автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Разработка и исследование количественного теневого метода, основанного на применении средств компьютерной изофотометрии

На правах рукописи

Зацепина Марина Евгеньевна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ТЕНЕВОГО МЕТОДА, ОСНОВАННОГО НА ПРИМЕНЕНИИ СРЕДСТВ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИЗОФОТОМЕТРИИ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кирилловский Владимир Константинович

Официальные оппоненты :Можаров Григорий Афанасьевич

доктор технических наук, профессор Московский государственный университет геодезии и картографии

Фролов Дмитрий Николаевич

кандидат технических наук, ООО «Техническая оптика», технический директор

Ведущая организация: Научно-Производственное предприятие

«ФОКУС +»

Защита состоится 26 июня 2014 г. в 15э0 часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 14., ауд.314 - а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49 и на сайте fppo.ifmo.ru .

Автореферат разослан « // » 0!>__2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Красавцев В. М.

1'ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Методы и средства контроля и аттестации оптики развиваются путём создания измерительных систем, позволяющих получать результаты аттестации в количественной форме, автоматически регистрировать необходимый объем информации об исследуемой системе, получать измерительные данные в такой форме, которая наиболее целесообразна для ввода в электронно-вычислительные машины и автоматические системы управления технологическими процессами.

Результаты визуальных оценок качества изображения оптических систем и элементов не позволяют определить в количественной форме характеристики качества даваемого изображения, такие как волновые аберрации, распределение освещённости в пятне рассеяния и другие. Это в свою очередь не даёт возможности точно количественно аттестовать систему и исключает автоматизацию контроля.

Основными направлениями развития средств контроля и аттестации оптических систем и элементов являются: 1) замена качественных (субъективных) методов количественными (объективными) методами измерений; 2) повышение точности измерений; 3) широкое внедрение средств автоматизации операций контроля; 4) получение полной измерительной информации об оптических характеристиках поверхности или системы, количественной карты волновых аберраций оптической системы или ошибок формы оптической поверхности; 5) автоматизация обработки данных и получение результатов контроля и аттестации в количественной форме (цифровой и графической).

Эти задачи успешно решаются благодаря все более широкому применению средств, рождённых современными научно-техническими достижениями.

Цель работы

Целью работы является разработка совокупности научных и технических решений для создания аппаратно - программного комплекса исследования параметров качества оптической системы количественным теневым методом, основанным на применении средств компьютерной изофотометрии.

Задачи исследования

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Рассмотрение общих принципов традиционных качественных теневых методов визуализации деформаций волнового фронта с позиций возможностей их развития в способы получения количественных измерительных результатов на основе использования технологии изофотометрии.

2. Выполнение исследований и разработок по созданию макета исследовательской установки, позволяющих оснастить традиционную теневую

установку матричной камерой, соединенной с компьютером, специальное программное обеспечение которого трансформирует полутоновую теневую картину ножа Фуко в геометрическую модель тенеграммы линейной решетки.

3. Разработка математических основ компьютерной иэофотометрии теневой картины ножа Фуко, позволяющей трансформировать полутоновую тенеграмму деформаций исследуемой поверхности в контурную карту полутоновой теневой картины, а затем и в требуемую систему параллельных полос, искривления которых соответствуют деформациям исследуемой поверхности.

4. Исследование методов восстановления деформаций волнового фронта оптической системы путем автоматической расшифровки и интерпретации двух геометрических моделей теневой картины линейной решетки по аналогии с расшифровкой интерферограмм сдвига. Испытание программного обеспечения установки в режиме определения характеристик качества изображения исследуемой системы.

5. Исследование сходимости результатов контроля оптической системы, полученных разработанным количественным теневым методом и, параллельно, исследованием той же системы на традиционном интерферометре Физо.

Научная новизна работы

Впервые предложены, разработаны и исследованы следующие положения, методы и устройства:

1. Создана и исследована идеология количественного изофотометрического теневого метода контроля аберраций и качества оптических систем и элементов на основе традиционного визуального метода ножа Фуко.

2. Рассмотрены и сопоставлены метод формирования контурной карты тенеграммы ножа Фуко параллельно с процессом образования классической двухлучевой интерферограммы как контурной карты функции волновых аберраций при исследовании оптической системы.

