Устройство для контроля качества объективов
Владельцы патента RU 2282170:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" (ФГУП "ПО "УОМЗ") (RU)
Устройство может быть использовано для технологического и аттестационного контроля качества объективов. Устройство включает последовательно расположенные на одной оптической оси источник света, штриховую миру с пространственной частотой Ni, объектив коллиматора и средство для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ-камеры. Штриховая мира снабжена механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси и расположена в фокальной плоскости контролируемого объектива. Фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ-камеры расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора, фокусное расстояние которого выбирают из условия: fк≥6·р·Ni·fоб, где fк - фокусное расстояние объектива коллиматора, мм; fоб - фокусное расстояние контролируемого объектива, мм; р - размер пикселя ПЗС матрицы, мм (р˜0,006 мм); Ni - пространственная частота, л/мм. Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности контроля качества объективов с разными фокусными расстояниями. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для технологического и аттестационного контроля качества объективов оптических приборов.
Известно устройство для измерения функции передачи модуляции (ФПМ) крупногабаритных объективов, содержащее щелевую диафрагму, установленную в фокальной плоскости объектива коллиматора, которая подсвечивается лампой накаливания через конденсорные линзы и светофильтры, причем щелевая диафрагма оптически сопряжена с фокальной плоскостью испытываемого объектива, проекционный объектив и ПЗС линейку. Проекционный объектив переносит изображение щелевой диафрагмы в плоскость ПЗС линейки (В.И.Бузанов. КП ЦКБ "Арсенал" - ведущий разработчик оптических и оптико-электронных приборов и систем в Украине. Сб. МАК "Контенант" - 2002, октябрь, с.6-10).
Недостатком известного устройства является наличие проекционного объектива, который как дополнительный оптический компонент вносит погрешность при измерении частотно-контрастных характеристик объектива, а изображение щелевой диафрагмы в плоскости ПЗС линейки вызывает необходимость сложной математической обработки полученных результатов.
Известно устройство для осуществления контроля качества объектива (Россия, изобретение, патент №2078360, МПК6 G 02 B 23/00, G 01 M 11/00, опубликован 27.04.1997 г.), выбранное за наиболее близкий аналог заявляемого изобретения, состоящее из центрального и полевого коллиматоров, проекционного объектива и средства для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ-камеры. Каждый коллиматор включает расположенные на одной оптической оси светодиоды, конденсор, набор штриховых мир, например мир Фуко, объектив и защитное стекло. Причем штриховая мира устанавливается в фокальной плоскости объектива соответствующего коллиматора. Наличие двух коллиматоров позволяет определить качество объектива в центре (с помощью центрального коллиматора) и на краю поля зрения (с помощью полевого коллиматора), при этом изображения штриховых мир (центрального и полевого коллиматоров), полученные в плоскости фоточувствительной площадки ПЗС матрицы, не требуют сложной математической обработки полученных результатов.
К недостаткам близкого аналога следует отнести наличие проекционного объектива, вносящего погрешность при измерении частотно-контрастных характеристик объектива, и громоздкость устройства ввиду наличия двух коллиматоров.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является упрощение конструкции и повышение точности контроля качества объективов с разными фокусными расстояниями.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что на одной оптической оси последовательно расположены источник света, штриховая мира с пространственной частотой Ni, например мира Фуко, объектив коллиматора, средство для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ-камеры.
Новизна состоит в том, что штриховая мира снабжена механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси и расположена в фокальной плоскости контролируемого объектива, а фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ-камеры расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора, фокусное расстояние которого выбирают из условия:
где fк - фокусное расстояние объектива коллиматора, мм;
fоб - фокусное расстояние контролируемого объектива, мм;
р - размер пикселя ПЗС матрицы, мм (р˜0,006 мм);
Ni - пространственная частота, л/мм.
Кроме того, средство для обработки и получения информации выполнено в виде последовательно соединенных ТВ-камеры с ПЗС матрицей, ТВ-индикатора и осциллографа, при этом между источником света и штриховой мирой расположено молочное стекло, обеспечивающее равномерную засветку штриховой миры, а между молочным стеклом и штриховой мирой может быть введен сменный светофильтр, позволяющий выделить определенный спектральный диапазон, в котором производятся измерения качества объективов с разными фокусными расстояниями.
Штриховая мира с заданной пространственной частотой Ni позволяет измерять коэффициент передачи контраста любых объективов на пространственной частоте Ni.
Механизм перемещения штриховой миры перпендикулярно оптической оси позволяет проводить измерения на любом угле поля зрения объективов и исключает необходимость наличия дополнительного (полевого) коллиматора.
