Качество изображения микрообъектива

В настоящее время общепринятым методом контроля микрообъективов в производственных условиях является визуальное исследование структуры дифракционного изображения светящейся точки. Визуально оцениваются неравномерность яркости первого дифракционного кольца, нарушение его симметрии при расфокусировке, смещение колец относительно дифракционного максимума, т.е. те искажения, которые свидетельствуют о качестве сборки микрообъектива. Этой операции предшествует контроль отдельных элементов объектива на всех стадиях производственного процесса. Материал оптических деталей отбирается по высшим категориям однородности и бессвильности. Все оптические детали в процессе их изготовления контролируются на соответствие допускам, указанным в технической документации. Вместе с тем известно, что в процессе склеивания линз и крепления компонентов в оправах могут возникать напряжения, деформирующие рабочие поверхности компонентов и вызывающие в результате этого искажения в структуре дифракционного изображения точки. Опасность этих деформаций для серийного выпуска объективов заключается в том, что при недостаточно чувствительных методах пооперационного контроля брак может обнаружиться только в готовом объективе.

В соответствии с существующими методами контроля исследуемый компонент устанавливается в микроскопе с механической длиной тубуса 160 мм вместо микрообъектива, изображение светящейся точки рассматривается через окуляр, увеличение которого выбирается из условия полезного увеличения микроскопа:
Г = V_кГ_ок = 500÷1000 А,
где V_к – увеличение микроскопа в компоненте в микроскопе;
Г_ок – видимое увеличение окуляра;
А – числовая апертура компонента.

Однако, компоненты объективов в отличие от самих объективов не имеют самостоятельной коррекции аберраций. Как показывают результаты расчета большей части выпускаемых микрообъективов, сферическая аберрация компонентов в условиях контроля превышает в волновой мере 2-3λ, т.е. находится далеко за пределами допуска, устанавливаемого критерием Релея. Влияние этой аберрации на распределение энергии в исследуемом кружке может значительно превысить влияние ошибок изготовления, что неизбежно приведет к попаданию на сборку узлов, в которых погрешности технологического процесса вызвали искажения волнового фронта, меньшие аберраций компонентов в контролируемом положении, но соизмеримые с аберрациями самих микрообъективов.

Для склеенных компонентов независимо от их аберраций в системе объектива может существовать положение плоскости предмета и изображения, при котором сферическая аберрация имеет минимальное значение, удовлетворяющее для большей части компонентов критерию Релея. Это положение можно назвать положением наилучшей установки.

Изменение отрезка s в некоторых пределах на остаточную сферическую аберрацию компонентов позволяет оптимизировать сферическую аберрацию в соответствии с допуском, установленным критерием Релея.

Условие существования для компонентов микрообъективов положения наилучшей установки определяет возможность повышения чувствительности методов контроля компонентов по виду дифракционного изображения точки и позволяет повысить точность контроля центрировки линз в процессе склеивания. Таким образом, на стадии операции склеивания линз создается возможность обнаружения деформаций их поверхностей, вызванных неравномерностью слоя клея, и одновременно контроля центрировки этих поверхностей. Это условие справедливо не только для объективов с ахроматическим типом коррекции аберраций, но и для многих апохроматов и объективов с плоским полем изображения.