3. Разработано схемное решение макета исследовательской установки для реализации изофотометрического теневого метода. Макет спроектирован, построен и исследован. Показано, что метод и аппаратура отличаются исключительной простотой и экономичностью при высокой точности и информативности.

4. Найдено алгоритмическое и программное решение методики трансформации теневой картины в геометрическую модель линейной решетки (с применением математических основ компьютерной изофотометрии). Условия и требования для ее выполнения разработаны и испытаны на практике.

5. Выполненные исследования, основанные на компьютерной трансформации теневой картины в систему изофот, показывают, что предлагаемый метод снижает погрешность локализации координат ошибок на обрабатываемой поверхности оптической детали и способствует повышению точности оптической обработки. Чувствительность к ошибкам поверхностей и аберрациям оптических систем повышена в 2 - 5 раз.

6. Выполнены и проанализированы результаты калибровки данных исследования оптической системы изофотометрическим количественным теневым методом путем сопоставления с результатами контроля той же оптической системы на интерферометре Физо.

Методы исследования

Для решения задач исследования использовались:

1. Метод формирования карты полутонового изображения в виде системы контуров - изофот, которая дает возможность произвести трансформацию плавной функции распределения освещённости в теневой картине ножа Фуко в изображение системы полос, аналогичное геометрической модели тенеграммы линейной решетки.

2. Метод обработки, расшифровки и анализа двух геометрических моделей тенеграмм линейной решетки, полученных последовательно при двух взаимно перпендикулярных положениях ножа Фуко, в программе «Tiger», которая позволяет выполнять расшифровку указанных данных, получать количественную информацию об ошибках волнового фронта и рассчитывать комплекс характеристик качества изображения исследуемой оптической системы.

Результаты проверены экспериментально с использованием традиционной контрольно-испытательной аппаратуры.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Количественный теневой метод контроля аберраций и качества оптических систем и элементов, созданный на базе классического метода ножа Фуко и основанный на применении средств компьютерной изофотометрии.

2. Совокупность схемных решений макетной установки для исследования параметров качества оптической системы количественным изофотометрическим теневым методом.

3. Способ восстановления функции деформаций волнового фронта, сформированного исследуемой системой, на основе массивов данных, полученных в процессе автоматической расшифровки и математической обработки двух геометрических моделей тенеграмм линейной решетки.

4. Результаты обработки теневых картин количественным теневым методом и сопоставительный анализ с итогами контроля той же системы на традиционном интерферометре Физо (демонстрация высокой точности и эффективности метода).

Достоверность научных результатов

Достоверность обеспечена использованием обоснованных методов анализа и преобразования информации в процессе реализации нового метода, сходимостью результатов измерений, полученных принципиально различными методами, эффективным практическим применением, обсуждением на научных школах и конференциях, в том числе и международных, а также публикацией результатов в научной печати.

Практическая ценность работы

Выявлены основные преимущества предложенного и разработанного компьютеризированного количественного теневого метода ножа Фуко:

метод отличается оригинальностью, расширяет и углубляет возможности оптических исследований, выполняемых традиционными теневыми методами в условиях цехов и лабораторий, создавая возможность выполнения оптических измерительных наводок и, таким образом, превращая метод ножа Фуко из средства оценок и визуального контроля в цифровой метод точных измерений.

Разработанный новый оригинальный количественный теневой метод исследования оптических систем в современной компьютерной реализации указывает на перспективы создания автоматизированного измерительного комплекса контроля волновых аберраций, а также ошибок прецизионных оптических поверхностей вместе с расчетом всех необходимых характеристик качества изображения, даваемого контролируемой системой, например, функции рассеяния точки, функции рассеяния линии и частотно-контрастной характеристики, как и на современных дорогостоящих интерферометрах типа ZYGO, Meiler-Wedel и их аналогах, что является несомненным преимуществом разработанного метода, отличающегося несоизмеримо меньшими затратами.

Создается возможность исследования характеристик изображения, формируемого телескопом (или другой исследуемой системой), при контроле в процессе наблюдения с использованием излучения от наблюдаемого объекта.

Полученные в работе научные и практические результаты обеспечивают решение важной научно-технической задачи создания изофотометрического количественного теневого метода, пригодного для использования в оптико-технической практике и на производстве, а также открывают существенно новые возможности для оптических исследований и контроля.

