Способ фокусировки телескопического объектива и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК G01M11/00 

Изобретение относится к области оптико-механического приборостроения и может быть использовано для фокусировки телескопических объективов, в особенности, с малыми световыми диаметрами и ма- лыми относительными отверстиями, встречающимися, например, в конструкциях пространственных фильтров (узлов развязки), применяемых в сгловых лазерных установках.

Известен способ фокусировки телескопических объективов с помощью зрительной трубы и подвижной пентапризмы, расположенной на продолжении ее оптической оси и последовательно устанавливаемой на краях апертуры телескопического объектива, в фокусе которого расположена контрольная сетка с перекрестием.

Наблюдая в окуляр зрительной трубы, производят измерение величины смещения изображения контрольной сетки с помощью отсчетного устройства окуляра. Передвинув пентапризму на другой край апертуры телескопического объектива, производят повторные измерения и по формуле вычисляют расфокусировку Х т.о.:

fm.0. (31+32) В fSp.rp.

где Г т.о. - фокусное расстояние телескопического объектива:

±Х

т.о.

vj ON О

4 Ю СО

ai и а - смещения изображения контрольной сетки, измеренные в фокальной плоскости зрительной грубы, при двух установках пантопр лзми;

f зр.тр- - фокусное расстояние зрительной трубы;

В - измерительная бзэа, причем В - .o. -Dn.

где Dm.о. - световой диаметр телескопическою обьектива;

Dn. - световой диаметр пентапризмы.

Знак расфокусировки определяется по направлению движенца изображения контрольной сетки при перемещении пентапризмы.

Недостатком указанного способа является: недостаточная точность фокусировки вследствие влияния вибраций на положение изображения контрольной сетки, а также низкая чувствительность способа, которая определяется возможностью измерения величина иа2, а в предельном случае (когда расфокусировка стремится к нулю, го и ач(э2) ) определяется чувствительностью поперечных наводок и составляет З-б мкм в зависимости от фокусного расстояния окуляра, причем эта величина удваивается, поскольку наводки осуществляются дважды.

Известен также-способ фокусировки (прототип) с помощью зрительной трубы и двух пентаотрэжателей путем наблюдения нонизльнаго совмещения двух изображений светящейся марки при ее совпадении с фокальной плоскостью зеркала телескопа.

Известный выверитель фокусировки зеркала телескопа содержит два пентаотра- , один из которых имеет светодели- гельную грань, расположенных на продолжении оптической оси зрительной трубы и на краях апертуры зеркала телескопа; светящуюся марку, расположенную в фокальной плоскости зеркала телескопа -А делитель луча с фильтрами.

Недостатком известного способа и устройства (выверителя) для фокусировки телескопических объективов, расположенных в реальных производственных условиях, является влияние вибраций на стабильность положения изображения светящейся марки, что снижает точность фокусировки. Кроме того, поскольку пентаотражэтели расположены на одной оптической оси, их невозможно сблизить вплоть до касания световыми габаритами, г,е. не обеспечивается фокусировка телескопических объективов с малыми световыми диаметрами и малыми относительными отверстиярли.

Целью изобретения является повышение точности фокусировки за счет устранения влияния вибраций на положение изображения светящейся марки и обеспечение возможности фокусировки телескопических объективов с малыми световыми диаметрами и малыми относительными отверстиями. Поставленная цель в способе достигается тем, что при фокусировке телескопического объектива с помощью зрительной трубы и двух пснтапризм путем совмещения

0 двух изображений светящейся, марки в задней фокальной плоскости телескопического объектива устанавливают плоское зеркало, поворачивают его до попарного и симметричного относительно оптической

5 оси телескопического объектива совмещения рефлексов от двух лучей на поверхности телескопического объектива путем перемещения телескопического объектива вдоль его оптической оси, совмещают в

0 поле зрения окуляра два изображения светящейся марки, переключают попе зрения зрительной трубы на дополнительно введенный фотоприемник, выполненный ко- ординатно-чувствительным, получают

5 изображение первой светящейся марки перемещением телескопического объектива вдоль ею оптической оси и перемещением коорди нэтно-чувств тельного фотоприемнмка Е направлении, в котором

0 перемешаются изображения светящейся марки пои расфокусировке телескопического объектива, совмещают изображение све- гяиейсямаркисцентром

координатно-чувствитепьного фотоприем5 ника, о чем судят по получению нулевого отсчета с координатно-чувствительным фотоприемником, получают изображение второй светящейся марки, при этом одну половину отсчета с координатно-чувстви0 тельного фотоприемника компенсируют путем перемещения телескопического объектива вдоль его оптической оси, а вторую половину отсчета - путем перемещения координатно-чувствительного фотоприем5 ника.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для фокусировки телескопического объектива, содержащем зрительную трубу, перед которой на краях

0 апертуры телескопического объектива установлены две пектапризмы и марки, в задней фокальной плоскости телескопического объектива установлено с возможностью поворота относительно двух взаимно

5 перпендикулярных осей плоское зеркало, зрительная трубэ снабжена автоколлимационным окуляром с маркой, при этом марка расположена в окуляре, а в качестве ее подсветки используется лазер, причем в фокальной плоскости зрительной трубы через

осветитель введен координатно-чуветви- тельный фотоприемник с механизмом точного перемещения и соединенный с индикатором положения изображения марки на координатно-чувствительном фото- приемнике.

