Оптическая система для высокоточных контрольно- измерительных приборов

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и м.б. использовано в дальномерах, коллиматорах. Цель изобретения - повышение функциональной надежности путем обеспечения независимости положения изображения от поперечных смещений компонентов. В главной плоско сти положительной линзы 1 установлена сетка 2, на поверхности компенсатора 3 аберраций закреплена корректирующая линза 5. Плоское зеркало 4 обращает ход лучей. При выполнении расчетного соотношения , связывающего фокусные расстояния системы, линзы 5 компенсатора 3, система становится нечувствительной по положению изображения к поперечным смещениям компонентов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 G 02 В 27/30

ГОГУ/1АРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

7 5

Ф

° а

° ю

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4475289/10 (22) 18.08.88 (46) 30.04.91. Бюл. N. 16 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) С.А.Сухопаров, Н.Н.Горлушкина и И.Н.T îùóê (53) 535.885 (088.8) (56) Сухопаров С.А. Сборка и юстировка морских оптических дальномеров. М.: Оборонгиз, 1961, с.155-156. (541 ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ KOHTPOllb НО-ИЗМЕРИТЕЛЬHblX ПРИБОРОВ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и м.б. использовано в.Я2, 1645928 А1

I дальномерах, коллиматорах, Цель изобретения — повышение функциональной надеж ности путем обеспечения независимости положения изображения от поперечных смещений компонентов. В главной плоскости положительной линзы 1 установлена сетка 2, на поверхности компенсатора 3 аберраций закреплена корректирующая линза 5. Плоское зеркало 4 обращает ход лучей. При выполнении расчетного соотношения, связывающего фокусные расстояния системы, линзы 5 компенсатора 3, система становится нечувствительной по положениЮ изображения к поперечным смещениям компонентов. 2 ил.

1645928

15

fl

I кор d

fê.а (2) 50

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в высокоточных приборах, например в дальномерах, коллиматорах и т.д.

Целью изобретения является повышение функциональной надежности путем обеспечения независимости положения иэображения от поперечных смещений компонентов.

На фиг. 1 изображена принципиальная оптическая схема системы; на фиг. 2 — эквивалентная оптическая система беэ зеркала, Оптическая система содержит положительную линзу 1, в главной плоскости которой установлена сетка 2, компенсатор 4 аберраций, плоское зеркало 4, установленное на удалении от сетки 2, равном половине фокусного расстояния системы, и корректирующую линзу 5. Последняя закреплена соосно на поверхности компенсатора Э и имеет диаметр, меньший диаметра компенсатора 3 и линзы 1. Фокусные расстояния системы f, корректирующей линзы

5 f«p. и компенсатора 3 аберраций f<.> удовI I летворяют соотношению где d — расстояние от корректирующей линзы 5 до сетки 2.

Оптическая система может работать как в фокусирующем, так и в коллимирующем режиме. В первом случае лучи от предмета, расположенного в бесконечности, падают на положительную линзу 1, которая фокусирует их в плоскость иэображения, совпадающую с плоскостью сетки 2. При этом лучи проходят компенсатор 3, который коррегирует сферическую и хроматические аберрации всей системы, отражаются от зеркала 4. вновь проходят линзовый компенсатор 3, линзу 5 для коррекции фокусного расстояния и положительную линзу 1. В плоскости изображений, совпадающей с главной плоскостью оптической системы, располагается приемник, например, матрица ПЗС.

В коллимирующем режиме система работает в обратном ходе лучей, начиная от сетки 2, через компоненты 1, 5 и 3, зеркало

4, и снова компоненты 3 и 1.

При сборке и юстировке системы осуществляют точную подгонку фокусного расстояния, если фокусное расстояние изготовленного обьектива отличается от номинала на величину, превышающую допустимую, а также для коррекции масштаба матриц ПЗС, шкал и т.п.

Технологическая погрешность изготовления линз вызывает погрешность фокусного расстояния от 0,5 до 1$. Допустимая погрешность фокусного расстояния в отдельных случаях не превышает 0,05 — 0,01, например, в дальномерах. Поэтому предусматривают регулировку фокусного расстояния с помощью подвижной коррекционной линзы 5 вместе с компенсатором Э.