Внедрение результатов работы

Реализация результатов работы подтверждена актом внедрения схемных решений созданной и испытанной контрольно - измерительной аппаратуры, методических и научных результатов диссертации в программу инновационных научных исследований и учебный процесс СПб НИУ ИТМО.

Личный вклад автора Личный вклад соискателя состоит во включенном участии соискателя на всех этапах процесса, непосредственном участии соискателя в научных экспериментах, личном участии соискателя в апробации результатов исследования, обработке и интерпретации экспериментальных данных, выполненных лично автором или при участии автора, а также в подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались: на XL1 научно-методической конференции НИУ ИТМО, 31 января - 03 февраля 2012 г.; на I Всероссийском конгрессе молодых ученых, (IX Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых), 10 - 13 апреля 2012 г.; на X Международной

конференции «Прикладная оптика-2012», 15-19 октября 2012 г.; на XLI1 научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО, 29 января -01 февраля 2013 г.; на II Всероссийском конгрессе молодых учёных, 9-12 апреля 2013 г.; на VIII Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2013», 14 - 18 октября 2013 г.; на XLIII научной и учебно-методической конференции НИУ ИТМО, 28 - 31 января 2014 г.

Работа была поддержана грантом Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук 2013 г. (Диплом ПСП № 13158).

Публикации

Материалы диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах, из них 3 в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, основной части, содержащей 6 глав, заключения, списка литературы из 30 библиографических источников. Общий объем диссертация составляет 101 страница. Работа содержит 51 рисунок и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

Приведено краткое описание существующего визуального теневого метода ножа Фуко, широко применяемого в наши дни в оптической практике, который передаёт поверхность деформаций волнового фронта как полутоновую картину (Рисунок 1), позволяющую наглядно отображать деформации волнового фронта и по ним визуально определять характер преобладающих аберраций и ошибок обработки данной поверхности.

Рисунок 1 - Теневая картина ножа Фуко

Указано, что недостатком классического теневого метода ножа Фуко является отсутствие возможности получения полной численной функции деформации волнового фронта и численных характеристик качества изображения, даваемого исследуемой оптической системой.

Известные попытки создания количественных теневых методов ранее не были успешными и не получили распространения в отечественной и зарубежной практике. Поэтому классический теневой метод применяется в настоящее время преимущественно для технологического контроля в форме качественных оценок состояния оптических поверхностей и материалов, а

также уровня и характера аберраций оптических элементов и систем.

Данная работа посвящена разработке современного количественного теневого метода ножа Фуко, обеспечивающего контроль с широкими возможностями посредством применения новых технологий в нетрадиционном сочетании методов оптики, электроники и информатики.

В первой главе диссертационной работы представлен обзор существующих методов контроля аберраций и ошибок оптических поверхностей, включая теневые.

Рассмотрены общие принципы традиционных качественных теневых методов визуализации деформаций волнового фронта. Показано, что перечисленные известные разновидности теневых методов не позволяют получить количественные результаты оценки волнового фронта в виде полной карты деформаций волнового фронта.

Разработаны математические основы компьютерной изофотометрии теневой картины ножа Фуко, которые легли в основу и стали технической и научной базой для создания количественного теневого метода.

Упомянуто, что выполнены разработки, позволившие создать программу многоуровневого блока выделения контура (МБВК), которая позволяет, реализуя многоимпульсные периодические функции преобразования, генерировать системы изофот заданной частоты и с заданным пространственным фазовым сдвигом.

Вторая глава посвящена описанию принципа и теоретических основ теневого метода, представлена схема формирования теневой картины (Рисунок 2), описаны достоинства и недостатки теневого метода.

Рисунок 2 - Принципиальная схема теневого метода Фуко

Современная трактовка традиционного теневого метода состоит в том, что полутоновая теневая картина, полученная при заслонении ножом Фуко изображения точечного источника света, при визуальной оценке может быть наглядно интерпретирована как карта поперечных аберраций, направления которых перпендикулярны кромке ножа Фуко.

Показано, что чувствительность в классическом теневом методе ножа Фуко и экспериментах по созданию на его базе количественного метода средствами аналогового фотоэлектрического сканирования связана с контрастностью исходной теневой картины.

В третьей главе приведен сравнительный анализ механизма формирования карты тенеграммы ножа Фуко и классической интерферограммы как карты деформаций волнового фронта.