Кроме того, между лазером и маркой могут быть размещены светоделительная призма, шторка, установленная с возможностью поочередного перекрывания лучей, выходящих из светоделительнсй призмы, дополнительный объектив и коллективная линза, плоская поверхность которой совмещена с маркой и находится g заднем фокальной плоскости дополнительного объектива, а две подвижные пентапризмы расположены на параллельных направляющих,

На чертеже показана конструктивная схема устройства для реализации способа фокусировки.

В фокальной плоскости телескопического объектива 1, имеющего фокусировоч- ную подвижку в корпусе 2, установлено плоское зеркало 3 с возможностью качания относительно двух взаимно перпендикуляр- ных осей. Перед телескопическим объективом размещается приборный стол 4, закрепленный на выдвижной поворотной штанге подвижного штатива с возможностью качания относительно вертикальной и горизонтальной (параллельно длинной стороне стола) осей. Подвижные пентапризмы 5 и 6 расположены на параллельных направляющих 7 перед объективом 9 автоколлиматора и снабжены шкалами 8. Диагональные зеркала 10 обеспечивают компактность прибора. С помощью поворотном призмы- куба 11 осуществляется переключение с визирной сетки 12 со светящейся маркой окуляра 13 на координатно-чувствительный приемник излучения 14, установленный на подвижной каретке микрометрического механизма 15, действующего в измерительном направлении.

Измерительное направление - это то направление, в котором перемещаются изображения светящейся марки при расфокусировке телескопического объектива. Сигнал рассогласования с приемника излучения 14 регистрируется на электрическом индикаторе 16. В фокальной плоскости объектива автоколлиматора установлен коллектив 17 с маркой, подсвеченной лазерным осветителем с разделителем лучз, состоящим из лазера 18, светоделительной приз- мы-ромба 19, шторки 20 с тремя фиксированными положениями и положительной линзы 21, фокус которой совмещен с фокусом автоколлиматора. Автоколлиматор состоит из объектива 9, зеркал 10, коллектива 17с маркой, установленной е фокусе объектива, и подсвеченной лазерным осветителем с разделителем луча. Визуальный канал зрительной трубы устройства состоит из объектива 9, зеркал 10, призмы-куба 11, сетки 12 и окуляра 13. Фотоэлектрический канал содержит объектив 9, зеркала 10, поворотную призму-куб 11 в соответствующем положении, координатно-чувствительный приемник излучения 14 и электрический индикатор 16.

Установка плоского зеркала 3 может быть выполнена следующим образом: на фокальный торец фланца ставим зеркало своей зеркальной поверхностью; корпус 2 с фланцем образуют сферический шарнир. После выполнения необходимых качаний зеркала с фланцем, последний фиксируется на корпусе.

Фокусировка телескопического объектива 1 осуществляется следующим образом. Качая плоское зеркало 3 и приборный стол 4 с автоколлиматором, наблюдают рефлексы А,В и А1,В от двух лучей на поверхности телескопического объектива 1 в прямом и обратном ходе и совмещают их попарно и симметрично относительно центра телескопического объектива. Этой операцией достигается сопряжение оптических осей автоколлиматора и телескопического объектива и обеспечивается равенство параметра В Б формуле (1) для двух изображений светящейся марки, что исключает влияние оста- точных аберраций на результат фокусировки. Далее, наблюдая в окуляр 13, перемещением телескопического объектива 1 в корпусе 2 совмещают два изображения светящейся марки, т.е. этой операцией осуществляется фокусировка телескопического объектива с визуальной точностью (чувствительность на уровне 3-6 мкм в плоскости визирной сетки 12 в зависимости от фокусного расстояния окуляра 13). Поворотом призмы-куба 11 переходим на фотоэлектрический канал фокусировки. Включая шторкой 20 лазерного осветителя поочередно изображения светящейся марки, наблюдаем за показаниями электрического индикатора 16. В случае расфокусировки телескопического объектива эти показания отличны от нуля. Половину отсчета выбираем за счет перемещения телескопического объектива в корпусе 2, а вторую - за счет перемещения координатно-чувствительного приемника излучения 14 в измерительном направлении. Производим проверку, переключив шторку в положение II (считаем, что до этого она была в I положении). Если показания по электрическому индикатору вновь отличны от нуля, то повторяем пред-

ыдущие операции и производим проверку, переключив шторку в положение I. И тэк до тех пор, пока показания по электрическому индикатору не будут равны 0 при обоих положениях шторки (I и П). На этом процесс фокусировки заканчивается и на место плоского зеркала 3 устанавливается штатный фокальный узел.

