Способ определения величины фокусного расстояния и положения заднего фокуса оптической системы Советский патент 1982 года по МПК G01M11/00 

I

Изобретение относится к -оптическому приборостроению и может быть использовано для определения фокусного расстояния и положения заднего фокуса преимущественно длиннофокусной onTHHedKoft системы. Наиболее важной областью применения является оптическое гетеродинирование, где требуется высокая точность установки в задний фокус системы (в плоскость кружка Эри) гетеродинного фотоприемника.

Известен гониометрический способ измерения фокусных расстояний оптических систем, являющийся наиболее употребительным для длиннофокусных систем

11.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения величины фокусного расстояния и положения заднего фокуса оптической системы, заключающийся в получении резкого автокоплимаиионного изображения источника света при двойном прохождении светового пучка через испытуемую систему при отражеНИИ его от одной из двух поверхнос- тей вспомогательного оптического элемента, фиксации этого изображения и измерении эквивалентной оптической силы испытуемой системы н вспомогатепьного элемента f2j.

Однако этот способ не позволяет одновременно с определением положения заднего фокуса оптической системы определить значение ее фокусного расстоя10ния. Кроме того, точность определения положения заднего фокуса зависит от точности изготовления плоской поверхности зеркала, что особенно для высокоапертурных систем, является трудной

15 технологической задачей. На практике плоские поверхности получаются сферами с радиусами Кривизны, райными десяткам метров и километров. Прн этом повышение точности фиксации положения ав20токоллимационного блика и статистическая обработка измерений не могут устранить систематическую ошибку, вызванную кривизной поверхности зерк-ала.

Цепь изобретения - повышение точности измерений при контроле различных типов оптических систем.

Поставленная цель достигается тем, что фиксируют резкое автокоплгамационное изображение от вторюй отражающей поверхности вспомогательного оптического эяемента при наггачии одной и той же испытуемой системы, измеряют расстоя-% ние между резкими автокоппимационными изображениями, полученными при участии каждой из поверхностей вспомогательного оптического элемента, а затем вычисляют величину фокусного расстояния и положение заднего фокуса испытуемой оптической системы.

На чертеже представлен один из вариантов оптического устройства, реализующего этот способ.

Излучение от осветителя 1 освещает автокоплимационную сетку 2, отражается от светоделительной поверхности све- тоделительного устройства 3, проходит испытуемую оптическую систему 4, отражается от одной из поверхностей вспомо- гатепьной линзы 5 и возвращаясь через оптическую систему 4 и светоделитель- ное устройство 3, строит изображение автокоплимационной сетки 2 вблизи плоскости сетки 6 автоколлимациоиного блока 7. Анализирующее устройство 8 определяет степень резкости изображения в плоскости сетки 6. Индекс 9 отсчетного устройства 10 жестко связан с сеткой 6. Перемещая вдоль оси автоколлимационный блок 7 с помощью анализирующего устройства 8, находят положение резкого изображения сетки -2 в плоскост сетки 6 и производят регистрацию по отсчетному устройству, позволяющему определить перемещение сетки 6 вдоль оптической оси.

Преимущество предлагаемого способа по сравнению с известными видно из следующего примера измерений параметров объектива с фокусом 17,7 м. Для нахождения фокусного расстояния объектива известными гониометрическими способами использована образцовая щкала длиной 1ОО мм, установленная в заднем фокусе, и высокоточный теодолит ТО5. Средняя квадратическая ошибка измерений угла теодолитом составляет О,5, что приводит к ощибке в подсчете фокусного расстояния 7,6 мм.

Для нахождения положения заднего фокуса системы известным автокоплимационным способом использована отражак шая поверхность стеклянной ппастины с отстумлениями от ппоскости в 0,08 кольца на диаметре 1 20 мм, что соответствует радиусу кривизны 8О км. В результате влияния сферичности поверхности пластины, положение заднего фокуса получается с ошибкой 4 мм. При измереFши по предлагаемому способу использованы две плоскопараллельные стеклянные пластины, которые из-за сферичности поверхностей являются длиннофокусными линзами, У используемых пластин изме-. |ряют следующие отступпеиия от пггоскостности: 1 пластина -1,3 кольца и 0,О8 кольца; 2 пластина - 0,13 кольца и 0,22 кольца.

Измерения проводят по предлагаемому способу с помощью устройства (фиг. 1). Для расчетов использованы формулы приводимые ниже, составляющие систему

™(к,,аъ,)(с.Ф)м;И)

(),()

-И

-(()()(2)

K-R,J(f)

()(T&e)

,,()d,-R,,

14)

)- (5) I

(тТд;б- 2 22- 2

Nb,(

Ф)2.( ) (Ь,.Я,0(:.Ф)Н

(7)

г ..(

(

) « vViR2i.)(d2-Rz-i) ,

(8)

де Д - разница отсчетов первого и каждого из последующих отсчетов;

г -

сзг- -гвеличина, обратно пропорциональная расстоянию от задней главной точки объектива до осевой точки автокоплимационного изображения, соответствующего первому измерению; Ф - оптическая сила объектива; R иК - радиусы кривизр|ы первой и второй поверхности первой линзы;

R nR.- радиусы кривизны первой и второй пове;) второй линзы; db.judfe- расстояние между передней главной точкой объектива и обращенными к объективу поверхностями первой и второй пи из; топшины первой и второй ,- показатепи препомпения материалов первой и второй пинэ для рабочей длины волны. Преимуществом предлагаемого способа является снижение трудоемкости работ по измерению величины фокусного расстояния и регистрации заднего фокуса. Формула изобретения Способ определения величины фокусного расстояния и положения заднего фокуса оптической системы, заключающийся в получении резкого автоколлимационно- го изображения источника света при двой ном прохождении светового пучка через испытуемую систему при отражении его от одной из двух поверхностей вспомогательного оптического элемента фиксации этого изображения и измерении эквивалентной оптической силы испытуемой системы и вспомогательного элемента, отлича. ющийся тем, что, с целью повышения точности измерений при контроле различных типов оптических систем, фиксируют резкое автокоплимационное изображение от второй отражающей поверхности вспомогательного оптического элемента при наличии одной и той же испытуемой системы, измеряют расстояние между резкими автокоппимационными изображениями, полученными при участии каждой из поверхнсютей вспомогательного оптического элемента, а затем вычисляют величину фокусного расстояния и положение заднего фокуса испытуемой оптической системы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кривовяа Л. М. и др. Практика опической измерительной лаборатории, М., Мащиностроение, 1974. 2.Афанасьев В, А. Оптические измеения, М,, Недра, 1968 (прототип).

М