Предложены, обстоятельно исследованы и разъяснены принципы, на основании которых система изофот теневой картины ножа Фуко, сформированная при реализации предложенного количественного теневого метода в виде ряда параллельных полос, близких к прямым, может быть интерпретирована как геометрическая модель тенеграммы линейной решетки.

Рассмотрен ряд типовых функций преобразования («клин», «синусоида», «импульс», «гребенка»), применение которых упрощает задачи автоматизации методов контроля.

Указаны преимущества используемой в работе функции преобразования типа «гребенка», создающей систему изофот, а именно наглядность и удобство использования количественной контурной карты тенеграммы для прямых геометрических измерений координат положения полос.

Показано, что взаимодействие функции преобразования типа «гребенка» с клином интенсивности (фотометрическим клином, наложенным на тенеграмму) позволяет отобразить функцию распределения освещенности в теневой картине как контурную карту, состоящую из системы параллельных полос с возможными деформациями согласно двумерной функции поперечных аберраций, пригодную для обработки в соответствующей компьютерной программе расшифровки интерферограмм сдвига.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию макета компьютеризированной теневой установки на основе коллиматорной скамьи с оснащением матричной камерой, тест - объектом типа «полубесконечная щель», а также программным обеспечением для автоматической регистрации теневых картин количественным изофотометрическим теневым методом.

Схема установки для регистрации тенеграмм предлагаемым изофотометрическим количественным теневым методом представлена на рисунке 3.

Установка для реализации изофотометрического количественного теневого метода обеспечивает возможность экспериментального получения и расшифровки двух теневых картин исследуемой системы или детали, различающихся поворотом на 90 положения ножа Фуко и тест - объекта «полубесконечная щель» относительно пятна рассеяния объектива по осям X и У.

Указано, что в работе представлен вариант получения второй полутоновой теневой картины при повороте объектива на 90°.

Отмечено, что использование тест - объекта «полубесконечная щель» (Рисунок 4) решающим образом создает условия для увеличения яркости теневой картины.

1 23 4 5 6 7 8 9 10 11

П\

12

Ш

Рисунок 3 - Схема установки для реализации изофотометрического теневого метода:

1 - лампа, 2 - конденсор, 3 - матовое стекло, 4 - тест - объект "полубесконечная щель" по Филберу, 5 - объектив коллиматора, 6 - исследуемый объектив, 7 — выходной зрачок исследуемого объектива, 8 - нож Фуко, перекрывающий изображение тест - объекта, 9 - объектив наблюдательной системы, 10 - матричная фотокамера, 11 - приёмник изображения, 12 - компьютер в режиме обработки тенеграммы

Рисунок 4 - Конструкция и общий вид тест - объекта тина «полубесконечная щель»

В пятой главе представлены экспериментальные исследования. В качестве объектов для исследований в процессе реализации созданного количественного изофотометрического теневого метода выбраны фото -объективы из комплекта отечественной камеры «Зенит», в частности, экземпляры объектива «Гелиос - 44» с заводскими номерами 8981272 и 79604 52. Обработка тенеграмм на созданной теневой установке состоит из следующих этапов:

- получение и регистрация теневых изображений, их перенос в компьютер;

- фильтрация шумов в полученных теневых картинах, которая способствует более стабильной дальнейшей работе алгоритмов расшифровки;

- компьютерная генерация линейного амплитудного фотометрического клина и его последующее наложение на изображения отфильтрованных тенеграмм;

— формирование системы изофот теневой картины ножа Фуко как геометрической модели тенеграммы линейной решетки в программе многоуровневого блока выделения контуров;

— количественная обработка тенеграмм линейной решетки в программе «Tiger».

Показано, что две полутоновые теневые картины, отображающие неровности профиля функции поперечных аберраций, полученные с поворотом объектива на 90", в процессе изофотометрической обработки преобразуются в геометрические модели контурных карт тенеграмм линейной решетки как системы изофот для поверхности деформаций данного волнового фронта или для полируемой оптической поверхности в процессе ее формообразования (Рисунок 5, Рисунок 9).

Указано, что программа «Tiger», разработанная ранее для обработки интерферограмм сдвига, позволяет восстановить волновой фронт и проанализировать результаты путем обработки двух геометрических моделей тенеграмм линейной решетки с получением карты деформаций волнового фронта исследуемой оптической системы, таблицы коэффициентов Цернике, а также характеристик качества оптических систем, таких как ФРТ, ФРЛ, ЧКХ.

