Способ измерения фокусного расстояния объективов и устройство для его реализации

 

1. Способ измерения фокусного расстояния объективов, заключающийся в том, что формируют коллимированный пучок света, делят его на два световых луча, направляют один световой луч в контролируемый объектив , направляют в строго обратном направлении оба световых луча,обеспечивают интерференцию возвратившихся световых лучей, определяют положение фокальной плоскости объектива по появлению светлого поля интерференционной картины, а затем производят вычисление фокусного расстояния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фокусного расстояния положительных -Объективов, второй световой луч направляют в контролируемый объектив, при этом оба световых луча направляют в контропируемьй объектив под заданным углом друг к другу и симметрично относительно оптической оси объектива, измеряют расстояние между точками пересечения световых лучей , которые выходят из контролируемого объектива, с фокальной плоскостью объективаи вычисляют.фокус (/} ное расстояние о5 объектива по Р где В - расстоформуле . ,, ot - яние между точками пересечения световых лучей, которые выходят из контролируемого объектива, с фокальной плоскостью объектива, cL - угол меж- , ду световыми лучами, направленными 00 в контролируемый объектив. СП 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D G 01 M 11 02

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3424307/18-10 (22) 17.02.82 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) В.А.Сойту, Ю.С.Скворцов, А.И.Лысенко и В.П.Трегуб (53) 535.818(088.8) (56) 1. Кривовяз Л.M. и др. Практика оптической измерительной лаборатории. М., "Машиностроение", 1974, с. 204-206.

2. Афанасьев В.A. Оптические измерения. M., "Высшая школа", 1981, с. 188-193 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФОКУСНОГО

РАССТОЯНИЯ OPbEKTHBOB И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ. (57) 1. Способ измерения фокусного расстояния объективов, заключающийся в том, что формируют коллимиро- ванный пучок света, делят его на два световых луча, направляют один световой луч в контролируемый объектив, направляют в строго обратном направлении оба световых луча,обеспечивают интерференцию возвратившихся световых лучей, определяют поло„„SU„„1080054 А жение фокаль ной плоскости объектива по появлению светлого паля интерференционной картины, а затем производят вычисление фокусного расстояния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фокусного расстояния положительных

-объективов, второй световой луч направляют в контролируемый объектив, при этом оба световых луча направляют в контролируемый объектив под заданным углом друг к другу и симметрично относительно оптической оси объектива, измеряют расстояние между точками пересечения световых лучей, которые выходят из контролируемого объектива, с фокальной плоскостью объектива. и вычисляют. фокус@ нос РасстоЯние Есб объектина по Щ формуле.г -, гле б — расстое

D5 гс — „ яние между точками пересечения световых лучей, которые выходят из кон- Я тралируемого объектива, с фокальной плоскостью объектива, oL — угол между световыми лучами, направленными (,® в контролируемый объектив. 00

1080054

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся трм, что, с целью повышения точности измерения фокусного расстояния отрицательных объективов, оба световых луча, которые выходят из контролируемого объектива, предварительно напранляют в афокальнолинэоную систему, а фокусное расстояние объектина вычисляют по форе муле ов К еле к — увеличение Т афокаль но-лийэовой системы.

3. Устройство для измерения фокусного расстояния объективов, содержа- . щее источник света, светорасширитель, светоделитель, концевой сферический отражатель, центр кривизны которого совмещен с фокальной плоскостью кон1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам измерения фокусного расстояния объектинов и устройствам для их реализации.

Известен способ измерения фокусного расстояния объективов, заключающийся н том, что измеряют угловой размер отрезка шкалы, расположенной в фокальной плоскости контролируемого объектива, а определение фокусного расстояния произ1 водят по формуле Х =, где о6

Х вЂ” линейный размер отрезка шкалы, o(, — угол, под которым виден этот отрезок из главной точки контролируемого объектива (1) .

Устройство, реализующее данный способ, содержит зрительнуй трубу, линейную шкалу, установленную в фокальной плоскости контролируемого объектива, и датчик углового перемещения, связанный либо со зрительной трубой, либо с контролируемым объектовом и шкалой (11.

