Устройство для измерения рабочего отрезка объективов

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i1) 1004796 (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву. (22)Заявлено 25.06.81 (21) 3310886/18-10 с присоединением заявки J% (23) Приоритет (51) M. Кл.

G О1 M 11/00

Гееударетееккый кенлтет

СССР

Опубликовано 15.03,83. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 15.03.83

IN делан лзабретелик к етхрытий (53) УДК 681.45 (088.8), Т.M.Àéñèì, В.П.Асташкин, .С. Н. Бегляков, А. ЬтПодобр ский, Б.А.Смирнов и Ф. П. Хлебников

I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО

ОТРЕЗКА ОБЪЕКТИВОВ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для технического измерения и аттестационного контроля величины отрезка объективов в условиях серийного и массового производства, в частности при контроле и юстировке объективов, установленных в съемочные камеры.

Известно устройство, содержащее источник света, оптическую систему, механизм перемегечия элемента оптической системы t 1 ) Недостатком устройства является субъективность контроля и малая производительность, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее источник света, що тест-объект, оптическую систему переноса изображения тест-объекта в плоскость анализа, механизм перемещения, связанный с объективом, микрообьектив с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормирующая, фотоприемник, два канала обработки сигнала, каждый из которых состоит из узкополосного фильтра, детектора и фильтра нижних частот, причем узкополосный фильтр, имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нор мирующей штриховой решетки растра, подключен к первому каналу, фазовую схему управления механизмом перемещения объектива, генератор опорного напряжения, связанный с приводом микрообъектива и первым входом фазовой схемы, два ключа, компаратор и источник опорного напряжения, выходы фильтра нижних частот соединены с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены со вторым входом <азовой схемы управления, второй о од компара3 !оо тора подключен к выходу фильтра нижних частот второго канала (2).

В известном устройстве первый вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения.

Недостатком устройства является зависимость точности измерений от светопропускания объектива, величины диафрагмирования объектива, стабильности светового потока источника света, а также от качества объектива, т,е, его коэффициента передачи модуляции на высокой пространственной частоте.

При контроле рабочего отрезка в юстировке объектива, установленного в съемочную камеру, величина светового потока зависит от отражающей способности пленки, которая не нормируется и может изменяться в значительных пределах.

Указанные обстоятельства приводят к тому, что при дальней фокусировке (при низкочастотной пространственной фильтрации изображения тестобъекта, и модуляции низкочастотного сигнала), следящая система может обладать недостаточной чувствительностью, т.е, не фокусировать, "не тянуть" объектив "издалека", а при ближней фокусировке (при высокочастотной пространственной фильтрации изображения тест-объекта и модуляции высокочастотного сигнала), при уменьшении высокочастотного сигнала, появляется статическая ошибка измерения, так как не хватает чувствительности и следящая система "не дотягивает" объектив до положения совмещения его фокальной плоскости с плоскостью анализа.

При большем высокочастотном сигнале возможно возникновение автоколебаний из-за перерегулирования, вызываемого инерционностью узлов механизма перемещения объектива.

Данные недостатки вызваны изменением низкочастотного и высокочастот ного сигналов из-за изменения величины светового потока, попадающего на фотоприемник (фиг. 2а), а для высокочастотного сигнала из-за различного качества изображения тест-объекта, формируемого объективом, т.е. качества объектива.

Кроме того, в известном устройстве не оптимизировано время контроля, так как при "дальней" фокусировке следящая система при модуля47 6 4 приемнику, выход соединен с входами узкополосных фильтров, дополнительные источники опорного напряжения через дифференциальный усилитель и первый дополнительный ключ в одном случае и дифференциальный усилитепь, фильтр нижних

4О

50

1О

zo

25 ции низкочастотного сигнала вначале фокусирует объектив с малой скоростью, затем скорость возрастает, затем вновь уменьшается, при "близкой" фокусировке, f1 o l1 Bbl сокочастотного сигнала скорость фокусировки также переменна..

Изменения скорости фокусировки вызваны изменением наклона расфокусировочных кривых, формируемых при перемещении объектива, и как следствие, изменением глубины модуляции низкочастотного и высокочастотного сигналов, приводящие к изменению управляющего напряжения, поступающего на механизм перемещения объектива.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений., Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено управляемым усилителем, делителем, двумя источни. ками опорного напряжения, двумя дифференциальными усилителями, двумя дополнительными ключами, двумя дополнительными фильтрами нижних частот, блоком вы !еления модуля, вход управляемого усилителя подключен к фоточастот и второй дополнительный ключ в другом случае соединены с управляющим входом управляемого усилителя, выход фазовой схемы управления через дополнительный фильтр нижних частот и блок выделения модуля соединен с дифференциальным усилителем, вход фильтра нижних частот первого канала через делитель соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго дополнительных ключей, выход фильтра нижних частот второго канала соединен со входом дифференциального усилителя, На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 эпюры напряжений, формируемых при фокусировании на выходе некоторых основных узлов.

