Устройство для юстировки оптической системы высокоскоростной камеры Советский патент 1986 года по МПК G03B43/00 

1

Изобретение относится к оптико- механической промышленности, в частности к приборам, с помощью которых определяется фотографическая разрешающая способность высокоскоростных камер для фотографической регистрации быстропротекаю- щих процессов.

Цель изобретения - повьшение качества юстировки.

На фиг. 1 показана принципиальная оптическая схема устройства для юстировки оптической системы высокоскоростной камеры с промежуточным изображением апертурной диафрагмы, на фиг. 2 - пример выполнения миры для определения фотографической разрешающей способности высокоскоростной камеры на фиг. 3 - пример выполнения второй, дополнительной, миры, оптически сопряженной с мирой, показанной на фиг. 2; на фиг. 4 - пример выполнения съемной пластины с окном и прорезями за границами окна; на фиг. 5 - пример выполнения пластины с фотоприемниками, устанавливаемой в плоскости промежуточного изображения апертурной диафрагмы испытуемой камеры; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Б-Б на фиг. 6 на фиг. 8 - изображение, образующееся в каждом кадре на фотопленке при определении фотографической разрешающей способности высокоскоростной камеры, па фиг. 9- образование полос переналожения и принцип измерения остаточного сдвига изображения по смещению полос переналожения .

Устройство для юстировки оптической системы высокоскоростной камеры с промежуточным изображением апертурной диафрагмы содержит объектив 1, в фокальной плоскости которого установлена мира 2, импульсный источник света 3, между мирой 2 и импульсным источником света 3 установлено молочное стекло 4, дополнительный импульсный источник света 5, между импульсным источником света 5 и мирой 2 расположено молочное стекло 6, источник постоянного света 7. Импульсные источники света 3, 5 установлены по обе стороны от источника постоянного света 7 и изолированы друг от друга и от источника постоянного света 7 светоне- проницаемьм кожухом 8 с перегород215080 . 2

ками 9, устройство содержит вторую миру 10, которая расположена под углом к мире 2 и оптически сопряжена с мирой 2 через полупрозрачное

5 зеркало 11. Между второй мирой 10 и импульсным источником света 5 расположено молочное стекло 12. Испытуемая высокоскоростная камера 13 установлена перед объективом 1 уст10 ройства. В плоскости апертурной диафрагмы 14 камеры 13 установлена съемная пластина 15 с окном 16 и прорезями 17, за границами окна 16, причем прорези 17 сделаны в направ15 лении, перпендикулярном остаточному сдвигу изображения, а ширина окна 16 равна пшрине апертурной диафрагмы камеры в направлении остаточного сдвига изображения. В плоскости

20 промежуточного изображения апертурной диафрагмы камеры 13 установлены пластины 18 с фотоприемниками 19, которые через оптическую систему камеры 13 и призмы 20 сопряже25 ны с пластиной 15. Фотоприемники 19 через блоки запуска 21 соединены с импульсными источниками света 3,5. Мира 2 вьшолнена непрозрачной с прозрачными вертикальной 22 и горизон3Q тальной 23 полосами, которые делят миру на четыре попарно симметричные относительно вертикальной полосы 22 сектора с набором прозрачных штрихов 24 в одной половине миры, причем расстояние между штрицами соответствует разрешающей способности камеры в статике, в другой половине миры с прозрачными, расположенными под углом к горизонтали (вертикали полосами 25 с шагом, превьш1а- ющим разрешающую способность испытуемой высокоскоростной камеры. Вертикальная полоса 22 миры 2 параллельна направлению остаточного сдвига изображения в испытуемой высокоскоростной камере 13, а полоса 23 перпендикулярна этому направлению.

Вторая мира 10 разделена горизонтальной по отношению к направлению остаточного сдвига изображения в ис пытуемой высокоскоростной камере

13 прозрачной полосой 26 на две половины, одна из которых непрозрачна, а другая выполнена с горизонтальными прозрачными полосами 27 с ша55 гом, превьшхающим разрешающую способность испытуемой камеры 13.

Полоса 26 миры 10 и полоса 23 миры 2 параллельны и сопряжены оп35

40

45

тически посредством зеркала 11 (на фиг. 1 устройство развернуто относительно оптической оси объектива 1 на 90° для наглядности).

