Существует множество различных способов измерения фокусного расстояния, часть из которых можно отнести к автоколлимационным способам. Одним из таковых является способ М.М.Русинова (Афанасьев В.А. Оптические измерения. М., Высшая школа. 1981 г., стр.146,47), который предусматривает измерение фокусного расстояния путем нахождения двух автоколлимационных изображений при двух разных положениях автоколлимационного прибора, двух разных зеркалах (вогнутого и плоского) и измерения расстояния между двумя положениями автоколлимационных изображений, расположенных на оптической оси объектива. Однако данный способ предусматривает наличие двух точных зеркал, качество которых не должно влиять на качество измеряемого объектива, кроме того, настройка вогнутого зеркала при данном способе весьма трудоемка. Дополнительно требуется наличие автоколлимационного прибора, который сам по себе является дорогостоящим инструментом. Кроме этого, существуют объективы, где этот способ не может быть принципиально использован. Другая часть способов измерения фокусного расстояния основывается на использовании коллиматоров. При измерении фокусных расстояний длиннофокусных объективов требования к коллиматору выливаются в габариты и стоимость, которые могут себе позволить только крупные предприятия. С целью удешевления процесса измерения фокусных расстояний длиннофокусных объективов в области нечувствительности человеческого глаза, автором предложен новый автоколлимационный способ. Особенностью данного способа является использование известного способа нахождения фокальной плоскости автоколлимационным методом, предложенным автором в заявке RU 2011100518.There are many different methods for measuring focal lengths, some of which can be attributed to autocollimation methods. One of these is the method of M.M. Rusinov (Afanasyev V.A. Optical measurements. M., Higher School. 1981, p. 144.47), which provides for measuring the focal length by finding two autocollimation images at two different positions autocollimation device, two different mirrors (concave and flat) and measuring the distance between two positions of autocollimation images located on the optical axis of the lens. However, this method provides for the presence of two accurate mirrors, the quality of which should not affect the quality of the measured lens, in addition, setting a concave mirror with this method is very time-consuming. Additionally, an autocollimation device is required, which in itself is an expensive tool. In addition, there are lenses where this method cannot be fundamentally used. Another part of the methods for measuring focal length is based on the use of collimators. When measuring the focal lengths of telephoto lenses, the requirements for the collimator translate into dimensions and cost that only large enterprises can afford. In order to reduce the cost of the process of measuring the focal lengths of telephoto lenses in the field of insensitivity of the human eye, the author proposed a new autocollimation method. A feature of this method is the use of the known method of finding the focal plane by the autocollimation method proposed by the author in the application RU 2011100518.
3. Раскрытие изобретения3. Disclosure of invention
В основу изобретения положена задача осуществления простого и дешевого способа измерения фокусных расстояний длиннофокусных объективов в области нечувствительности человеческого глаза. Этот способ основывается на известном способе нахождения фокальной плоскости автоколлимационным методом, предложенным автором в заявке RU 2011100518. Сущность этого способа заключается в установлении в одной плоскости, близкой к фокальной, источника излучения (3) и плоскости чувствительных элементов матричного приемника (2). На входе объектива перед первой оптической поверхностью, перпендикулярно оптической оси, устанавливают плоское зеркало (1) и создают автоколлимационную схему. Далее наблюдают изображение источника излучения с устройства визуализации изображения, захваченного матричным приемником. Для установки жестко скрепленной сборки источник-матрица в фокальную плоскость, эту сборку передвигают по оптической оси и по критерию максимальной четкости изображения фиксируют положение фокальной плоскости. Для измерения фокусного расстояния необходимо установить перпендикулярно оптической оси объектива оптический рельс и передвинуть сборку источник-матрица в крайнее по полю положение. Далее разворачивают плоское зеркало и приводят изображение источника в плоскость матрицы. Разность измеренных значений этих двух положений сборки источник-матрица (d), деленное на тангенс угла поворота плоского зеркала (А), есть фокусное расстояние объектива f'.The basis of the invention is the implementation of a simple and cheap method of measuring the focal lengths of telephoto lenses in the field of insensitivity of the human eye. This method is based on the known method of finding the focal plane by the autocollimation method proposed by the author in the application RU 2011100518. The essence of this method is to establish, in one plane close to the focal plane, the radiation source (3) and the plane of the sensitive elements of the matrix receiver (2). At the entrance of the lens in front of the first optical surface, perpendicular to the optical axis, a flat mirror (1) is installed and an autocollimation scheme is created. Next, observe the image of the radiation source from the imaging device captured by the matrix receiver. To install a rigidly bonded source-matrix assembly in the focal plane, this assembly is moved along the optical axis and the position of the focal plane is fixed by the criterion of maximum image clarity. To measure the focal length, it is necessary to install an optical rail perpendicular to the optical axis of the lens and move the source-matrix assembly to the position extreme in the field. Next, unfold a flat mirror and bring the image of the source into the plane of the matrix. The difference in the measured values of these two positions of the source-matrix assembly (d) divided by the tangent of the angle of rotation of the flat mirror (A) is the focal length of the lens f '.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Авторский способ измерения фокусного расстояния был использован при измерении фокусного расстояния фотографического объектива с фокусным расстоянием 1800 мм и ахроматизированного в видимой области. Необходимо было измерить фокусное расстояние на длине волны 1,06 мкм. Готовых автоколлимационных приборов для данной длины волны на предприятии не было. Разработка и изготовление такого прибора заняла бы в современных условиях более года. Расчетное значение фокусного расстояния на 1,06 мкм у специалистов доверия не вызывало из-за отсутствия достоверных точных значений показателей преломления стекол, входящих в состав данного объектива. Все вышеизложенное привело автора к созданию простого способа, сущность которого видна из схемы измерения. В качестве источника использовался светодиод с длиной волны излучения 1,06 мкм, в качестве матричного приемника использовалась кремниевая ПЗС-матрица с устройством видеозахвата и визуализацией изображения. Расстояние d было измерено с неопределенностью ±0,01 мм, угол A был измерен с неопределенностью ±2 угловые секунды, это привело к результату измерения f с неопределенностью ±2 мм. Причем по результатам измерения, сомнения специалистов в достоверности рассчитанного значения фокусного расстояния подтвердились. Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет простым и дешевым способом измерить фокусное расстояние объектива вне диапазона чувствительности человеческого глаза.The author’s method of measuring the focal length was used to measure the focal length of a photographic lens with a focal length of 1800 mm and achromatized in the visible region. It was necessary to measure the focal length at a wavelength of 1.06 μm. There were no ready-made autocollimation devices for this wavelength at the enterprise. The development and manufacture of such a device would take in modern conditions more than a year. The estimated focal length of 1.06 μm did not inspire confidence among experts due to the lack of reliable accurate values of the refractive indices of the glasses that make up this lens. All of the above led the author to create a simple method, the essence of which is visible from the measurement scheme. An LED with a radiation wavelength of 1.06 μm was used as a source, and a silicon CCD matrix with a video capture device and image visualization was used as a matrix receiver. The distance d was measured with an uncertainty of ± 0.01 mm, the angle A was measured with an uncertainty of ± 2 arc seconds, this led to the measurement result f with an uncertainty of ± 2 mm. Moreover, according to the measurement results, experts' doubts about the reliability of the calculated value of the focal length were confirmed. An advantage of the invention is that it allows a simple and cheap way to measure the focal length of the lens outside the sensitivity range of the human eye.