Способ определения оптических характеристик длиннофокусных объективов Советский патент 1983 года по МПК G01M11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении оптических характеристик (фокусного расстояния, аберраций, формы каустической поверхности) длиннофокусных объективов, например газовых линз.

Известны способы определения оптических характеристик газовых линз с помощью теневых приборов.

Известен способ расфокусированной диафрагмы, позволяющий измерить угол отклонения светового пучка путем замера смещения теней диафрагмы 1.

Недостатками этого способа являются трудоемкость определения оптических характеристик и необходимость в течение длительного времени, требующегося для проведения измерений, поддерживать неизменными с высокой точностью термогидродинамические параметры течения газа в линзе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ опре деления оптических характеристик длиннофокусных объективов с помощью встречных труб.

Способ заключается в следующем. Пучок света из коллиматора, выставленного на бесконечность, направляют на зрительную трубу и изображение биссектора коллиматора наблюдают в бесконечности. Между коллиматором и зрительной трубой помещают газовую линзу и для наблюдения биссектора коллиматора, который находится в фокальной плоскости газовой линзы, перефокусируют зрительную трубу. По величине перефокусировки зрительной трубы и ее фокусному расстоянию определяют фокус газовой линзы 2.

Недостатки способа заключаются в ограниченности информации о газовой линзе: он позволяет определить только фокусное расстояние ее. Определить же сечение каустической поверхности и те зоны линзы, которые вносят наибольшие аберрации в пучок этим способом невозможно.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей измерения характеристик длиннофокусных объективов за счет определения не только фокусного расстояния, но и различных сечений каустической поверхности, сферической и других аберраций.

Цель достигается тем, что формируют пучок точечного, кольцевого или круглого сечения с тест-объектом или без него в фокусе коллиматора, просвечивают объект, затем пучок направляют в систему двух зеркал, по крайней мере, первое из которых полупрозрачное, регистрируют на фотопластинке полученное распределение почернений в виде концентрических зон, колец, точек ступенчато изменяющейся к оптической оси

интенсивности, фотометрируют и определяют фокусное р.асстояние по формуле

F(r) (О

где F(r) - фокусное расстояние газовой

линзы,

Г-азимутальная координата круглого пучка, кольца, точки; Ь - расстояние между зеркалами; fj -расстояние между соседними кольцами или точками, а также щирина кольца равной интенсивности круглого пучка.

На фиг. 1, 2 и 3 приведены оптические схемы реализации способа; на фиг. 4, 5 и б -фотографии результатов измерений.

Пример 1. Оптическая схема реализации способа приведена на фиг. 1. Коллиматор 1 посылает на газовую линзу 2 параллельный пучок. Деформированная линзой волна попадает в систему из двух полупрозрачных зеркал 3 и 4, за которыми расположена фотопластинка 5. Направление движения лучей показано стрелками 6. На фотопластинке фиксируется несколько сечений каустики, взятых на удвоенном расстоянии зеркал друг от друга.

Принцип работы оптической системы для таких измерений следующий. Параллельный пучок света после фокусировки газовой линзой направляется в пространство между зеркалами и на каждом проходе часть сходящегося пучка попадает на фотопластинку, расположенную вне этого пространства. На выходе за зеркалом наблюдается картина, состоящая из кольцевых зон возрастающей к центру интенсивности. На фиг. 4 приведена фотография этих .кольцевых зон. Определяя фотометрированием линейные размеры кольцевых зон, находим фокусное расстояние по формуле

F(r) ,

гдеР(г)-искомое фокусное расстояние; г - радиус пучка;

t - расстояние между зеркалами; t) - щирина кольца равной интенсивности.

Границы между двумя соседними кольцами на фиг. 4 являются сечениями каустики. Эти сечения , количество которых может быть увеличено за счет изменения расстояния между зеркалами, позволяют построить каустическую поверхность линзы.

Количество необходимых сечений может быть ограниченовведением фильтра переменной плотности перед системой зеркал.

Пример 2. За основу взята оптическая схема, которая показана на фиг. 2.

Схема содержит коллиматор 1, газовую линзу 2, зеркала 3 и 4, фотопластинку 5, ход лучей 6. Дополнительным элементо.м является диафрагма 7, выполненная в виде кольцевой щели. При ее установке на фотопластинке получается система светлых колец, образующихся при многократных отражениях светового пучка (фиг. 5). Форма колец отражает поведение пучка, прошедшего линзу на выбранном расстоянии от ее оси. Фотометрируя распределение интенсивности на фиг. 5 по выбранному направлению, измеряют расстояния и по формуле (1) находят фокусное расстояние для данной зоны линзы. Имея данные по фокусным расстояниям для колец различного диаметра, определяют сферическую аберрацию и форму каустической поверхности. Пример 3. Оптическая схема измерений приведена на фиг. 3, содержащая газовый лазер 1, диафрагму 2, газовую линзу 3, систему зеркал 4 и 5, фотопластинку 6. Посылая от лазера луч на определенной координате в газовую линзу, получают на фотопластинке систему точек (фиг. 6), расстояние между которыми определяется фокусным расстоянием газовой линзы. Направляя луч в линзу параллельно ее геометрической оси и изменяя координату запуска луча, получают зависимость фокусного расстояния от координаты, включающую полную информацию об аберрациях линзы. Предлагаемый способ позволяет применительно к длиннофокусным объективам получить больщее количество характеристик (сечения каустической поверхности и аберрации). В отличие от способа встречных труб он применим и для линз с большими аберрациями, не позволяющими получение изображения тест-объекта в поле зрительной трубы. Способ менее трудоемок в работе. Например, при определении фокусного расстояния газовой линзы теневым методом приходится в течение нескольких часов произвести сотни замеров. При этом из-за длительности процесса измерения, нестабильности характеристик газового потока, а также возможных изменений внешних условий (температура в помещении, влажность, движение воздуха) точность измерений не может быть высокой. Предлагаемый способ позволяет получить ту же информацию за одно измерение и с большей точностью.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛИННОФОКУСНЫХ ОБЪЕКТИВОВ, включающий формирование пучка точечного, кольцевого и круглого сечения с тест-объектом и без него в фокусе коллиматора, просвечивание объекта, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерения характеристик длиннофокусных объективов за счет определения различных сечений каустической поверхности, сферической и других аберраций для пучка, после прохождения объектива обеспечивают многократное отражение пучка .между двумя параллельными поверхностями, регистрируют на фотопластинке полученное распределение почернений .в виде концентрических зон, колец, точек ступенчато изменяющейся к оптической оси интенсивности, фотометрируют и определяют фокусное расстояние по формуле гдеР(Г) -фокусное расстояние; (Л f-азимутальная координата круглого пучка, кольца, точки; {) расстояние между зеркалами; и-расстояние между двумя соседними кольцами или точками, а также ширина кольца равной интенсивности круглого пучка. 4 00 со о