Обработка тенеграмм линейной решетки в программе «Tiger» позволила получить:

— трехмерную диаграмму поверхности волновых аберраций (Рисунок 6, Рисунок 10);

— профили волнового фронта ЩХ, Y) по координатам X и Y (Рисунок 7, Рисунок 11);

— графики частотно-контрастной характеристики Т(у) исследуемого объектива по координатам X и У (Рисунок 8, Рисунок 12).

«

а)

б)

Рисунок 5 - Этап оконтуривания теневых картин фотообъектива Гелиос - 44 (заводской номер 8981272), полученных при расположении ножа Фуко по оси X (а) и по оси У (б)

Рисунок 6 - Трехмерная диаграмма поверхности волновых аберраций объектива Гелиос - 44 (заводской номер 8981272)

/ N \ : 1 : Ы' \ /И; —,—---,--7 : / ; / /

/ / \ Ш "ЩТр, > \ ! I \ И Л^ / N П ■// ■ :......

1 ; \ // -— ! ! !

-I -0.« -0.6 -0.4 -0.2 О ад 0.4 0.6 0.8 1 X. у

Рисунок 7 - Профили волнового фронта объектива Гелиос - 44 (заводской номер 8981272): 1 - направление по оси X, 2 - направление по оси У

т,

Рисунок 8 - Частотно-контрастная характеристика объектива Гелиос - 44 (заводской номер 8981272): 1 - направление по оси X, 2 - направление по оси У

Графики частотно-контрастной характеристики (Рисунок 8) показывают, что разрешающая способность объектива Гелиос - 44 (заводской номер 8981272) для заданного контраста (по критерию Фуко) Т(\) = 0.2 находится на уровне ~ 40 лин/мм.

Обработка теневых картин объектива Гелиос - 44 (заводской номер 79604 52) изофотометрическим теневым методом

а) б)

Рисунок 9 - Этап оконтуриваиия теневых картин фотообъектива Гелиос-44 (заводской номер 79604 52), полученных при расположении ножа Фуко по оси X (а) и по оси У (б)

Рисунок 10 - Трехмерная диаграмма поверхности волновых аберраций объектива Гелиос - 44 (заводской номер 79604 52)

1Г(х,у), Л

5

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

■4

-1 -0.8 -0,6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 .X, у

Рисунок 11 - Профили волнового фронта объекгива Гелиос - 44 (заводской номер 79604 52): 1 - направление по оси X, 2 - направление по оси У

Tv

0.8

0,6

0.4

0Л

0

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 У.1ЯШ

Рисунок 12 - Частотно-контрастная характеристика объектива Гелиос-44 (заводской номер 79604 52): 1 - направление по оси X, 2 - направление по оси Y

Графики частотно-контрастной характеристики (Рисунок 12) показывают, что разрешающая способность объектива Гелиос - 44 (заводской номер 79604 52) для заданного контраста (по критерию Фуко) T(v) = 0.2 находится на уровне ~ 20 лин/мм.

Отмечено, что впервые после изобретения теневого метода Фуко в результате выполнения данного исследования теневая картина становится источником как качественной, так и количественной информации для оценки и измерения необходимых характеристик качества исследуемой оптической системы или поверхности.

Шестая глава посвящена описанию этапа калибровки процесса восстановления исследуемой функции деформации волнового фронта программой «Tiger» по результатам изофотометрии тенеграммы в соотношении с функцией волновых аберраций того же изделия, полученной на основании расшифровки его классической интерферограммы, например, сформированной в схеме Физо.

Представлены графики частотно-контрастной характеристики, полученные изофотометрическим теневым методом и на интерферометре Физо, для объективов Гелиос - 44 с заводскими номерами 8981272 и 79604 52 (Таблица 1). Данные таблицы 1 подтверждают, что интерферограммы волновых аберраций фотообъективов Гелиос - 44 (с заводскими номерами 8981272 и 79604 52), полученные при обработке результатов контроля объективов на созданном аппаратно - программном комплексе, получившим название «GEPARD», с высокой степенью достоверности согласуются с соответствующим калибровочным контролем того же экземпляра объектива на компьютеризированном интерферометре Физо.

