УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОБЪЕКТИВОВ Российский патент 2006 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для технологического и аттестационного контроля качества объективов оптических приборов.

Известно устройство для измерения функции передачи модуляции (ФПМ) крупногабаритных объективов, содержащее щелевую диафрагму, установленную в фокальной плоскости объектива коллиматора, которая подсвечивается лампой накаливания через конденсорные линзы и светофильтры, причем щелевая диафрагма оптически сопряжена с фокальной плоскостью испытываемого объектива, проекционный объектив и ПЗС линейку. Проекционный объектив переносит изображение щелевой диафрагмы в плоскость ПЗС линейки (В.И.Бузанов. КП ЦКБ "Арсенал" - ведущий разработчик оптических и оптико-электронных приборов и систем в Украине. Сб. МАК "Контенант" - 2002, октябрь, с.6-10).

Недостатком известного устройства является наличие проекционного объектива, который как дополнительный оптический компонент вносит погрешность при измерении частотно-контрастных характеристик объектива, а изображение щелевой диафрагмы в плоскости ПЗС линейки вызывает необходимость сложной математической обработки полученных результатов.

Известно устройство для осуществления контроля качества объектива (Россия, изобретение, патент №2078360, МПК⁶ G 02 B 23/00, G 01 M 11/00, опубликован 27.04.1997 г.), выбранное за наиболее близкий аналог заявляемого изобретения, состоящее из центрального и полевого коллиматоров, проекционного объектива и средства для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ-камеры. Каждый коллиматор включает расположенные на одной оптической оси светодиоды, конденсор, набор штриховых мир, например мир Фуко, объектив и защитное стекло. Причем штриховая мира устанавливается в фокальной плоскости объектива соответствующего коллиматора. Наличие двух коллиматоров позволяет определить качество объектива в центре (с помощью центрального коллиматора) и на краю поля зрения (с помощью полевого коллиматора), при этом изображения штриховых мир (центрального и полевого коллиматоров), полученные в плоскости фоточувствительной площадки ПЗС матрицы, не требуют сложной математической обработки полученных результатов.

К недостаткам близкого аналога следует отнести наличие проекционного объектива, вносящего погрешность при измерении частотно-контрастных характеристик объектива, и громоздкость устройства ввиду наличия двух коллиматоров.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является упрощение конструкции и повышение точности контроля качества объективов с разными фокусными расстояниями.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что на одной оптической оси последовательно расположены источник света, штриховая мира с пространственной частотой N_i, например мира Фуко, объектив коллиматора, средство для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ-камеры.

Новизна состоит в том, что штриховая мира снабжена механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси и расположена в фокальной плоскости контролируемого объектива, а фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ-камеры расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора, фокусное расстояние которого выбирают из условия:

где f_к - фокусное расстояние объектива коллиматора, мм;

f_об - фокусное расстояние контролируемого объектива, мм;

р - размер пикселя ПЗС матрицы, мм (р˜0,006 мм);

N_i - пространственная частота, л/мм.

Кроме того, средство для обработки и получения информации выполнено в виде последовательно соединенных ТВ-камеры с ПЗС матрицей, ТВ-индикатора и осциллографа, при этом между источником света и штриховой мирой расположено молочное стекло, обеспечивающее равномерную засветку штриховой миры, а между молочным стеклом и штриховой мирой может быть введен сменный светофильтр, позволяющий выделить определенный спектральный диапазон, в котором производятся измерения качества объективов с разными фокусными расстояниями.

Штриховая мира с заданной пространственной частотой N_i позволяет измерять коэффициент передачи контраста любых объективов на пространственной частоте N_i.

Механизм перемещения штриховой миры перпендикулярно оптической оси позволяет проводить измерения на любом угле поля зрения объективов и исключает необходимость наличия дополнительного (полевого) коллиматора.

Расположение штриховой миры в фокальной плоскости контролируемого объектива, а фоточувствительной площадки ПЗС матрицы ТВ-камеры в фокальной плоскости объектива коллиматора позволяет получить изображение штриховой миры в плоскости фоточувствительной площадки ПЗС матрицы ТВ-камеры, что дает возможность исключить такой оптический компонент, как проекционный объектив, и, таким образом, уменьшить ошибку измерений. Кроме того, в отличие от прототипа, где при проверке качества объективов с различными фокусными расстояниями на одинаковых пространственных частотах необходимо устанавливать разные расчетные штриховые миры, проверка качества объективов с различными фокусными расстояниями на одинаковых пространственных частотах в заявляемом изобретении производится с использованием одной и той же штриховой миры.

