Способ определения дисторсии длиннофокусных объективов

Способ относится к оптическому приборостроению и может использоваться для измерения дисторсии длиннофокусных крупногабаритных объективов. Способ заключается в том, что производится измерение линейных величин изображений в фокальной плоскости оптической скамьи участков стеклянной шкалы, расположенных по полю зрения испытуемого объектива при помощи двух окуляр-микрометров. Технический результат - повышение точности определения дисторсии за счет исключения использования угломерных измерительных устройств. 5 ил.

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано, в частности, при аттестации длиннофокусных крупногабаритных объективов для контроля радиальной дисторсии.

Известен способ измерения дисторсии с помощью узловой точки. Он заключается в измерении с помощью микроскопа смещения автоколлимационного изображения тест-объекта при повороте испытуемого объектива относительно нулевого положения на симметричные углы. Но у этого способа недостаточная точность и сложность юстировки испытуемого объектива при установке задней узловой точки на ось вращения объективодержателя (Н.П.Гвоздева, К.И.Коркина "Теория оптических систем и оптические измерения", Москва "Машиностроение" 1981 г., с.364-365).

Наиболее близким является способ определения дисторсии описанный в ОСТ 3-5396-83 "Аэрофотообъективы. Метод измерения радиальной фотограмметрической дисторсии". Он заключается в том, что испытуемый объектив закрепляют на поворотном устройстве оптической скамьи, совмещая плоскость входного зрачка объектива с вертикальной осью поворотного устройства. Закрепляют испытуемый объектив так, чтобы его первая линза была расположена со стороны зеркального объектива оптической скамьи, а за последней линзой испытуемого объектива помещают стеклянную шкалу перпендикулярно его оптической оси. Измерение радиальной фотограмметрической дисторсии сводится к измерению углов, под которыми видны изображения штрихов стеклянной шкалы, сначала по центру, а потом по полю зрения. Этот метод не дает высокого качества при измерении дисторсии у крупногабаритных длиннофокусных объективов.

Задачей изобретения является создание способа определения дисторсии длиннофокусных объективов с улучшенными характеристиками.

Технический результат - повышение точности определения дисторсии длиннофокусных крупногабаритных объективов за счет исключения необходимости использования угломерных измерительных устройств.

Это достигается тем, что в способе определения дисторсии длиннофокусных объективов, при котором закрепляют испытуемый объектив на поворотном устройстве оптической скамьи, совмещая плоскость входного зрачка объектива с вертикальной осью поворотного устройства, первую линзу испытуемого объектива располагают со стороны зеркального объектива оптической скамьи, а за последней линзой располагают стеклянную шкалу перпендикулярно оптической оси испытуемого объектива, далее совмещают перекрестие окуляра оптической скамьи с изображением в фокальной плоскости оптической скамьи стеклянной шкалы, при этом нулевой штрих находится на оптической оси испытуемого объектива, а изображение этого штриха - на оптической оси оптической скамьи, в отличие от известного, перекрестия двух окуляр-микрометров совмещают с изображением в фокальной плоскости оптической скамьи штрихов, расположенных симметрично относительно нулевого штриха стеклянной шкалы на небольшом расстоянии от него, и снимают отсчеты по двум микровинтам каждого окуляр-микрометра, затем поворачивают поворотное устройство объективодержателя оптической скамьи и совмещают перекрестия двух вышеуказанных окуляр-микрометров с изображениями штрихов стеклянной шкалы, расположенными по полю зрения испытуемого объектива, начиная с нулевого штриха, расстояние между этими штрихами на стеклянной шкале должно быть таким же, как и между вышеуказанными симметрично расположенными относительно нулевого штриха штрихами, и снимают отсчеты по двум микровинтам двух окуляр-микрометров.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема расположения испытуемого объектива при измерении величин изображений участков стеклянной шкалы, расположенных по полю зрения испытуемого объектива.

На фиг.2 показана схема измерения величины участка стеклянной шкалы, расположенного симметрично относительно оптической оси объектива.