Указано, что аналогичная достоверность характерна и для семейства количественных характеристик качества изображения исследованной системы.

Таблица 1 - Графики частотно-контрастной характеристики объектива Гелиос - 44

Частотно - контрастная характеристика при повороте по осям X и У: 1 - направление по оси X, 2 - направление по оси У

Объектив Гелиос - 44 (заводской номер 8981272) Объектив Гелиос - 44 (заводской номер 79604 52)

Исследования теневым изофотометрическим методом

Tv Т

' J ' '

V Vs

\ Jk ! : :

\ i ¿ : : !

N \ 2 i ! j j i

\ 1 i

\\

i\j \ 2

0 0 . V ГП TT 0 • V N L- ч V 1/HH

1 to Ю 40 SO 60 70 тггтТГ.,— «0 to uv.lta 10 20 30 л SO ГО о ю to

Исследования на интерферометре Физо

т. т»

i

V N 1

4s N i

N 2

\\ i ! ■ i i 1 i V •

СчЙ

\ N ; i i i i ..ill. N

N : i N ; —

v \ i i ¡ i- -+- -i—' - f

: . : j

0 1 2 к 40 я 60 70 to 90 100 V. Mai 0 to 2< 3 4( ICK v. Ihm

Визуализация данных интерферометрии, полученных при расшифровке геометрической модели теневой линейной решетки, сформированных комплексом «GEPARD» в процессе изофотометрии тенеграммы исследуемого объектива Гелиос - 44, осуществлялась путем восстановления интерферограмм в программе Zebra Simulator из комплекта пакета Zebra MathOptics на основании таблицы коэффициентов Цернике, сформированной программой обработки интерферограмм сдвига «Tiger» по результатам расшифровки исследованных тенеграмм.

В таблице 2 представлено сравнение результатов обработки интерферограмм, полученных на интерферометре Физо, и восстановленных по количественным тенеграммам интерферограмм исследуемых объективов Гелиос - 44 в программе Zebra Simulator.

Как видно из таблицы 2, сопоставление результатов количественного контроля волновых аберраций объективов Гелиос - 44 (с заводскими номерами

8981272 и 79604 52) показывает следующие параметры контролируемых объективов, полученные количественным изофотометрическим теневым методом и подтвержденные исследованиями на интерферометре Физо. Таблица 2 - Сопоставление результатов количественного контроля волновых аберраций

Тип и№ объектива Изофотометрический теневой метод Интерферометр Физо

Гелиос- 44 8981272 И щ

RMS = 0.747 мкм RMS = 0.7175 мкм

Гелиос- 44 79604 52 ш щвш ¡ÉBll

RMS = 1.403 мкм RMS = 1.0065 мкм

Исследование объектива изофотометрическим теневым методом выполнялось на коллиматорной установке при однократном прохождении пучков лучей. Цена шага полосы в восстановленной интерферограмме в программе Zebra Simulator составляет для изофотометрического теневого метода 1L

Исследование объектива классическим интерференционным методом выполнялось в автоколлимационной схеме при двукратном прохождении пучков лучей. Цена шага полосы интерферограммы составляет 1/2.

Объектив Гелиос - 44 с заводским номером 8981272.

1) Исследование изофотометрическим теневым методом.

Полученное в результате исследования изофотометрическим теневым

методом значение RMS:

RMS = 0.747 мкм.

2) Исследование на интерферометре Физо классическим интерференционным методом.

Значение RMS, указанное после обработки интерферограммы в программе «Tiger», составило RMS = 1.435 мкм.

Поскольку цена шага полосы интерферограммы составляет У2, то в данном случае реальное значение RMS, полученное при исследовании на интерферометре Физо, рассчитывается как RMS = 1.435 /2:

RMS =0.7175 мкм.

Объектив Гелиос - 44 с заводским номером 79604 52.

1) Исследование изофотометрическим теневым методом.

Полученное в результате исследования изофотометрическим теневым

методом значение RMS:

RMS = 1.403 мкм.

2) Исследование на интерферометре Физо классическим интерференционным методом.

Значение RMS, указанное после обработки интерферограммы в программе «Tiger», составило RMS = 2.013 мкм.

Поскольку цена шага полосы интерферограммы составляет А/2, то в данном случае реальное значение RMS, полученное при исследовании на интерферометре Физо, рассчитывается как RMS = 2.013 /2:

RMS = 1.0065 мкм.