Значение фокусного расстояния объектива коллиматора, выбранное по формуле (1), позволяет проводить измерения качества объективов с заданной точностью.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом схемного решения устройства.

Устройство для контроля качества объективов состоит из последовательно расположенных на оптической оси лампы 1, которая через молочное стекло 2 освещает штриховую миру Фуко 3. Для выделения определенного спектрального диапазона между молочным стеклом 2 и штриховой мирой Фуко 3 установлен светофильтр 4. Штриховая мира Фуко 3 установлена в фокальной плоскости контролируемого объектива 5 и снабжена механизмом для перемещения перпендикулярно оптической оси (на чертеже не показано). За контролируемым объективом 5 расположен объектив коллиматора 6 и средство для обработки и получения информации. Средство для обработки и получения информации включает ТВ-камеру 7 с ПЗС матрицей, телевизионный ТВ-индикатор 8 и осциллограф 9. При этом фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ-камеры 7 расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора 6, выбранного согласно расчетной формуле (1) из стандартного комплекта оптической скамьи.

Контроль качества объективов в центре поля зрения в заданном спектральном диапазоне проводят следующим образом.

Устанавливают оптическую ось контролируемого объектива 5 соосно оптической оси объектива коллиматора 6. Изображение штриховой миры Фуко 3 посредством контролируемого объектива 5 и объектива коллиматора 6 переносится в плоскость фоточувствительной площадки ПЗС матрицы ТВ-камеры. На экране ТВ-индикатора 8 наблюдают изображение миры Фуко 3 и перемещением вдоль оптической оси ТВ-камеры 7 добиваются резкого изображения штрихов миры Фуко 3 на ТВ-индикаторе 8. Подключают осциллограф 9, выделяют центральную строку ПЗС матрицы ТВ-камеры 7 и перемещением вдоль оптической оси ТВ-камеры 7 добиваются максимального сигнала по осциллографу 9. По осциллографу 9 снимают значение соответствующее максимальной (U_мак) и минимальной (U_мин), амплитудам сигнала и определяют контраст T_N для пространственной частоты N_i по известной формуле:

Для определения коэффициента передачи контраста на следующей пространственной частоте N_i+1 в фокальную плоскость контролируемого объектива 5 устанавливают штриховую миру Фуко 3 с пространственной частотой N_i+1 и проводят определение коэффициента передачи контраста для этой частоты, как описано выше.

Контроль качества объективов по краю поля зрения на углу β в заданном спектральном диапазоне проводят следующим образом.

Штриховую миру Фуко 3 с помощью механизма перемещения сдвигают перпендикулярно оптической оси на величину Δ мм, которую определяют по формуле:

Затем контролируемый объектив 5 поворачивают на угол β так, чтобы изображение штриховой миры Фуко 3 было видно на индикаторе 8. Измерение контраста производят описанным выше способом. Наличие механизма перемещения штриховой миры позволяет проводить измерения на любом угле β поля зрения и исключает громоздкость устройства в отличие от прототипа.

Изделие, в котором использована совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, прошло в 2003 г. - 2004 г. на ФГУП "ПО "УОМЗ" промышленные испытания с хорошим техническим результатом.

Устройство может быть использовано для технологического и аттестационного контроля качества объективов. Устройство включает последовательно расположенные на одной оптической оси источник света, штриховую миру с пространственной частотой N_i, объектив коллиматора и средство для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ-камеры. Штриховая мира снабжена механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси и расположена в фокальной плоскости контролируемого объектива. Фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ-камеры расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора, фокусное расстояние которого выбирают из условия: f_к≥6·р·N_i·f_об, где f_к - фокусное расстояние объектива коллиматора, мм; f_об - фокусное расстояние контролируемого объектива, мм; р - размер пикселя ПЗС матрицы, мм (р˜0,006 мм); N_i - пространственная частота, л/мм. Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности контроля качества объективов с разными фокусными расстояниями. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля качества объективов, включающее расположенные на одной оптической оси источник света, штриховую миру с пространственной частотой N_i, например миру Фуко, объектив коллиматора, средство для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ камеры, отличающееся тем, что штриховая мира снабжена механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси и расположена в фокальной плоскости контролируемого объектива, а фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ камеры расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора, фокусное расстояние которого выбирают из условия

f_к≥6·p·N_i·f_об,

где f_к - фокусное расстояние объектива коллиматора, мм;

f_об - фокусное расстояние контролируемого объектива, мм;

р - размер пикселя ПЗС матрицы, мм (р˜0,006 мм);

N_i - пространственная частота, л/мм.