Расположение штриховой миры в фокальной плоскости контролируемого объектива, а фоточувствительной площадки ПЗС матрицы ТВ-камеры в фокальной плоскости объектива коллиматора позволяет получить изображение штриховой миры в плоскости фоточувствительной площадки ПЗС матрицы ТВ-камеры, что дает возможность исключить такой оптический компонент, как проекционный объектив, и, таким образом, уменьшить ошибку измерений. Кроме того, в отличие от прототипа, где при проверке качества объективов с различными фокусными расстояниями на одинаковых пространственных частотах необходимо устанавливать разные расчетные штриховые миры, проверка качества объективов с различными фокусными расстояниями на одинаковых пространственных частотах в заявляемом изобретении производится с использованием одной и той же штриховой миры.
Значение фокусного расстояния объектива коллиматора, выбранное по формуле (1), позволяет проводить измерения качества объективов с заданной точностью.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом схемного решения устройства.
Устройство для контроля качества объективов состоит из последовательно расположенных на оптической оси лампы 1, которая через молочное стекло 2 освещает штриховую миру Фуко 3. Для выделения определенного спектрального диапазона между молочным стеклом 2 и штриховой мирой Фуко 3 установлен светофильтр 4. Штриховая мира Фуко 3 установлена в фокальной плоскости контролируемого объектива 5 и снабжена механизмом для перемещения перпендикулярно оптической оси (на чертеже не показано). За контролируемым объективом 5 расположен объектив коллиматора 6 и средство для обработки и получения информации. Средство для обработки и получения информации включает ТВ-камеру 7 с ПЗС матрицей, телевизионный ТВ-индикатор 8 и осциллограф 9. При этом фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ-камеры 7 расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора 6, выбранного согласно расчетной формуле (1) из стандартного комплекта оптической скамьи.
Контроль качества объективов в центре поля зрения в заданном спектральном диапазоне проводят следующим образом.
Устанавливают оптическую ось контролируемого объектива 5 соосно оптической оси объектива коллиматора 6. Изображение штриховой миры Фуко 3 посредством контролируемого объектива 5 и объектива коллиматора 6 переносится в плоскость фоточувствительной площадки ПЗС матрицы ТВ-камеры. На экране ТВ-индикатора 8 наблюдают изображение миры Фуко 3 и перемещением вдоль оптической оси ТВ-камеры 7 добиваются резкого изображения штрихов миры Фуко 3 на ТВ-индикаторе 8. Подключают осциллограф 9, выделяют центральную строку ПЗС матрицы ТВ-камеры 7 и перемещением вдоль оптической оси ТВ-камеры 7 добиваются максимального сигнала по осциллографу 9. По осциллографу 9 снимают значение соответствующее максимальной (Uмак) и минимальной (Uмин), амплитудам сигнала и определяют контраст TN для пространственной частоты Ni по известной формуле:
Для определения коэффициента передачи контраста на следующей пространственной частоте Ni+1 в фокальную плоскость контролируемого объектива 5 устанавливают штриховую миру Фуко 3 с пространственной частотой Ni+1 и проводят определение коэффициента передачи контраста для этой частоты, как описано выше.
Контроль качества объективов по краю поля зрения на углу β в заданном спектральном диапазоне проводят следующим образом.
Штриховую миру Фуко 3 с помощью механизма перемещения сдвигают перпендикулярно оптической оси на величину Δ мм, которую определяют по формуле:
Затем контролируемый объектив 5 поворачивают на угол β так, чтобы изображение штриховой миры Фуко 3 было видно на индикаторе 8. Измерение контраста производят описанным выше способом. Наличие механизма перемещения штриховой миры позволяет проводить измерения на любом угле β поля зрения и исключает громоздкость устройства в отличие от прототипа.
Изделие, в котором использована совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, прошло в 2003 г. - 2004 г. на ФГУП "ПО "УОМЗ" промышленные испытания с хорошим техническим результатом.
1. Устройство для контроля качества объективов, включающее расположенные на одной оптической оси источник света, штриховую миру с пространственной частотой Ni, например миру Фуко, объектив коллиматора, средство для обработки и получения информации с фоточувствительной площадкой ПЗС матрицы ТВ камеры, отличающееся тем, что штриховая мира снабжена механизмом перемещения перпендикулярно оптической оси и расположена в фокальной плоскости контролируемого объектива, а фоточувствительная площадка ПЗС матрицы ТВ камеры расположена в фокальной плоскости объектива коллиматора, фокусное расстояние которого выбирают из условия
fк≥6·p·Ni·fоб,
где fк - фокусное расстояние объектива коллиматора, мм;
fоб - фокусное расстояние контролируемого объектива, мм;
р - размер пикселя ПЗС матрицы, мм (р˜0,006 мм);
Ni - пространственная частота, л/мм.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство для обработки и получения информации выполнено в виде последовательно соединенных ТВ камеры с ПЗС матрицей, ТВ индикатора и осциллографа.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между источником света и штриховой мирой расположено молочное стекло.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что перед штриховой мирой расположен сменный светофильтр.