Недостатком указанного способа, а следовательно, и устройства для

его реализации является невысокая точность измерения из-за существенной величины ошибок, возникающих вследствие устанонки шкалы в фокальной плоскости контролируемого объектива и, наведения зрительной трубы на штрихи шкалы. Кроме того, способ не позволяет измерять фокус-, ное расстояние отрицательных объективов °

Наиболее близким к изобретению является способ измерения фокусного расстояния объективов, заключающийтролируемого объектива, механизм перемещения концевого отражателя вдоль н перпендикулярно оптической оси контролируемого объектива, регистратор интерференционной картины и линейную шкалу, о т л и ч а ю щ в е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены дифракционная решетка, установленная перед контролируемым объективом, и второй концевой сферический отражатель, центр кринизны которого также совмещен с фокальной плоскостью контролируемого объектина, а линейная шкала связана с механизмом перемещения концевого отражателя перпендикулярно оптической оси контролируемого объектива °

2 ся н том, что формируют коллимированный пучок света, делят его на два световых луча, направляют один световой луч н контролируемый объектив, направляют и строго обратном направлении оба световых луча,обеспечивают интерференцию возвратившихся световых лучей, определяют положение фокальной плоскости объекти10 ва по появлению светлого поля интерференционной картины, а затем производят вычисление фокусного расстояния (2$.

Устройство, реализующее этот спо 5 соб, содержит источник света, светорасширитель, .светоделитель, концевой сферический отражатель, центр кринизны которого совмещен с фокальной плоскостью контролируемого объектива, механизм перемещения концевого отражателя вдоль и перпендикулярно оптической оси контролируемого объектива, регистратор интерференционной картины и линейную шкалу (2).

Однако и данный способ измерения

25 фокусного расстояния объективов, а следовательно, и устройство для его реализации характеризуются низкой точностью измерения, обусловленной главным образом большой погрешностью

30 нахождения положения задней узловой точки контролируемого объектива и большой сложностью измерения расстояния между задней узловой точкой контролируемого объектива и центром кри35 виэны концевого сферического отража теля.

Цель изобретения - повышение точности измерения фокусного расстояния положительных и отрицательных объективов °

1080054 меряют расстояние 3 между точками пе- 10 ресечения световых лучей, которые выходят из контролируемого объектива, с фокальной плоскостью объектива, и вычисляют фокусное оасстояние (еб объектива по фоомуле„f бъ — е — . 1б

-Ф

"о а при контроле отрицательных иоьен2 тивов, кроме того, оба световых луча, которые выходят из контролируемого объектива, предварительно направляют в афокально-линзовую систему, а фЬкусное расстояние объектива выf ииолиют по фоомтле аб т oO,тле

К вЂ” увеличение афокально-линзовой системы.

Указанная цель достигается также

30 с дифракционной решеткой 5, на которой они дифрагируют и интерферируют . друг с другом. Интерферирующие световые лучи направляются далее линзой 3 светорасширителя на светоделитель 4, отразившись от которого они попадают в регистратор 11 интерференционной картины.

55

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения фокусного расстояния объективов,при контроле положительных объективов, второй световой луч направляют в контролируемый объектив, при этом оба световых луча направляют в контролируемый объектив под заданным углом

ot. друг к другу и симметрично относительно оптической оси объектива, иэпутем снабжения известного устройства для измерения фокусного расстояния объективов дифракционной решеткой, установленной перед контролируемым объективам, и концевым сферическим отражателем, центр,кривизны которого совмещен с фокальной плоскостью контролируемого объектива, а линейная шкала связана с механизмом перемещения концевого отражателя перпендикулярно оптической оси контролируемого объектива.

На фиг.1 представлена схема измерения фокусного расстояния положи тельных объективов согласно предлагаемому способу, на фиг.2 — то же, отрицательных объективов.

Оба устройства содержат следующие общие элементы: источник 1 света, например лазер, светорасширитель, состоящий из линз 2 и 3, светоделитель 4, например полупрозрач ную пластину, дифракционную решетку 5, контролируемый объектив б, концевые сферические отражатели 7 и 8, центр кривизны которых совмещен в фокальной плоскости объектива б, механизм

9 перемещения концевого сферического отражателя 7 перпендикулярно оптической оси контролируемого объектива б, линейную шкалу 10 и регистратор

11 интерференционной картины.

Вместо линейной шкалы 10 с целью повыаения точности измерения фокусного расстояния объективов может быть использовано любое средство измерения линейного перемещения. механизма 9.