На фиг.3 представлены графики значений дисторсии крупногабаритного длиннофокусного объектива, измеренные способом по предлагаемому изобретению.

На фиг.4 представлены усредненные значения по тем же значениям дисторсии.

На фиг.5 представлены графики значений дисторсии крупногабаритного длиннофокусного объектива, измеренных по ОСТ 3-5396-83 "Аэрофотообъективы. Метод измерения радиальной фотограмметрической дисторсии".

Испытуемый длиннофокусный объектив 1 (фиг.1) устанавливают на объективодержатель поворотного устройства (не показан) оптической скамьи так, чтобы плоскость входного зрачка испытуемого объектива 1 совпадала с вертикальной осью поворотного устройства, первая линза испытуемого объектива 1 была направлена в сторону зеркального объектива 2 оптической скамьи, а за последней линзой располагают стеклянную шкалу 3 перпендикулярно оптической оси объектива 1. Далее совмещают перекрестия окуляр-микрометров 4 и 5 (окуляр-микрометры расположены на оптических столиках 6 и 7 с микровинтами продольного и поперечного перемещения с ценой деления 0,01 мм) с расположенными симметрично относительно оптической оси объектива 1 (фиг.2) изображениями в фокальной плоскости оптической скамьи штрихов стеклянной шкалы 3, освещаемой лампой подсветки 9 -ЛБ40-2. Снимают отсчеты по микрометрическим винтам x'₁, x'₂. Разность (x'₁-x'₂) принимается за начало отсчета, поворачивают поворотное устройство на угол, соответствующий "i-му" интервалу стеклянной шкалы. Совмещают перекрестия окуляр-микрометров с изображениями штрихов, соответствующих "i-му" интервалу стеклянной шкалы. Снимают отсчеты x₁, x₂.

Вычисляют Δl_±i величину, соответствующую разности размеров-изображений участка стеклянной шкалы, принятого за начало отсчета и измеряемого участка стеклянной шкалы 3:

Δl_±i=(x'₁-x'₂)-(x₁-x₂)_±i.

Вычисляют величину изображения i-ого интервала стеклянной шкалы l_±i по формуле

l_±i=l₀-Δl_±i.

Где l₀=f'_CK·2·tg(α'/2),

где f'_ск - фокусное расстояние оптической скамьи,

α' - угол, соответствующий интервалу шкалы линейки h, расположенному симметрично относительно оптической оси объектива (нулевой штрих совпадает с оптической осью объектива), когда объектив не развернут относительно оптической оси скамьи (фиг.2):

где f'_об - фокусное расстояние объектива, предварительно измеренное угломерным способом в соответствии с ГОСТ 13095-85 "Объективы. Методы измерения фокусного расстояния".

Вычисляют угол α_±i, соответствующий ±i интервалу шкалы, по формуле

Вычисляют угол А±i, соответствующий расстоянию от нулевого штриха до соответствующего ±i штриха, по формуле

Определяют фотограмметрическое фокусное расстояние по формуле:

где d_±i - интервал шкалы от нулевого штриха до соответствующего ±i штриха линейки. Вычисляют фотограмметрическую дисторсию по формуле:

Yd_±i=L_±i-f'_φ·tgA_±i±Δ·tg²А_±i,

±Δ - поправка на расстояние между точкой автоколлимации и точкой симметрии в соответствии с ОСТ3-5396-83 (знак минус соответствует отрицательным значениям интервалов шкалы линейки):

Оптическая дисторсия находится по формуле:

y_0±i=d_±i-f'_об·tgA_±i±Δ·tg²A_±i.

Таким образом, данный способ определения дисторсии длиннофокусных объективов основан на измерении разницы между линейной величиной изображения в фокальной плоскости скамьи участка стеклянной шкалы, расположенной симметрично относительно оптической оси испытуемого объектива и изображениями таких же участков стеклянной шкалы, расположенных по полю зрения испытуемого объектива. В данном случае нет необходимости использовать угломерные приборы, которые необходимо использовать по методу определения дисторсии, описанном в ОСТ 3-5396-83 "Аэрофотообъективы. Метод измерения радиальной фотограмметрической дисторсии", а линейные измерения производятся с большей точностью, так как участок стеклянной шкалы наблюдается в фокальной плоскости оптической скамьи при большом видимом увеличении

где f'_ск - фокусное расстояние оптической скамьи,

f'_об - фокусное расстояние испытуемого объектива,

Г_ок - видимое увеличение окуляра.