В высокоточных измерительных оптических приборах поперечное смещение вызывает измерение направления лучей или положения изображения, Особенно сильное влияние поперечные смещения вызывают в короткофокусных системах.

Допустимые смещения к поперечному смещению. обусловленные требованиями к точности и стабильности, составляют в отдельных случаях единицы и доли микрометров, Конструктивно и технологически такие малые смещения ограничить трудно или невозможно вследствие неизбежности зазоров, разности линейных расширений при изменении температуры, Поэтому прибегают к методам ослабления влияния поперечного смещения, например, путем приближения линзы к плоскости изображения.

В предлагаемой системе влияние поперечного смещения компонентов 1 и 2 устранено за счет их жесткого скрепления и совмещения с плоскостью изображения.

Влияние поперечных смещений компонентов 5 и Э устранено за счет действия двух факторов: благодаря их жесткой связи, обуславливающей воэможность лишь одновременного смещения, и благодаря соотношению (1), которое приводит к нулю результат одновременного смещения компонентов 3 и 5. Последнее можно показать на основе использования понятия пространственно-передаточных функций и пространственно-передаточных коэффициентов.

Для обеспечения нечувствительности к поперечным смещениям компонентов 3 и 5 должно выполняться условие

Окор + Ок,a = О, где 0кор — пространственно-передаточная функция корректирующей линзы 5;

0к,a — то же, компенсатора 3 аббераций.

В общем случае

U=KZ, где К вЂ” пространственно-передаточный коэффициент;

Z — координата оптического элемента.

1645928

Подставим значения в (2), получим

Ккор Zrop+ Кк.а 2к. а = О, (3) так как между линзой 5 для коррекции фокусного расстояния и компенсатором 3 существует жесткая связь, то 2кор - 2к.а, В оптической системе для высокоточных контрольно-измерительных приборов !

Ккор = 1 — 01 = 1 —. 1 — — « ) хко ткор

= I (— — ) = — —; (1)

Сор око р к., =1-и2 =1.— - =

fê.а ! 1 — K.8 + т — f (5)

Ф, где обозначения величин ясны из фиг. 2, Подставив (4) и (5) с учетом (1) в (3), убедимся в выполнении условия (2), Таким образом, оптическая система для технологии контрольно-измерительных приборов инвариантна по отношению к поперечным смещениям всех ее компонентов, что и обуславливает повышенную функциональную надежность.

Под функциональной надежностью понимается обеспечение постоянства оптических характеристик системы во время эксплуатации, что достигается нерасстраиваемостью предлагаемой оптической системы. Для высокоточных измерительных приборов очень важно постоянство характеристик оптической системы: фокусное расстояние, положение иэображения и т,д.

В качестве примера конкретной реализации можно привести следующую систему.

Фокусное рассояние 203,26 мм, относительное отверстие 1:3,3, угол поля зрения

2, задний фокальный отрезок 0,92 мм, апертурная диафрагма на первой поверхно5 сти, диаметр ее 60 мм, система рассчитана для основной длины волны 0,9 мкм и ахроматизована в диапазоне длин волн от 0,546 до 1,1 мкм.

Система работает в режиме фокусиров10 ки, приемник излучения — матрица ПЗС.

Формула изобретения

Оптическая система для высокоточных контрольно-измерительных flpHOopoB, со15 держащая положительную линзу, сетку, установленную в главной плоскости положительной линзы, компенсатор аберраций, корректирующую линзу, диаметр которой меньше диаметра положительной линзы и

20 компенсатора аберраций, и плоское зеркало, установленное на удалении от сетки, равном половине фокусного расстояния системы, отличающаяся тем, что, с целью повышения функциональной надежности

25 путем обеспечения независимости положения изображения от поперечных смещений компонентов, компенсатор аберраций установлен за положительной линзой, э корректирующая линза соосно закреплена

30 на поверхности компенсатора аберраций, при этом параметры компенсаторов удовлетворяют соотношечию ткор d

35 где hop — фокусное расстояние корректирующей линзы;

4.о. — фокусное расстояние компенсато/ ра аберраций;

40 1 — фокусное расстояние всей системы;

d — расстояние от корректирующей линзы до сетки.

1645928

НН НН

Составитель В.Архипов

Техред M. Морге нтал Корректор О.Ципле

Редактор Е.Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1349 Тираж 340 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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