АВТОКОЛЛИМАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01M11/02 

Существует множество различных способов измерения фокусного расстояния, часть из которых можно отнести к автоколлимационным способам. Одним из таковых является способ М.М.Русинова (Афанасьев В.А. Оптические измерения. М., Высшая школа. 1981 г., стр.146,47), который предусматривает измерение фокусного расстояния путем нахождения двух автоколлимационных изображений при двух разных положениях автоколлимационного прибора, двух разных зеркалах (вогнутого и плоского) и измерения расстояния между двумя положениями автоколлимационных изображений, расположенных на оптической оси объектива. Однако данный способ предусматривает наличие двух точных зеркал, качество которых не должно влиять на качество измеряемого объектива, кроме того, настройка вогнутого зеркала при данном способе весьма трудоемка. Дополнительно требуется наличие автоколлимационного прибора, который сам по себе является дорогостоящим инструментом. Кроме этого, существуют объективы, где этот способ не может быть принципиально использован. Другая часть способов измерения фокусного расстояния основывается на использовании коллиматоров. При измерении фокусных расстояний длиннофокусных объективов требования к коллиматору выливаются в габариты и стоимость, которые могут себе позволить только крупные предприятия. С целью удешевления процесса измерения фокусных расстояний длиннофокусных объективов в области нечувствительности человеческого глаза, автором предложен новый автоколлимационный способ. Особенностью данного способа является использование известного способа нахождения фокальной плоскости автоколлимационным методом, предложенным автором в заявке RU 2011100518.

3. Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача осуществления простого и дешевого способа измерения фокусных расстояний длиннофокусных объективов в области нечувствительности человеческого глаза. Этот способ основывается на известном способе нахождения фокальной плоскости автоколлимационным методом, предложенным автором в заявке RU 2011100518. Сущность этого способа заключается в установлении в одной плоскости, близкой к фокальной, источника излучения (3) и плоскости чувствительных элементов матричного приемника (2). На входе объектива перед первой оптической поверхностью, перпендикулярно оптической оси, устанавливают плоское зеркало (1) и создают автоколлимационную схему. Далее наблюдают изображение источника излучения с устройства визуализации изображения, захваченного матричным приемником. Для установки жестко скрепленной сборки источник-матрица в фокальную плоскость, эту сборку передвигают по оптической оси и по критерию максимальной четкости изображения фиксируют положение фокальной плоскости. Для измерения фокусного расстояния необходимо установить перпендикулярно оптической оси объектива оптический рельс и передвинуть сборку источник-матрица в крайнее по полю положение. Далее разворачивают плоское зеркало и приводят изображение источника в плоскость матрицы. Разность измеренных значений этих двух положений сборки источник-матрица (d), деленное на тангенс угла поворота плоского зеркала (А), есть фокусное расстояние объектива f'.

Осуществление изобретения

Авторский способ измерения фокусного расстояния был использован при измерении фокусного расстояния фотографического объектива с фокусным расстоянием 1800 мм и ахроматизированного в видимой области. Необходимо было измерить фокусное расстояние на длине волны 1,06 мкм. Готовых автоколлимационных приборов для данной длины волны на предприятии не было. Разработка и изготовление такого прибора заняла бы в современных условиях более года. Расчетное значение фокусного расстояния на 1,06 мкм у специалистов доверия не вызывало из-за отсутствия достоверных точных значений показателей преломления стекол, входящих в состав данного объектива. Все вышеизложенное привело автора к созданию простого способа, сущность которого видна из схемы измерения. В качестве источника использовался светодиод с длиной волны излучения 1,06 мкм, в качестве матричного приемника использовалась кремниевая ПЗС-матрица с устройством видеозахвата и визуализацией изображения. Расстояние d было измерено с неопределенностью ±0,01 мм, угол A был измерен с неопределенностью ±2 угловые секунды, это привело к результату измерения f с неопределенностью ±2 мм. Причем по результатам измерения, сомнения специалистов в достоверности рассчитанного значения фокусного расстояния подтвердились. Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет простым и дешевым способом измерить фокусное расстояние объектива вне диапазона чувствительности человеческого глаза.

Способ включает использование автоколлимационного плоского зеркала, установленного перед последней по ходу лучей от фокальной плоскости оптической поверхностью объектива. В одной плоскости, близкой к фокальной, вместе с источником излучения устанавливают матричный приемник излучения с устройством визуализации, приводят автоколлимационное изображение источника излучения, отраженное от плоского зеркала, в плоскость матрицы приемника излучения, перемещают жестко скрепленную сборку источник-матричный приемник в направлении к объективу или от него. Наблюдая на устройстве визуализации изображение источника, находят фокальную плоскость по одному из известных критериев качества изображения источника. По установленному перпендикулярно оптической оси объектива оптическому рельсу передвигают в крайнее положение по полю зрения сборку источник - матричный приемник, поворотом плоского зеркала приводят автоколлимационное изображение источника в плоскость матричного приемника, измеряют линейное смещение сборки относительно оптической оси d и угол поворота автоколлимационного зеркала A и находят фокусное расстояние объектива f′=d/tgA. Технический результат - упрощение измерения фокусных расстояний длиннофокусных объективов. 1 ил.

Способ измерения фокусного расстояния автоколлимационным методом, в котором перед последней по ходу лучей от фокальной плоскости оптической поверхностью объектива устанавливают автоколлимационное плоское зеркало, отличающийся тем, что в одной плоскости, близкой к фокальной, вместе с источником излучения устанавливают матричный приемник излучения с устройством визуализации, приводят автоколлимационное изображение источника излучения, отраженное от плоского зеркала, в плоскость матрицы приемника излучения, перемещают жестко скрепленную сборку источник-матричный приемник, в направлении к объективу или от него, наблюдая на устройстве визуализации изображение источника, находят фокальную плоскость по одному из известных критериев качества изображения источника, далее по заранее установленному перпендикулярно оптической оси объектива оптическому рельсу передвигают в крайнее положение по полю зрения сборку источник-матричный приемник, поворотом плоского зеркала приводят автоколлимационное изображение источника в плоскость матричного приемника, измеряют линейное смещение сборки относительно оптической оси (d) и угол поворота автоколлимационного зеркала (A) и по известной формуле находят фокусное расстояние объектива f′=d/tgA.