Для сравнительного анализа были проведены многократные измерения дисторсии крупногабаритного длиннофокусного объектива по ОСТ 3-5396-83 "Аэрофотообъективы. Способ измерения радиальной фотограмметрической дисторсии" (графики результатов представлены на фиг.5) и способом определения дисторсии у длиннофокусных крупногабаритных объективов (графики результатов испытаний приведены на фиг.3, фиг.4), результаты которых сравнивались с расчетными значениями дисторсии испытуемого объектива.

Была произведена статистическая обработка результатов при доверительной вероятности Р=0,95. Доверительные границы (случайной погрешности результата измерения определялись по формуле

ε=±t·S,

где t - коэффициент Стьюдента (t-3,182 для 3-х измерений по ОСТ 3-5396-83 "Аэрофотообъективы. Способ измерения радиальной фотограмметрической дисторсии"; t=2,776 для 5-ти измерений способом определения дисторсии у длиннофокусных крупногабаритных объективов), S - среднее квадратическое отклонение арифметической середины результатов измерений.

Доверительные границы ε случайной погрешности результата измерения оптической дисторсии в точках поля зрения испытуемого объектива для способа описанного в ОСТ 3-5396-83 составила ±0,0742 мм, для способа определения дисторсии у длиннофокусных крупногабаритных объективов ±0,0082 мм. Доверительные границы ε случайной погрешности результата измерения фотограмметрической дисторсии в точках поля зрения испытуемого объектива для первого способа составила ±0,0768 мм, для второго способа ±0,0032 мм.

Максимальное отклонение среднего арифметического значения оптической дисторсии от расчетного значения составило для первого способа ±0,0312 мм, для второго способа ±0,0020 мм. Максимальное отклонение среднего арифметического значения фотограмметрической дисторсии от расчетного значения составило для первого способа ±0,0328 мм, для второго способа ±0,0022 мм.

Как видно, способ определения дисторсии у длиннофокусных крупногабаритных объективов значительно превосходит способ контроля по ОСТ 3-5396-83 "Аэрофотообъективы. Способ измерения радиальной фотограмметрической дисторсии" по точности измерения.

Способ определения дисторсии длиннофокусных объективов, заключающийся в том, что закрепляют испытуемый объектив на поворотном устройстве оптической скамьи, совмещая плоскость входного зрачка объектива с вертикальной осью поворотного устройства, первую линзу испытуемого объектива располагают со стороны зеркального объектива оптической скамьи, а за последней линзой испытуемого объектива располагают стеклянную шкалу перпендикулярно его оптической оси, далее совмещают перекрестие окуляра оптической скамьи с изображением в фокальной плоскости оптической скамьи стеклянной шкалы, при этом нулевой штрих должен находится на оптической оси испытуемого объектива, а изображение этого штриха - на оптической оси оптической скамьи, отличающийся тем, что перекрестия двух окуляр-микрометров совмещают с изображением в фокальной плоскости оптической скамьи штрихов, расположенных симметрично относительно нулевого штриха стеклянной шкалы на небольшом расстоянии от него, и снимают отсчеты по двум микровинтам каждого окуляр-микрометра, затем поворачивают поворотное устройство объективодержателя оптической скамьи и совмещают перекрестия двух окуляр-микрометров с изображениями штрихов стеклянной шкалы, расположенными по полю зрения испытуемого объектива, начиная с нулевого штриха, расстояние между этими штрихами на стеклянной шкале должно быть равно расстоянию между вышеуказанными штрихами, симметрично расположенными относительно нулевого штриха, и снимают отсчеты по двум микровинтам двух окуляр-микрометров.