Между призмами 20 и фотоприемниками 19 установлены подвижные пластины 28 с прорезями 2.9. Пластины 28 имеют возможность перемещаться в направлении смещения изображения апертурной диафрагмы.

Ширина светового окна пластины 18 равна ширине изображения светового окна 16 съемной пластины 15. Кожух 8 с перегородками 9 и проре зью 30 охватьшает источники света 3, 5, 7 и миры 2, 10, причем прорезь 30 в кожухе 8 состыкована с вертикальной прозрачной полосой 22 на мире 2.

Устройство работает следующим образом.

Испытуемую высокоскоростную камеру 13 устанавливают перед устройством. В корпусе камеры в плоскости апертурной диафрагмы устанавливают съемную пластину 15, а в плоскости промежуточного изображения апертурной диафрагмы устанавливают пластину 18 с фотоприемниками (фотодиодами) 19. Изображение апертурной диафрагмы 14 и съемной пластины 15 переносится оптической системой камеры и зеркальным многогранником в плоскость промежуточного изображения апертурной диафраг- Mbi, в которой установлена пластина 18. При вращении зеркального многогранника камеры изображение апертурной диафрагмы 14 камеры 13 скользит по пластине 18, осуществляя световой затвор. При совпадении изоражения окна апертурной диафрагмы

14с окном в пластине 18 происходит экспозиция изображения объекта съемки на пленке в камере 13. Предварительно устройство настраивается на измерение оста.точного сдвига изображения относительно пленки. Для этого подвижкой пластины 28 вдоль направления смещения изображения апертурной диафрагмы добиваются того, чтобы изображение одной из прорезей 17 окна 16 совместилось бы со щелевидной прорезью 29 пластины 28 в момент начала перемещения изображения окна 16 съемной пластины

15по окну в пластине 18 при вращении многогранника камеры.Подвижкой второй пластины 28 вдоль направле215080

ния смещения изображения апертурной диафрагмы добиваются совмещения второй прорези 17 окна 16 с прорезью 29 пластины 28 в момент оконча- 5 ния перемещения изображения окна 16 в пластине 15 по окну в пластине 18. Включают питание импульсных источников света 5, 3 и источника постоянного света 7. Заряжают камеру

10 13 пленкой и приводят во вращение зеркальный многогранник и барабан с пленкой. Источник постоянного света 7 через прорезь 30 освещает вертикальнзто прозрачную полосу 22

15 миры 2. При этом с помощью объектива 1 освещается равномерно съемная пластина 15. При вращении зеркального многогранника камеры 13 изображение съемной пластины 15 сколь20 зит по пластине 18. В начале экспозиции одного кадра произойдет совпадение изображения прорези 17 съемной пластины 15 со щелевидной прорезью 29 в пластине 28 (после от25 ражения от призмы 20) и свет попадет на фотодиод 19. Сигнал от фотодиода 19 пойдет на один из блоков запуска 21 и произойдет срабатывание одного из импульсшях источников света 3 или 5, в начале экспозиции одного кадра срабатывает импульсный источник света 5. Тогда осветится половина миры 2 и вторая мира 10. Их изображение образуется на пленке испытуемой

камеры. В конце времени экспонирования этого же кадра изображения другой прорези 17 пластины 15 совпадет со щелевидной прорезью второй пластины 28 и свет после отражения от призмы 20 попадет на второй фотодиод 19. Сигнал с этого фотодиода пойдет на второй блок запуска 21 и сработает импульсный источник света 3, освещая вторую половину миры 2. В кадре камеры образуется картина, представленная на фиг. 8. По наборам прозрачных штрихов в верхней части картины, идущих под разными углами и с раз- 0 ным шагом, определяют статическую разрешающую способность высокоскоростной камеры. В нижней части изображения наблюдается муаровая картина с полосами переналожения, 5 которая образуется при наложении двух групп параллельных полос, угол 2 об между которыми в данном случае равен 10 . При наличии остаточного

