ЗРИТЕЛЬНАЯ ТРУБА С ВНЕШНЕЙ ФОКУСИРОВКОЙ

Полезная модель относится к области оптико-механического приборостроения, более конкретно, к приборам для контроля угловых параметров и фокусировки оптических приборов. Может использоваться при юстировке в процессе сборки, контроле и аттестации параметров оптических приборов при эксплуатации.
Известна зрительная труба с внешней фокусировкой [1], содержащая оптически связанные объектив, установленный с возможностью перемещения вдоль его оси и снабженный устройством измерения величины перемещения, и систему наблюдения изображения объектов. Система наблюдения изображения объектов включает сетку со штрихами, расположенную в фокальной плоскости объектива при его исходном положении, и окуляр.
Основным недостатком приведенной зрительной трубы является то, что она работает только в видимом спектральном диапазоне, что ограничивает область ее применения.
Из всех известных технических решений наиболее близким к заявляемой полезной модели является зрительная труба с внешней фокусировкой [2], содержащая оптически связанные объектив, имеющий возможность перемещения вдоль его оптической оси и снабженный устройством измерения величины перемещения, спектроделитель, выполненный в виде спектроделительного кубика, разделяющего входящий в объектив поток излучения на пучки видимого и ИК-излучения, образуя, таким образом, два канала, и систему наблюдения изображений объектов. Система наблюдения канала видимого излучения включает сетку со штрихами и окуляр. Система, наблюдения канала ИК-излучения включает интерференционный фильтр, электронно-оптический преобразователь (ЭОП), в плоскости фотокатода которого нанесена измерительная сетка, и лупу, плоскость предметов которой сопряжена с экраном электронно-оптического преобразователя. Плоскость рисунка сетки канала видимого излучения и плоскость фотокатода ЭОП канала ИК-излучения установлены в фокальной плоскости объектива при его исходном положении и оптически сопряжены с ним посредством спектроделителя.
Основным недостатком этой зрительной трубы является визуальное наблюдение тестируемого объекта через окуляр и лупу, что вносит элемент субъективности в оценку качества изображения и снижает точностные характеристики. Кроме того, примененный в конструкции ЭОП с нанесенной на фотокатоде сеткой относится к преобразователям первого поколения, которые в настоящий момент сняты с производства. Нанесение сетки непосредственно в плоскости фотокатодов современных ЭОП технологически невозможно. Поэтому в случае замены ЭОП, необходима доработка конструкции зрительной трубы в части включения в нее собственно сетки, как оптической детали, и системы проекции рисунка сетки в плоскость фотокатода ЭОП. Это снижает уровень унификации конструкции. Также существенным недостатком является то, что положение оператора в момент наблюдения однозначно привязано к окуляру зрительной трубы. Это затрудняет процесс юстировки в случае ограниченного пространства или необходимости дистанционного положения оператора относительно зрительной трубы.
Задачей полезной модели является повышение точности измерений, выполняемых с помощью зрительной трубы при юстировке, повышение уровня унификации конструкции, улучшение эргономических характеристик.
Для решения поставленной задачи в зрительной трубе с внешней фокусировкой, включающей оптически связанные объектив, установленный с возможностью перемещения вдоль его оси и снабженный устройством измерения величины перемещения, спектроделитель и систему наблюдения изображений объектов, в отличие от прототипа, система наблюдения изображений объектов содержит первое и второе фотоприемные устройства, каждое из которых включает матрицу фотоприемников с устройством управления и формирования видеосигнала, устройство коммутации и формирования контрольных меток, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемных устройств, а выход устройства коммутации и формирования контрольных меток предназначен для подключения к монитору, при этом чувствительные площадки матриц первого и второго фотоприемных устройств расположены в фокальной плоскости объектива и оптически сопряжены с ним посредством спектроделителя.
Выполненная таким образом система наблюдения изображений объектов позволяет повысить точность измерения контролируемых параметров и комфортность наблюдения, за счет того, что изображение контролируемых объектов и меток измерительных шкал выводится на монитор. При этом наблюдение изображения не требует фиксированного положения зрачка глаза наблюдателя, а само изображение наблюдается с достаточным электронным увеличением. Мониторы могут располагаться в любом, удобном для наблюдателя, месте. В случае необходимости, замена фотоприемного устройства проста и не требует доработки конструкции, т.к. улучшение характеристик современных видеокамер на ПЗС матрицах осуществляется без изменения типоразмеров.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фигуре изображена функциональная схема зрительной трубы с внешней фокусировкой.
Зрительная труба с внешней фокусировкой 1 включает оптически связанные объектив 2, установленный с возможностью перемещения вдоль его оптической оси и снабженный устройством измерения величины перемещения 3, спектроделитель 4, систему наблюдения изображения объектов, состоящую из первого 6 и второго 7 фотоприемных устройств, каждое из которых включает матрицу фотоприемников, закрепленную на видеоплате, являющейся устройством управления и формирования видеосигнала, устройство 8 коммутации и формирования контрольных меток в видеосигнале, которое имеет два входа, подключенных к выходам первого 6 и второго 7 фотоприемных устройств соответственно, и выход, подключенный к монитору 9.