Рассматривая способ фокусировки, описанный в прототипе, видим, что точность фокусировки телескопических объективов ограничена влиянием вибраций на стабильность положения изображения светящейся марки. Рассматривая же конструкцию прототипа, видно, что пентаотражатели расположены на одной оптической оси, а это обстоятельство не позволяет их сближать вплоть до касания своих световых габаритов, т.е. не обеспечиваемся фокусировка телескопических объективов с минимальными световыми диаметрами.

Предлагаемый способ фокусировки предназначен для фокусировки телескопических объективов линзовых телескопов многоканальной лазерной установки. Он основан на применении автоколлимационного фотоэлектрического визира со светящейся маркой в его фокусе и двух подвижных пентапризм, расположенных на продолжении его оптической оси л на краях апертуры телескопического объектива и плоского зеркала в его фокусе.

Совокупность телескопического объектива с плоским зеркалом в его фокальной плоскости представляет собой световозвращатель, и тем самым фокусируемый телескопический объектив становится нечувствительным к вибрации, что дает возможность повысить точность фокусировки м одновременно позволяет использовать высокую чувствительность фотоэлектрического координатного приемника излучения (чувствительность на уровне 0,5 мкм) и в еще большей мере повысить точность фокусировки.

Конструкция устройства выполнена таким образом, что лазерный осветитель марки с оазделителем луча на два канала размещен в автоколлиматоре, что позволило установить подвижные пентапризмы на параллельных направляющих и сближать их вплоть до касания своими световыми габаритами, причем использование лазерного осветителя позволяет эти световые габариты уменьшить до минимума, т.е. возможно производить фокусировку телескопических объективов с малыми световыми диаметрами и относительными отверстиями.

Формула изобретения

1.Способ фокусировки телескопического объектива с помощью зрительной трубы и двух пентапризм путем совмещения двух

изображений светящейся марки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фокусировки, устанавливают в задней фокальной плоскости телескопического объектива плоское зеркало,

0 поворачивают его до попарного и симметричного относительно оптической оси телескопического объектива совмещения рефлексов от двух лучей на поверхности телескопического объектива путем перемеще5 ния телескопического объектива вдоль его оптической оси, совмещают в поле зрения окуляра два изображения светящейся марки, переключают поле зрения зрительной трубы на дополнительно введенный фото0 приемник, выполненный координатно-чув- ствительным, получают изображение первой светящейся марки перемещением телескопического объектива вдоль его оптической оси и перемещением координатно5 чувствительного фотоприемника в направлении, в котором перемещаются изо- бражения светящейся марки при расфокусировке телескопического объектива, совмещают изображение светящейся марки

0 с центров коордипэтно-чувствительного фотоприемника, о чем СУДЯТ по получению нулевого отсчета с координатно-чувстви- тельного фотоприемнико, получают изображение второй светящейся марки, при этом

5 одну половину отсчета с координатно-чувст- вительного фотоприемника компенсируют путем перемещения телескопического объектива вдоль его оптической оси, а вторую половину отсчета - путем перемещения ко0 ординатно-чувствительного фотоприемника,

2.Устройство для фокусировки телескопического объектива, содержащее зрительную трубу, перед которой на краях апертуры

5 телескопического объектива установлены две пентапризмы, и марку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фокусировки-за счет устранения влияния ви&раций на стабильность положения изо0 бражения марки, в задней фокальной плоскости телескопического объектива установлено с возможностью поворота относительно двух взаимно перпендикулярный осей плоское зеркало, зрительная труба

5 снабжена автоколлимационным окуляром с маркой, при этом марка расположена в окуляре , а в качестве ее подсветки используется лазер, причем в фокальной плоскости зрительной трубы через светоделитель введен коордмнатно-чувствительный фотоприемник с механизмом точного перемещения, соединенный с индикатором положения изображения марки на координатно-чувст- вительном фотоприемнике.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет фокусировки телескопических объективов с малыми световыми диаметрами и малыми относительными отверстиями, между лазером и маркой

размещены светоделительная призма, шторка, установленная с возможностью поочередного перекрытия лучей, выходящих из светоделительной призмы, дополнительный объектив и коллективная линза, плоская поверхность которой совмещена с маркой и находится в задней фокальной плоскости дополнительного объектива, а две подвижные пентапризмы расположены на параллельных направляющих.

Использование: оптико-механическое приборостроение для фокусировки объективов, преимущественно, с малыми световыми диаметрами и малыми относительными отверстиями, например, в конструкциях пространственных фильтров. Сущность изобретения состоит в том, что наблюдают совмещение двух изображений светящейся марки, полученных с помощью зрительной трубы и двух пентзпризм путем качения плоского зеркала в фокальной плоскости телескопического объектива, и авто кол иматор. При этом наблюдают рефлексы от двух лучей на поверхности телескопического объектива и совмещают их попарно и симметрично относительно центра телескопического объектива. Совмещают изображения светящейся марки. Наводят оба изображения светящейся марки на центр координатно-чувствительного фотоприемника до получения нулевых отсчетов. Приводится также устройство для реализации способа. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. (Л С

т

1Ь V0 21