30

40

сдвига изображения в испытуемой вы сокоскоростной камере 13 за время экспозиции одного кадра произойдет сдвиг изображений каждой половины миры 2 относительно друг друга вдоль полосы 22. Ввиду этого сдвига расстояния полос переналожения 1, и I, от вертикальной полосы являющейся изображением полосы 22 миры 2, будет разное. В отсутствие сдвига I,l2. Одновременно срабатывание импульсных источников равносильно отсутствию сдвига изображения одной половины миры относительно другой. По разности между величинами 1 и 1 определяют величину сдвига изображения относительно пленки и его направлению.Длительность импульса источника света в несколько десятков раз меньше вре менн экспозиции каждого кадра, поэтому на определенную таким образом статическзпо фотографическую разрешающую способность высокоскоростной камеры не оказывают влияния ошибки динамики, в частности, остаточный сдвиг изображения относительно пленки. Полученные после измерения величина статической фотографической разрешающей способности, а так;же величина и направление остаточного сдвига используются для дополнительной юстировки с целью повьш1ения разрешающей способности.

Рассмотрим подробно вопрос о смещении полос перенапожения, или комбинационных полос. Пусть имеется группа параллельных горизонтальных полос с шагом t, (фиг. 9). На эту группу накладьшается вторая группа параллельных полос с шагом 12 и под углом об к первой группе. В этом случае образуются комбинационные (темные и светлые) полосы с шагом Т. Найдем величину этого шага. Проведем через точку О вспомогательную прямую КК (фиг. 9). Обозначим углы от этой прямой к параллельным прямым и комбинационным полосам через /, jf и со . Тогда из треугольников МОР и MOB будем иметь

- ()

sin((-y) sin()

sin(/3-y) T sin(/3-co)

(2)

Из треугольников BON и AON будем иметь

t I

ti

(3)

sin (у-со) sin()

Обозначим сторону АВ треугольни ка БОА через С, тогда по теореме синусов будем иметь:

t р

ъ U

t

sin(y-w) sin(p-co) si n()

Из выражений (2) и (U) будем иметь

Л)

15

:5,

Откуда Т i,

Принимая во внимание, что ft -У Pi и что С -Jt +t|-2t, t2.cos(|5-y), получим

Т

tr t,

(6)

,i2 С05Й

в данном случае параллельные линии нанесены с одинаковым шагом, т.е. t. Причем i выбирается таким, чтобы на пленке его величина была значительно больше разрешающей способности высокоскоростной камеры, экспериментально установлено, что в 3-5 раз. При разрешающей способности камеры 20 мин/мм в конкретном случае i выбрано равньм 0,2 мм. Тогда из (6) будем иметь

2

(7)

14г(1-со5ы.)

ci 2 sin При оС 5 получим

Т

0,2

2sin

2,3

(Та)

Т.е. при размерах кадра 7,5-10,5 мм на каждой половине кадра всегда будет по 2 комбинационных полосы

(вдоль длинной стороны).

Обозначим U-сдвиг наклонных линий в вертикальном направлении, а смещение комбинационных полос от этого сдвига в горизонтальном направлении - о . Тогда имеем зависимость

Si ot- .

(8)

Для данного случая, при об 5°, имеем

U 0,087- 8 мм

(9)

При сдвиге комбинационной полосы заведомо меньше, чем половина периода комбинационных полос, можно надежно определить как величину сдвига изображения, так и его направление. Так, при сдвиге наклонных линий (с шагом t, ) вверх (фиг. 9) комбинационные полосы сместятся влево, при сдвиге вниз - вправо. Предельный сдвиг наклонных линий в этом случае будет согласно (7а) и (9)

,087. 0,1 мм.

Если заранее неизвестна ориентировочная величина сдвига, т.е. больше он или меньше 0,1 мм, то определить величину сдвига и его направление затруднительно. В этом случае используются группы линий 31 и 32 (фиг. 8). При наличии остаточного сдвига произойдет и относительный сдвиг линий 32 относительно 31. Если он меньше 0,1 мм, то обнаружить его по этим линиям невозможно, поскольку он находится на пределе разрешения и его определяют по смещению комбинационны полос по формуле (9), если сдвиг заметен, то его измеряют непосредственно по сдвигу 32 относительно 31 .

Преобразуем выражение (9) для практического использования.

