SU1582039A1

SU1582039A1 - Device for determining position of focal plane of lens

Info

Publication number: SU1582039A1
Application number: SU884416302A
Authority: SU
Inventors: Эдуард Ильич Ковальский
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4671
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1990-07-30

Abstract

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и позвол ет повысить точность определени фокальной плоскости и рабочих отрезков объективов, а также расширить спектральный диапазон измерений и упростить методику измерени . Устройство содержит последовательно установленные объектив 1 с конденсором 2, тест-объект 3, например в виде точечной диафрагмы, испытуемый объектив 4, фиксирующий объектив 5, модул тор 6, состо щий из основани 8 и расположенных на нем зеркал 7 и установленный своей осью вращени к оптической оси фокусирующего объектива 5 под углом γ, фотоприемник 10, нормаль к светочувствительной площадке которого составл ет с оптической осью фокусирующего объектива 5 угол 2γ. Зеркала 7 расположены попарно симметрично относительно оси вращени модул тора 6, причем соседние зеркала размещены под углами +α и -α к плоскости, перпендикул рной оси вращени модул тора 6. Светочувствительна плащадка фотоприемника 10 расположена на рассто нии B от фокальной плоскости фокусирующего объектива 5, определ емом по формуле B=[(A .COSΑ-2CSINΑ)(COS2γ+COS2Α)]/2COS(γ-Α)COS2Α, где A - рассто ние между точками пересечени плоскостей расположени зеркальных поверхностей с осью вращени модул тора дл зеркал с углом наклона +α и -αThe invention relates to instrumentation engineering and allows improving the accuracy of determining the focal plane and the working lengths of lenses, as well as expanding the spectral range of measurements and simplifying the measurement technique. The device contains a successively mounted lens 1 with a condenser 2, a test object 3, for example, in the form of a pinhole, a test lens 4, a fixing lens 5, a modulator 6 consisting of a base 8 and mirrors 7 located on it and mounted by its axis of rotation the optical axis of the focusing lens 5 at an angle γ, the photodetector 10, the normal to the photosensitive area of which makes an angle of 2γ with the optical axis of the focusing lens 5. The mirrors 7 are arranged in pairs symmetrically with respect to the axis of rotation of the modulator 6, and the adjacent mirrors are placed at angles + α and -α to the plane perpendicular to the axis of rotation of the modulator 6. The photosensitive surface of the photodetector 10 is located at a distance B from the focal plane of the focusing lens 5, defined by the formula B = [(A .COSΑ-2CSINΑ) (COS2γ + COS2Α)] / 2COS (γ-Α) COS2Α, where A is the distance between the points of intersection of the planes of the mirrored surfaces with the axis of rotation of the modulator for mirrors with an angle slope + α and -α

C - рассто ние от точки пересечени оптической оси фокусирующего объектива с поверхностью ближнего к нему зеркала до оси вращени модул тора при установке модул тора линией пересечени плоскостей расположени пары симметричных зеркал перпендикул рно оптической оси фокусирующего объектива. Принцип работы устройства заключаетс в создании испытуемым объективом светового пучка, содержащего изображение тест-объекта, с последующим его модулированием путем поочередного отражени от зеркал, установленных на основании модул тора и вл ющихс его лопаст ми. Изображение тест-объекта поочередно проецируют в две плоскости, расположенные под равными по величине и разными по знаку углами к светочувствительной площадке фотоприемника. 3 ил.C is the distance from the point of intersection of the optical axis of the focusing lens with the surface of the mirror nearest to it to the axis of rotation of the modulator when installing the modulator by the line of intersection of the planes for the arrangement of a pair of symmetrical mirrors perpendicular to the optical axis of the focusing lens. The principle of operation of the device is to create a test beam of a light beam containing an image of a test object, followed by modulating it by alternating reflections from mirrors mounted on the basis of the modulator and its blades. The image of the test object is alternately projected in two planes located at equal angles of different size and in sign to the photosensitive area of the photodetector. 3 il.

Description

Изобретение относитс к оптическому приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной технике дл определени положени фокальной плоскости объективов, в частности дл определени рабочих отрезков объективов, а также дл установки тест-объектов или источников излучени в фокальной плоскости коллиматоров.The invention relates to optical instrumentation and can be used in instrumentation to determine the position of the focal plane of the lenses, in particular, to determine the working lengths of the lenses, as well as to install test objects or radiation sources in the focal plane of the collimators.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений положени фокальной плоскости объектива и расширение спектрального диапазона измерений.The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements of the position of the focal plane of the lens and the expansion of the spectral range of measurements.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства в таком положении подвижной части модул тора, когда главное сечение двухгранного угла, образованного симметричной парой зеркал, параллельно плоскости, проход щей через оптрическую ось объектива и ось вращени модул тора; на фиг,2 - модул тор, вид А на фиг.1; на фиг.З - ход лучей вблизи фотоприемника при последовательной засветке его светочувствительной площадки соседними зеркалами модул тора.Fig. 1 shows a diagram of the device in this position of the movable part of the modulator, when the main section of the dihedral angle formed by a symmetric pair of mirrors is parallel to the plane passing through the optical axis of the lens and the axis of rotation of the modulator; FIG. 2 shows a modulator, type A in FIG. in FIG. 3, the course of rays near the photodetector when the photosensitive area is successively illuminated by the adjacent modulator mirrors.