Таким образом, сходимость результатов значений RMS ^ полученных изофотометрическим теневым методом и контрольным измерением на интерферометре Физо, в показанной проведенной программе исследований достигнута на уровне 4%.

В работе приведены основные результаты и выводы, описаны основные достоинства предлагаемого количественного теневого метода.

Заключение. Впервые в мировой практике теневой метод Фуко, который широко применяется с середины 19-го века для контроля и исследования характера ошибок и аберраций оптических систем, превращен в метод соответствующих количественных оценок и измерений.

Отмечено, что разработанный новый оригинальный количественный теневой метод исследования оптических систем в современной компьютерной реализации указывает на перспективы создания автоматизированного измерительного комплекса контроля волновых аберраций, а также ошибок прецизионных оптических поверхностей, вместе с расчетом всех необходимых характеристик качества изображения, даваемого контролируемой системой.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

Публикации из перечня ВАК:

1. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Реализация современного количественного теневого метода. Известия Вузов. Приборостроение. - 2014. Т. 57. -№3. - С. 68-73.-0,38 п. л./0,19 п. л.

2. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Разработка современного количественного теневого метода оценки параметров качества оптической системы. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2014. - №3. - С. 65 - 69. -0,5 п. л./0,25 п. л.

3. Зацепина М. Е., Кирилловский В. К. Исследование качества изображения объектива Гелиос - 44 количественным изофотометрическим теневым методом: Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2014. - №4. - С. 67 - 73. -0,5 п. л./0,25 п. л.

Прочие публикации:

4. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Современный количественный теневой метод с применением средств компьютерных технологий. Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2013. - №2(171). - С. 226-230. -0,5 п. л./0,25 п. л.

5. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Исследование и компьютеризация теневого метода Фуко. Альманах научных работ молодых ученых. - СПб: НИУ ИТМО. - 2012. - С. 85 - 90. - 0,38 п. л./0,19 п. л.

6. Зацепина М.Е, Кирилловский В.К. Разработка количественного теневого метода. Сборник тезисов докладов конгресса молодых учёных, Выпуск 2. Труды молодых учёных/ Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб: НИУ ИТМО. - 2012. - С. 32 - 34. - 0,19 п. л./0,1 п. л.

7. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Актуальный метод компьютерной расшифровки теневой картины линейной решётки с целью высокоточного измерения деформаций полированной поверхности. Материалы всероссийской Молодёжной научной школы «Как превратить научную идею в эффективную заявку на фант». - СПб: Изд-во Политехи. Ун-та. - 2012. -С. 32-34,-0,19 п. л./0,1 п. л.

8. Зацепина М. Е., Кирилловский В.К. Современный метод количественной расшифровки теневой картины линейной решётки. Труды 10 Международной конференции «Прикладная оптика-2012». Санкт-Петербург. Т. 2,- СПб: Труды оптического общества им. Д. С. Рождественского - 2012. -С. 130-133.-0,25 п. л./0,13 п. л.

9. Зацепина М.Е. Систематизация и исследование количественных теневых методов. Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых, Выпуск 2. - СПб: НИУ ИТМО - 2013. - С. 17-19. - 0,13 п. л.

10. Зацепина М. Е. Классический теневой метод ножа Фуко и модернизированный количественный теневой метод. Инновации в экономике, проектном менеджменте, образовании, юриспруденции, социологии, медицине, экологии, философии, психологии, физике, технике и математике: Сборник научных статей по итогам Международной заочной научно-практической конференции, 29-30 апреля 2013 года, г. Санкт-Петербург. - СПб.: Изд-во «КультИнформПресс» - 2013. - С. 96-99. - 0,25 п. л.

11. Зацепина М.Е., Кирилловский В.К. Схемное решение установки для определения ошибок волнового фронта современным количественным теневым методом повышенной точности. Сборник трудов Международной конференции и семинаров. Т.1. «0птика-2013». Санкт-Петербург. 14-18 октября 2013 / Под ред. проф. В.Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова.- СПб: НИУ ИТМО -2013. - С. 310-312. - 0,19 п. л./0,1 п. л.

2014154331

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел.(812)233 46 69. Объем 1,0 у.п.л. Тираж 100 экз.

2014154331