Так как при отсутствии остаточного сдвига расстояния 1j и 1 от комбинационной полосы до вертикальной разделительной линий будут равны, то сдвиг о можно определить как , ,

отсюда окончательно сдвиг определится

,087(, (10)

Расстояния 1 и Ig с достаточной вероятностью можно измерять с точностью 0,1-0,15 мм, тогда остаточный сдвиг в высокоскоростной камере можно оценить по формуле (10) с точностью 0,01 мм. Зная величину остаточного сдвига с такой точностью, можно юстировкой добиться.

что остаточный сдвиг на будет оказывать практического влияния на фотографическую разрешающую способ- 5 ностью высокоскоростной камеры.

Формула изобретения

1. Устройство для юстировки оп0 тической системы высокоскоростной камеры преимущественно с промежуточным изображением апертурной диафрагмы, содержащее объектив с первой мирой, размещенной в его фо5 кальной плоскости, за которой установлена светорассеивающая пластина и импульсный источник света, подключенный к первому источнику питания, отличающееся тем, что,

0 с целью повьшения качества юстировки, в устройстве за объективом размещено наклонное полупрозрачное зеркало, вторая мира с вторым устройством подсветки в виде импульсной

5 лампы, соединенной с вторым источником питания, в высокоскоростной камере в плоскости промежуточной апертурной диафрагмы установлена пластина, выполненная с окном и про0 резями за пределами окна, в плоскости изображения промежуточной апертурной диафрагмы установлена пластина с центральной прорезью, на которой по краям прорези установлены

г две прямоугольные призмы, обращенные одна к другой катетными гранями, а со стороны гипотенузных граней размещены фотоприемники, сопряженные через оптическую систему с прорезями окна пластины, установленной в плоскости промежуточной апертурной диафрагмы, выходы фотоприемников попарно соединены с источниками питания.

2. Устройство по п . 1, отличающееся тем, что светорассеивающая пластина выполнена из молочного стекла.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональной возможности за счет обеспечения возможности определения разрешающей способности камеры, за центральной ча5 стью первой миры расположен источник постоянной засветки миры.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первая

0

мира выполнена непрозрачной с прозрачными горизонтальной и вертикальной полосами, образующими на ней четыре равных,квадранта, верхние из которых вьшолнены с набором локальных прозрачных штрихов, а нижние - в виде наклонных полос, причем левая половина миры имеет

изображение, зеркальное по отношению к правой, а вторая мира, размещенная в ходе луча наклонного зеркала, также выполнена непрозрачной с прозрачной полосой, совпадающей с горизонтальной ее осью, а нижняя половина - с горизонтальными прозрачными штрихами.

Изобретение может использоваться в приборах, с помощью которых определяется фотографическая разрешающая способность высокоскоростных камер для фотографической регистрации быстропротекающих процессов, и позволяет повысить качество юстировки. В корпусе испытуемой высокоскоростной камеры 13 в плоскости апертурной диафрагмы 14 установлена съемная пластина 15, изображение которых переносится оптической системой и зеркальным многогранником в плоскость промежуточного изображения апертурной диафрагмы. При вращении зеркального многогранника изображение апертурной диафрагмы скользит по пластине 1 8 с центральной прорезью и с прямоугольными призмами на краях, осуществляя световой затвор. Со стороны гипотенузных граней размещены фотоприемники 19, сопряженные с прорезями окна пластины и выходами попарно соединенные с источниками питания импульсных ламп. В устройстве за объективом размещено наклонное полупрозрачное зеркало II, под углом к которому симметрично первой мире 2 установлена вторая мира 10с вторым устройством 5 подсветки, соединенным с вторым источником 21 питания. Све- торассеивающая пластина может быть выполнена из молочного стекла, а первая мира - непрозрачной с прозрачными горизонтальной и вертикальной полосами. 3 з.п. ф-лы, 9 ил. (Л

25

Фмг. 2

Фиг. J

16

Г8

фиг. 5

111

1///// ЛУ / // л

I JVijj- ЛЧ

f)U8, 7

В

Фиг.Э

Редактор О.Колесникова

Составитель С.Соколов Техред А.Бабинец

Заказ 906/55Тираж 437Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ГШП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор С.Черни