СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ОБЪЕКТИВА
METHOD OF MEASURING LENS FOCAL DISTANCE

Изобретение относится к области опто-технических измерений и может использоваться в технике измерения фокусных расстояний объективов в том числе длиннофокусных крупногабаритных в широком спектральном диапазоне от ультрафиолетового до ближнего ИК.
Известно, что для этих целей применяются способ увеличения, способ Фабри-Юдина и угломерный способ измерения фокусного расстояния объективов (ГОСТ 13095-82). К недостаткам контроля способом увеличения относится необходимость использования коллиматора измерительной системы с фокусным расстоянием как минимум втрое большим, чем у измеряемого объектива, что является практически нереализуемым при контроле фокусного расстояния крупногабаритных длиннофокусных объективов. К недостаткам способа Фабри-Юдина относится высокая погрешность измерений (0.4%), а также крайне малый диапазон измерений фокусных расстояний от 100 до 2000 мм. Угломерный способ измерения, являющийся аналогом предлагаемого способа, основан на измерении углов, под которыми видны изображения шкалы, установленной в фокальной плоскости объектива. Погрешность измерения - не более 0,2% (ГОСТ 13095-85, стр. 6-10). К недостаткам угломерного способа относится сложность измерительной конструкции и необходимость механических перемещений узлов в процессе измерения, что увеличивает инструментальную погрешность измерений и усложняет процесс измерения из-за необходимости проведения многократных измерений с целью усреднения результата. Из-за слабой технологичности и небольшой точности измерения указанный способ не подходит для выполнения поставленной задачи.
Известен способ контроля фокусных расстояний оптических систем (RU 2222793 С1, опубл. 27.01.2004), согласно которому применяют коллиматор, в фокальной плоскости которого расположен тест-объект в виде группы параллельных штрихов, и микроскоп, содержащий объектив и отсчетное устройство в виде двух плоских зеркал с видеокамерами, установленных под углом к главной оптической оси. Способ измерения реализуется путем установки под углом к оптической оси проекционного объектива и пересекающихся на ней по линии, параллельной штрихам тест-объекта, двух видеокамер, каждая из которых оптически связана с соответствующим зеркалом для формирования на камере изображения, при этом одну из видеокамер устанавливают с возможностью котировочных перемещений в направлении, перпендикулярном оптической оси проекционного объектива и линии пересечения зеркал. К недостаткам данного способа контроля фокусных расстояний относятся сложность конструкции и необходимость юстировки измерительных каналов при каждом измерении. Также к недостаткам устройства относится необходимость аттестации сразу нескольких параметров, а именно, линейного размера t тест-объекта и угла между зеркалами 8 и 9, что увеличивает погрешность измерений. Также к недостаткам относится сложность предварительной юстировки, а именно выставление видеокамер и зеркал в одной плоскости перпендикулярно главной оптической оси устройства. Точность измерения не установлена. В силу этого, указанный способ измерения не выполнит поставленную задачу.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является автоколлимационный способ измерения фокусного расстояния (RU 2531555 С2, опубл. 20.10.2014). Способ включает использование автоколлимационного плоского зеркала, установленного перед контролируемым объективом, источника и приемника излучения, связанных между собой и имеющих возможность перемещения в фокальной плоскости контролируемого объектива. Способ измерения реализуется путем установки в фокальной плоскости контролируемого объектива точечного источника излучения (источника излучения с точечным тест-объектом) и матричного приемника излучения, установки в потоке излучения плоского зеркала с возможностью его поворота (наклона) на некоторый угол А, получения двух изображений точечного тест-объекта, измерения расстояния А между двумя изображениями точечного тест - объекта и вычисления фокусного расстояния. Необходимость механического перемещения некоторых узлов схемы контроля, в частности поворота зеркала, увеличивает погрешность и повторяемость измерений, уменьшает точность контроля и не позволит выполнить поставленную задачу.
Задачей изобретения является увеличение точности и технологичности измерения за счет сокращения перемещений узлов в измерительном устройстве.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в угломерном способе измерения фокусного расстояния объектива, включающем установку источника излучения, точечного тест -объекта, контролируемого объектива и матричного приемника излучения в его фокальной плоскости, получение двух изображений точечного тест-объекта, измерение расстояния d между двумя изображениями точечного тест - объекта и вычисление фокусного расстояния, в отличие от известного, за точечным тест-объектом, выполненным регулируемым по диаметру, устанавливают коллиматор, в потоке излучения от которого устанавливают два наклонных зеркала под углом А друг к другу, а фокусное расстояние рассчитывают по формуле: f'=d/2:tg А.
Предлагаемый способ является модифицированно-угломерным. Хотя для получения коллимированного излучения приходится вводить в измеряемую схему коллиматор, однако использование двух наклонных стационарных зеркал позволяет устранить необходимость механических перемещений основных узлов схемы - сборки матрица-источник излучения и самого зеркала (автоколлимационного) - в два его положения, что увеличивает точность измерения и его технологичность. Этому способствует также возможность изменения угла между плоскими зеркалами в некотором диапазоне, лишь бы они не перекрывали световой поток друг друга. При аттестации угла между зеркалами с помощью теодолита (точность измерения 1 угл. сек.) достижимая погрешность измерений составляет 0,01%.
Изобретение поясняется чертежом, где дана оптическая схема измерительного устройства. Она состоит из источника излучения 1, тест-объекта 2, коллиматора 3, двух плоских зеркал 4 и 5, контролируемого объектива 6 и матричного приемник 7. Способ реализуется следующим образом. На стенде, например, на оптической скамье устанавливают контролируемый объектив 6 и матричный приемник 7, а перед объективом по обе стороны оптической оси объектива симметрично примерно под 45° к ней - два наклонных зеркала 4 и 5 таким образом, чтобы и между зеркалами был некоторый небольшой (примерно 5…10°) угол. Ниже или сбоку от зеркал 4 и 5 под прямым углом к оптической оси устанавливают коллиматор 3, тест-объект 2 и источник излучения 1 с диапазоном излучения от УФ до ближнего ИК. Диаметр тест-объекта 2 может регулироваться в некоторых пределах. Источником света 1 освещают тест-объект 2, при прохождении коллиматора 3 пучок света становится параллельным, он отражается от зеркал 4 и 5, Эти два пучка проходят через объектив 6, их оптические оси пересекаются с главной оптической осью схемы в входном зрачке объектива, и они дают на матричном приемнике, два изображения точечного тест-объекта 2, удаленных друг от друга на расстоянии d. Затем измеряют угол А между зеркалами 4 и 5 и расстояние d между изображениями тест-объекта и рассчитывают фокусное расстояние объектива согласно формуле:
f'=d/2:tg А.
В частности, в качестве тест-объекта может быть использована точечная диафрагма.
В частности, диаметр точечной диафрагмы выбирают исходя из размера изображения точки на матричном приемнике для контролируемого объектива.
Изобретение промышленно применимо, особенно для измерения фокусных расстояний крупногабаритных объективов. Отсутствие каких-либо перемещений элементов оптической схемы обеспечит повышение точности (до 0,01%) и технологичности измерений.