Способ определения фокусного расстояния оптической системы
Владельцы патента RU 2408862:
Учреждение Российской академии наук Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) (RU)
В способе с помощью двух оптических или оптико-электронных приборов (ОиОЭП) получают изображения тестового объекта. ОиОЭП имеют идентичные приемники изображения и у одного из них оптическая система с известным фокусным расстоянием. Передние главные плоскости обеих оптических систем совмещают. Расстояние, на котором расположен тестовый объект, измеряют от совмещенных передних главных плоскостей. На каждом полученном изображении тестового объекта определяют размер его изображения, после чего рассчитывают фокусное расстояние оптической системы по формуле, приведенной в формуле изобретения. Технический результат - повышение достоверности и точности определения фокусного расстояния оптической системы ОиОЭП. 1 ил.
Изобретение может быть использовано для определения фокусных расстояний оптических систем оптических или оптико-электронных приборов (ОиОЭП) при разработке и исследовании оптических систем и систем технического зрения.
Известен способ измерения фокусного расстояния [1], заключающийся в следующем. Матричный приемник изображения ОиОЭП располагают на расстоянии, совпадающем с фокусным расстоянием f' оптической системы ОиОЭП, фокусируют оптическую систему ОиОЭП на бесконечность, размещают тестовый точечный объект на оптической оси и последовательно смещают тестовый точечный объект вдоль оптической оси на известные расстояния l1, l2 и l3 от первоначального. Для каждого положения точечного объекта измеряют радиус круга на изображении, после чего, представляя оптическую систему в виде эквивалентной линзы и используя законы геометрической оптики в части взаимосвязи между фокусным расстоянием f', расстоянием а от линзы до предмета и расстоянием а' от линзы до изображения предмета, составляют систему уравнений. В результате решения системы определяют фокусное расстояние по формуле:
где 
, 
, 
;
σ1 - радиус круга на изображении в пикселях в исходном состоянии;
σ2, σ3, σ4 - радиусы круга на изображениях в пикселях после перемещения точечного объекта вдоль главной оптической оси на расстояния l1, l2 и l3 соответственно.
Недостатками данного способа являются необходимость точного определения расстояний нескольких механических перемещений точечного объекта и соблюдение требования перемещения его строго вдоль главной оптической оси оптической системы, что существенно снижает точность и затрудняет измерения.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является исключение влияния механических перемещений тестового объекта измерения на точность определения фокусного расстояния оптической системы ОиОЭП.
Технический результат - повышение достоверности и точности определения фокусного расстояния оптической системы ОиОЭП.
Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известном способе определения фокусного расстояния оптической системы, посредством ОиОЭП получают несколько изображений тестового объекта, расположенного на оптической оси на измеряемом расстоянии.
В предлагаемом способе для определения фокусного расстояния оптической системы ОиОЭП рядом располагают ОиОЭП, имеющий идентичный приемник изображения и оптическую систему с известным фокусным расстоянием, таким образом, чтобы передние главные плоскости обеих оптических систем были совмещены. На каждом получаемом изображении тестового объекта, расположенного на известном расстоянии от совмещенных передних главных плоскостей оптических систем, определяют размеры изображений тестового объекта, после чего рассчитывают фокусное расстояние оптической системы.
В отличие от известного в предлагаемом способе получают два изображения тестового объекта посредством двух ОиОЭП с идентичными приемниками изображения, имеющих оптические системы с известным 
и неизвестным 
фокусными расстояниями, располагаемыми таким образом, чтобы их передние главные плоскости были совмещены, и определяют фокусное расстояние по формуле:
где 
- размер изображения тестового объекта в плоскости изображения оптической системы с известным фокусным расстоянием 
,
- размер изображения тестового объекта в плоскости изображения оптической системы с неизвестным фокусным расстоянием 
,
а - расстояние от совмещенных передних главных плоскостей обеих оптических систем до тестового объекта.
Общим признаком прототипа и заявляемого способа является получение нескольких изображений одного и того же тестового объекта с помощью ОиОЭП.
Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие их условию "новизна". При сравнении заявляемого способа с другими известными техническими решениями не выявлены сходные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".
Способ поясняется чертежом.
Размер тестового объекта у и расстояние а от тестового объекта до совмещенных передних главных плоскостей Н оптических систем с фокусными расстояниями 
и 
являются величинами постоянными, а изображения тестового объекта 
и 
, получаемые посредством данных оптических систем, могут отличаться друг от друга масштабом. Как известно из геометрической оптики [2], взаимосвязь между фокусным расстоянием 
оптической системы, расстоянием a до предмета, размерами предмета y и его изображения y' можно выразить формулой:
Используя это выражение для двух оптических систем, можно записать следующее отношение
где 
и 
- фокусные расстояния первой и второй оптических систем,
и 
- размеры изображений тестового объекта y, формируемые первой и второй оптическими системами.
Выразив 
через 
, получаем выражение:
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определять фокусное расстояние оптической системы ОиОЭП с помощью другого ОиОЭП, имеющего оптическую систему с известным фокусным расстоянием, посредством определения отношения размеров двух изображений 
и 
тестового объекта у при известном расстоянии а до него. Преимущество изобретения состоит в том, что точность измерения повышается за счет отсутствия в процессе измерения механических перемещений тестового объекта.
Использованные источники
1. Патент РФ №2315965, МПК G01М 11/02 на изобретение "Способ измерения параметров оптических систем".
2. Прикладная оптика. Под ред. Заказнова Н.П. - М.: Машиностроение, 1988. - 312 с.
Способ определения фокусного расстояния оптической системы, по которому с помощью оптического или оптико-электронного прибора (ОиОЭП) получают изображения тестового объекта, расположенного на измеряемом расстоянии, отличающийся тем, что рядом с имеющимся ОиОЭП располагают другой ОиОЭП с идентичным приемником изображения и оптической системой с известным фокусным расстоянием таким образом, чтобы передние главные плоскости обеих оптических систем были совмещены, получают с его помощью второе изображение того же тестового объекта, причем расстояние, на котором расположен тестовый объект, измеряют от совмещенных передних главных плоскостей, и на каждом полученном изображении определяют размер изображения тестового объекта, после чего рассчитывают фокусное расстояние оптической системы по формуле
.
где 
и 
- известное и неизвестное фокусные расстояния оптических систем;
и 
- размеры изображений тестового объекта у, формируемые оптическими системами 
и 
;
а - расстояние от совмещенных передних главных плоскостей обеих оптических систем до тестового объекта у.