Чувствительные площадки матриц фотоприемных устройств 6 и 7 расположены в фокальной плоскости объектива 2 и сопряжены с ним посредством спектроделителя 4.
Перед первым фотоприемным устройством 6 может быть установлен светофильтр 5, служащий для выделения более узкого рабочего диапазона спектра.
В качестве фотоприемных устройств может быть использована, например, бескорпусная телевизионная камера [3] без объектива. Устройство 8 коммутации и формирования контрольных меток обеспечивает поочередное включение первого или второго фотоприемных устройств 6 и 7 соответственно, а также формирование видеосигнала контрольных меток, например посредством знакогенератора [4], и врезание его в видеосигналы с фотоприемных устройств 6 и 7. При этом возможно формирование различных видов контрольных меток и применение их по выбору оператора в зависимости от выполняемых задач, переключение которых осуществляется также с помощью устройства 8. Зрительная труба 1 установлена на основании 10 с котировочным механизмом 11.
Зрительная труба с внешней фокусировкой работает следующим образом. При контроле параметров оптических приборов, зрительную трубу устанавливают по ходу лучей света, выходящих из объектива контролируемого изделия. Лучи света, пройдя объектив 2, разделяются спектроделителем 4 на пучки различных спектральных диапазонов и создают изображение на матрицах фотоприемных устройств 6 и 7 соответственно. Поскольку спектральная чувствительность матриц фотоприемных устройств реализована в достаточно широком диапазоне от видимой до ближней ИК-области, в обоих каналах может быть применен один и тот же тип фотоприемного устройства. Для выделения более узкого рабочего диапазона спектра возможно применение светофильтра 5, например интерференционного. Устройство управления и формирования видеосигнала, входящее в состав каждого из фотоприемных устройств, формирует видеосигналы телевизионного изображения. Видеосигналы с фотоприемных устройств 6 и 7 поступают на первый и второй входы устройства 8 коммутации и формирования контрольных меток. Устройство 8 формирует видеосигналы контрольных меток, являющихся служебной информацией, и осуществляет врезку их в стандартный телевизионный сигнал, вырабатываемый фотоприемными устройствами 6 и 7. Сформированный таким образом комплексный видеосигнал телевизионного изображения через выход устройства 8 поступает на вход монитора 9. Коммутационные связи устройства 8 позволяют подключать к монитору фотоприемные устройства 6 и 7 поочередно в соответствии с выбором оператора. Кроме того, устройство 8 может задавать различные варианты служебной информации и врезать ее в видеосигналы, вырабатываемые фотоприемными устройствами, также по выбору оператора, в зависимости от выполняемой задачи. На мониторе 9 воспроизводится изображение, строящееся объективом 2 на матрице одного из фотоприемных устройств, совместно с изображением контрольных меток. Изображение контрольных меток всегда привязано к центру монитора и не смещается при смещении изображения объекта. Для приведения изображения объекта в нужную зону экрана монитора, осуществляют подвижки зрительной трубы с помощью юстировочного механизма 11.
Для определения величины расфокусировки объектива контролируемого изделия, перемещают объектив 2, например, с помощью кремальерной подвижки, до получения резкого изображения тест-объекта контролируемого изделия на экране монитора 9, определяют величину перемещения объектива 2 по шкале устройства измерения величины перемещения 3 и по ней рассчитывают величину расфокусировки объектива контролируемого изделия.
Для определения угловой погрешности взаимного расположения каналов контролируемого прибора, работающих в разных спектральных диапазонах, совмещают изображение тест-объекта его опорного канала с контрольной меткой на мониторе 9, включив при этом фотоприемное устройство зрительной трубы соответствующего спектрального диапазона. Затем переключают каналы прибора, а также с помощью устройства 8 коммутации и формирования контрольных меток включают другое фотоприемное устройство, согласованное по спектральному диапазону, и определяют угловое рассогласование каналов по шкале на мониторе 9. Применение контрольных меток в виде сеток с различной ценой деления позволяет производить измерения угловых и линейных величин в широком диапазоне и с различной точностью изменения, что делает зрительную трубу универсальным средством измерения. Возможность расположения монитора в любом, удобном для оператора месте облегчает процесс юстировки. Контроль и юстировка может производиться двумя и более операторами независимо друг от друга. Современные телевизионные камеры модернизируются, как правило, с сохранением типоразмеров, что позволяет улучшать характеристики зрительной трубы путем замены телевизионных камер, используемых в данном случае в качестве фотоприемных устройств, без изменения конструкции.
Таким образом, полезная модель обеспечивает повышение точности измерений, выполняемых с помощью зрительной трубы при юстировке, повышение уровня унификации конструкции, улучшение эргономических характеристик.
Использованные источники информации:
1. Бардин А.Н. Сборка и юстировка оптических приборов. Высшая школа, М., 1968.- С.212-213.
2. KU440M. Труба зрительная на подставке: Руководство по эксплуатации и обслуживанию (7201.14.40.000-01РЭ). ОАО «Пеленг», 2001 (прототип).
3. Телевизионные камеры. Каталог фирмы ЭВС. Санкт-Петербург, 2004 г., с.8.
4. Формирователь прицельных марок МВС-108. Проспект фирмы SEKAI Electronics Inc., www.sekai-electronics.com.