При контроле отрицательных объективов устройство дополнительно снаб-.

45 жено афокально-линзовой системой, состоящей из объективов 12 и 13 (фиг.2) .

Измерение фокусного расстояния осуществляется следующим образом.

Источник 1 света направляет световой поток в линзу 2 светорасширителя. Пройдя линзу 2 светорасширителя, светоделитель 4 и линзу 3 светорасширителя, коллимированный пучок света падает на дифракционную решетку 5, на которой он дифрагирует на световые лучи О, +1, + 2 и т.д. порядков дифракций, направленные под углами соответственно О, 4 p„, и 2В и т.д., о.тносительно начального на. прарления в контролируемый объектив б. Дифракционная решетка 5 выполнена таким образом, что, например, в 11-ых порядках дифракции сосредоточено основное количество световой энергии. В результате взаимодействия дифрагированных световых лучей с контролируемым объективом б все они собираются в задней фокальной плоскости объектива 6, но каждый в своей точке, которые удалены от точки, образованной световым лучом О-го порядка дифракции, на расстоянии

Ь = 5 1 - „„, где Ео — фокусное расстояние контролируемого объектива 6, p — угол отклонения светового луча щ -ro порядка дифракции от светового луча О-го порядка дифракции.

Так как на пути световых лучей, например, + 1-ro порядка дифракции, вышедших из объектива б, установлены концевые сферические отражатели

7 и 8 соответственно, причем таким образом, что центр.кривизны их отражающих поверхностей совмещен с точкой пересечения соответствующего светового луча с фокальной плоскостью объектива б, то указанные лучи направляются концевыми отражателями 7 и

8 в строго обратном направлении.

Отраженные от концевых отражателей

7 и 8 световые лучи таким образом вновь претерпевают взаимодействие с контролируемым объективом б, а затем

При точном совмещении центров сферических поверхностей концевых отражателей 7 и 8 с точками пересечения соответствующего дифрагированного светового луча с фокальной плоскостью контролируемого объектива б в регистраторе 11 наблюдается светлое поле, т. е. бесконечно широкая интерферекционная полоса. При таком положении

1080054 )0

g)ue. 2

Составитель Л.Мухина

Редактор М.Келемеш Техред О.Неце Корректор В. Синицкая

Заказ 1327/44 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4 концевых отражателей производят с помощью шкалы 10 измерение расстояния между центрами кривизны их сферических отражающих поверхностей, т.е. расстояние Х, которое соответствует в нашем случае Ь+„+ 4

Зная угол с между световыми лучами +1-ro порядка дифракции, который соответствует P+„+ Р „,определяют фокусное расстояние f объ0 ектива по формуле Е;, = — - ° . !

2t — к

Способ измерения фокусного расстояния отрицательных объективов несколько отличается от способа измерения положительных объективов.

Это отличие заключается в следующем фиг.2) .

При падении коллимированных световых лучей на отрицательный объектив точки пересечения их с фокальной плоскостью объектива являются мнимыми, поэтому для получения их действительного иэображения использована афокально-линзовая система.

Наиболее оптимальным является использование афокально-линзовой системы с увеличением К=-1. При исполь-зовании увеличения большего -1 (по абсолютному значению) диапазон измеряемых фокусных расстояний уменьшается, а габариты устройства увеличиваются. При использовании увеличения меньшего 1 (по абсолютному значению) диапазон измеряемых фокусных расстояний хотя и увеличивается, но требования к точности датчика линейного перемещения (линейной шкалы) и точности установки концевых отражателей повышаются в ()/К ) раз °

Таким образ ом дифрагированные световые лучи, вышедшие иэ контролируемого отрицательного объектива б, попадают в афокально-линзовую систему, состоящую из объективов 12 и 13, а затем собираются в соответствующих точках аналогично как ри измерении фокусного расстояния положительных объ ек тив ов .

Зная увеличение К афокально-линзовой системы, фокусное расстояние

f отрицательных объективов определяют по формуле f о Р

0К 2te — к д

Предлагаемое изобретение позволяет создать на era базе прецизионные измерительные устройства для контроля фокусного расстояния как положительных, так и отрицательных объективов с точностью выше, чем 0,02 и

0,03% соответственно.