Устройство дл определени фокальной плоскости объектива содержит последовательно установленные источник 1 излучени , конденсор 2, тест-объект 3, например в виде точечной диафрагмы, испытуемый объектив 4, фокусирующий объектив 5 и установленный осью вращени под углом у к оптической оси фокусирующего объектива 5 модул тор 6 (фиг.1). Модул тор 6 содержит плоские зеркала 7, размещенные попарно симметрично оси вращени модул тора на основании 8 (фиг.2). Одна половина зеркал 7 модул тора 6 закреплена на основании 8 под углами 90° + а, друга - под углами 90°A device for determining the focal plane of a lens contains a successively installed radiation source 1, a condenser 2, a test object 3, for example, in the form of a point aperture, a test lens 4, a focusing lens 5 and mounted by an axis of rotation at an angle y to the optical axis of the focusing lens 5 modulator 6 (figure 1). The modulator 6 contains flat mirrors 7 placed in pairs symmetrically to the axis of rotation of the modulator on the base 8 (Fig. 2). One half of the mirrors 7 of the modulator 6 is fixed on the base 8 at 90 ° + a, and the other at 90 °

-а к оси вращений модул тора 6, при этом соседние зеркала расположены под разными углами Основание 8 жестко закреплено на оси модул тора б, кинематически соединенной с электродвигателем 9 Плоские зеркала 7 закреплены на основании 8 таким образом, что рассто ние DP между точками пересечени плоскостей расположени зеркальных поверхностей с осью вращени модул тора 6 равно А, при этом модул тор 6 размещен так, что рассто ние ВК от точки пересечени оптической оси фокусирующего объектива 5 с поверхностью ближнего к нему по ходу осевого луча зеркала 7 модул гора 6 до оси вращени модул тора 6 при установке основани 8 с зеркалами 7 линией пересечени продолжений зеркальных поверхностей пары симметричных зеркал 7 перпендикул рно оптической оси-and to the axis of rotation of the modulator 6, while the adjacent mirrors are located at different angles. The base 8 is rigidly fixed to the axis of the modulator b, kinematically connected to the electric motor 9. The flat mirrors 7 are fixed to the base 8 in such a way that the distance DP between the points of intersection of the planes the location of the mirror surfaces with the axis of rotation of the modulator 6 is equal to A, while the modulator 6 is placed so that the distance VC from the point of intersection of the optical axis of the focusing lens 5 with the surface closest to it along the axial beam 7 Erkaev modulation mount 6 and the rotational axis of the modulator 6 of the base 8 when installing mirrors 7 line of intersection of extensions of symmetric pairs of specular surfaces of mirrors 7 perpendicular to the optical axis

фокусирующего объектива 5, равно С.focusing lens 5, is equal to S.

Фотоприемник 10 установлен нормально к светочувствительной площадке под углом 2 у к оптической оси фокусирующегоThe photodetector 10 is installed normally to the photosensitive area at an angle of 2 y to the optical axis of the focusing

объектива 5, при этом нормаль параллельна плоскости расположени оптической оси фокусирующего объектива 5 и оси вращени модул тора 6. Плоскость светочувствительной площадки фотоприемника 10 пересекает оптическую ось ближнего к нему по ходу осевого луча зеркала в т. М, расположенной на рассто нии В от фокальной плоскости объектива 5, т.е MN В, при этом светочувствительна площадка размещена подlens 5, while the normal is parallel to the plane of the optical axis of the focusing lens 5 and the axis of rotation of the modulator 6. The plane of the photosensitive area of the photodetector 10 intersects the optical axis of the near axis along the axial beam of the mirror in m. M, located at a distance B from the focal plane lens 5, i.e. MN B, while the photosensitive area is located under

углом 2 а к фокальной плоскости фокусирующего объектива 5.angle 2 a to the focal plane of the focusing lens 5.

Рассмотрение MN В определ етс , исход из параметров о., С, А модул тора 6 и взаимного расположени модул тора б иConsideration of MN B is determined on the basis of the parameters o, C, A of modulator 6 and the relative position of the modulator b and

фокусирующего объектива 5 по следующей формуле:focusing lens 5 according to the following formula:

В (А cos«-2C sin а) B (A cos "-2C sin a)

(cos 2v + QOS 2cr)/ (cos 2v + QOS 2cr) /

/2cos (у-а)cos 2а./ 2cos (y-a) cos 2a.

Фотоприемник 10 через усилитель 11 и синхронный детектор 12 соединен с регистрирующим устройством, например цифровым вольтметром 13.The photodetector 10 through the amplifier 11 and the synchronous detector 12 is connected to a recording device, for example a digital voltmeter 13.

