение
отклика контролируемой поверхности линзы в объективе.
-
Метод разделения откликов на тестовое воздействие от поверхностей с близкими автоколлимационными точками путей введения углового и линейного смешения тестового воздействия, преобразования линейного смещения откликов в дополнительное угловое смещение на криволинейной поверхности второго порядка. Последующая пространственная селекция позволяет разделить отклики поверхностей е близкими автоколлимационными точками.
-
Алгоритмы цифровой обработки измерительной информации и управления процессом измерения с субмикронков точностью децентрировки линз в объективах методом зондирования оптических поверхностей.
5. Принцип построения, структуру установки для контроля децентрировки линз в объективах, результаты математического моделирования и экспериментальных исследований точности.
Реализация работы. Разработка методов и экспериментальной установки для измерения децентрировки поверхностей дата в прецизионных объективах выполнялась по НИР 17835.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Оптико- электронные измерительные устройства и системы", Томск, 1989г., IV Всесоюзной
конференции "Применение лазеров в технологий и системах передачи и обработки информации", Киев, 1991г., I Всесоианой конференции "Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии", Минск, 1991г., XXVII Всесоюзной научной студенческой конференции, Новосибирск, 1989г., конференции "Быстродействующие элементы и устройства волоконно-оптических и лазерных информационных систем", Севастополь, 1990г., семинаре "Теория и практика создания еастем технического зрения", Москва, 1990г.
Основные научные и практические результаты опубликованы автором в международной. Союзной и республиканской печати, а также в депонированных научно-технических отчетах о НИР.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 4 статьях, 1 авторском свидетельстве на способ и устройство, ?. отчетах о НИР и 4 тезисах докладов.
С?рухтура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных нг 102 страницах машинописного текста, иллюстрированного рисунками, схемами, графиками, таблицими на 32 страницах, библиографии из 127 наименований и приложения на 3 страницах. ОбаиЯ объем диссертации 120 страниц.