Устройство работает следующим образом ,The device works as follows

Поток излучени , выход щий из источника 1 излучени , например лампы накаливани , конденсором 2 проектируетс в плоскость диафрагмы 3, установленной вблизи фокуса испытуемого объектива 4. Выделенный диафрагмой 3 поток излучени объективом 4 направл етс на фокусирующий объектив 5 и далее, сход щимс пучком на зеркала 7 модул тора 6. Установленные на основании 8 зеркала 7 модул тора б привод тс во вращение двигателем 9. При этом поток излучени поочередно отражаетс от зеркал 7 модул тора б и направл етс ими на чувствительную площадку фотоприемника 10, установленного таким образом, что в момент точной установки диафрагмы 3 осевые лучи пучков излучени , последовательно отраженные от двух соседних зеркал 7, пересекаютс в т. М, лежащей в плоскости, совпадающей с светочувствительной площадкой фотоприемника 10 (фиг.З). Сечени этих пучков светочувствительной площадкой совпадают в момент точной фокусировки друг с другом, соответственно и освещенность в данной плоскости, создаваема пучком излучени , последовательно отраженном от любых зеркал 7 (при равенстве коэффициентов отражени этих зеркал) посто нна. При этом размер светочувствительной площадки фотоприемника 10 должен быть выполнен меньшим, чем размеры сечений пучков излучени (определ емых в основном размерами диафрагмы 3). В этом случае сигнал на выходе фотоприемника 10 пр мо пропорционален освещенности на его светочувствительной площадке, т.е. определ етс величиной дефокусировки испытуемогоThe radiation flux coming out of the radiation source 1, for example an incandescent lamp, by the condenser 2 is projected into the plane of the diaphragm 3 installed near the focus of the test lens 4. The radiation flux separated by the diaphragm 3 is directed to the focusing lens 5 and further by a converging beam on the mirrors 7 modulators 6. The mirrors 7 mounted on the base 7 of the modulator b are rotated by the motor 9. In this case, the radiation flux is alternately reflected from the mirrors 7 of the modulator b and directed by them to the sensitive area of the photo receiver 10, installed in such a way that at the time of precise installation of the diaphragm 3, the axial rays of the radiation beams, sequentially reflected from two adjacent mirrors 7, intersect in M, lying in a plane coinciding with the photosensitive area of the photodetector 10 (FIG. 3). The sections of these beams of the photosensitive area coincide at the moment of precise focusing with each other, respectively, and the illumination in this plane created by the radiation beam, which is sequentially reflected from any mirrors 7 (with equal reflection coefficients of these mirrors) is constant. At the same time, the size of the photosensitive area of the photodetector 10 must be made smaller than the dimensions of the radiation beam sections (determined mainly by the dimensions of the diaphragm 3). In this case, the signal at the output of the photodetector 10 is directly proportional to the illumination on its photosensitive area, i.e. determined by the amount of defocus of the subject

объектива 4. Любое изменение положени диафрагмы 3 по отношению к фокальной плоскости испытуемого объектива 4 приводит к изменению освещенности в плоскости 5 светочувствительной площадки фотоприемника 10. При этом на выходе фотоприемника 10 по вл етс пульсирующий по амплитуде электрический сигнал. Этот сигнал усиливаетс усилителем 11 и черезLens 4. Any change in the position of the diaphragm 3 with respect to the focal plane of the test lens 4 leads to a change in illumination in the plane 5 of the photosensitive area of the photodetector 10. At the output of the photoreceiver 10 an electric signal pulses in amplitude. This signal is amplified by amplifier 11 and through

10 синхронный детектор 12 поступает на регистрирующее устройство 13, которое в случае точной фокусировки показывает нулевой сигнал. При несовпадении диафрагмы 3 с фокальной плоскостью испытуемого обьек15 тива 4 с фотоприемника 10 снимаютс различные по амплитуде электрические сигналы. Регистрирующее устройство 13 после усилени этих сигналов показывает величину и с учетом пол рности сигнала,10, a synchronous detector 12 is fed to a recording device 13, which, in the case of precise focusing, shows a zero signal. If the diaphragm 3 does not coincide with the focal plane of the test object 4 from the photodetector 10, electrical signals of different amplitude are recorded. The recording device 13, after amplifying these signals, shows the magnitude and, taking into account the polarity of the signal,

0 определ емой с помощью сигнала от синхронного электродвигател 9. знак фокусировки испытуемого объектива 4. Перемещением объектива 4 добиваютс нулевого сигнала на регистрирующем устрой5 стве 13, что означает точную фокусировку испытуемого объектива 4.0 determined by a signal from a synchronous motor 9. focus sign of the test lens 4. Move the lens 4 to achieve a zero signal on the recording device 13, which means precise focusing of the test lens 4.

Claims

The invention The device for determining the position of the focal plane of the lens containing successively installed in front of the test lens the illuminator, test object, and behind the test lens - the modulator, the axis of which is installed under

5 with an angle to the optical axis of the test lens, a second lens and a photodetector, that is, in order to increase the measurement accuracy and expand the spectral range of operation due to

0 reducing light losses, the modulator is made in the form of flat mirrors rigidly connected to the axis of its rotation mounted on the base, and the mirrors are placed in pairs symmetrically to this axis under

5 equal angles to the base and opposite in sign to the base, with adjacent mirrors placed at opposite angles to the sign and at different distances from the base.

2

Fig.Z