Устройство содержит источник света, конденсор 2, тест-объект 3, выполненный в виде щелевой диафрагмы, полупрозрачный элемент 4, коллиматор5 10047 ный объектив 5, съемочную камеру 6 с фотопленкой 7, установленной в фильмовом канале камеры 6, микрообъектив 8, диск" 9 анализатора, привод 10, фотоприемник 11, управляемый усилитель 12, полосовые .фильтры

13 и 14, детекторы 15 и 16, фильтры

17 и 18 нижних частот, делитель 19, компаратор 20, конденсаторы 21 и 22> ключи 23 и 24, источники 25 и 26 опор. о ных напряжений дифференциальные уси"

Э лители 27 и 26, ключ 29, фильтр 30. нижних частот, ключ 31, привод 32 генератор 33 опорного напряжения, фазочувствительный детектор 34, усилитель 35 мощности, электродвигатель

36, механизм 37 перемещения (привод), отсчетное устройство 38, фильтр 39 нижних частот, блок 40 выделения модуля, контролируется объектив 41.

Устройство работает следующим образом.

Тело накала источника 1 света проектируется с помощью конденсора 2 .на щелевую диафрагму 3, Изображение щелевой диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости коллиматорного объектива 5, с помощью полупрозрачного элемента 4, коллиматорного объектива 5, контролируемого объекти- N ва 41, отраженное от фотопленки 7, строится в обратном ходе в плоскости анализа, которая с помощью микрообьектива 8 переносится в плоскость, в которой установлен диск 9 анализатора, вращаемой приводом 10.

Диск 9 анализатора проводит пространственный анализ спектра изображения щелевой диафрагмы, имеющий спектр, близкий к нвпрерывному, Свето-щ вой поток, промодулированный частотами, определяемыми пространственной частотой нанесенных штриховых решеток на диск 9 анализатора и скоростью его вращения, попадает на фотоприемник 11 .

Генератор 33 опорных напряжений связан с приводом 32, передающим колебательные движения микрообьективу 8. Колеблющийся микрообъектив осуществляет глубинное сканирование изображения щелевой диафрагмы 3, осуществляя амплитудную модуляцию, электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11 (фиг. 2а).

Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника 11, усиливается управляемым усилителем 12, и поступает на полосовые фильтры 13 и 14, выде96 б ляющие первые гармонические составляющие, амплитуда которых связана с текущим положением контролируемого объектива 41 (фиг, 2а - расфокусировочные кривые для двух пространственных частот: Ф 1 - низкая пространственная частота, N 2 — высокая пространственная частота) °

Сигналы с выхода фильтров детектируются детекторами 15 и 16, сглаживаются фильтрами 17 и 18 нижних частот. Иодулирующая огибающая отделяется от постоянной составляющей конденсаторами 21, 22 и поступает на информационные выходы ключей 23 и 24, с выхода которых поступает на второй вход фазочувствительного детектора 34, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 33 опорных напряжений.

Напряжение с выхода фазочувствительного детектора 34 усиливается усилителем 35 мощности и поступает на электродвигатель 36, который вращаясь перемещает механизм 37 переме" щения, связанный с контролируемым объективом 41, или коллиматорным объективом 5 °

При нахождении контролируемого объектива 41 в положении, соответствующем совмещению фокальной плоскости контролируемого объектива 41 с плоскостью фотопленки 7, при сканировании микрообъективом 8 на конденсаторах 23 и 24 выделяется модулирующая огибающая, первая гармонически составляющая которой равна удвоенной частоте сканирования микрообъектива 8 (фиг. 2а). При этом на выходе фазочувствительного детектора 34 формируется напряжение, постоянная составляющая которого равна нулю и контролируемый объектив 41 не перемещается.

При смещении фокальной плоскости контролируемого объектива 41 относительно плоскости фотопленки 7 на конденсаторах 21 и 22 выделяется модулирующая огибающая, первая гармоническая составляющая которой равна частоте сканирования микрообъектива 8, а фаза зависит от знака смещения фокальной плоскости контролируемого объектива 41. На выходе фазочувствительного детектора 34 формируется пульсирующее напряжение соответствующего знака (фиг, 2б), которое перемещает контролируемый объектив 41 в положение, соответствующее его фактическому ра" бочему отре:i-.у, величина которого счи7 100479 тывается с помощью отсчетного устройства 38. Вместо пленки 7 в устройстве может быть установлено зеркало, с которым может быть связан механизм 37 перемещения, 5

При значительном смещении контролируемого объектива от положения, соответствующего фактическому рабочему отрезку, напряжение на выходе фильтра 18 нижних частот близко к нулю. !ð

При этом устройство работает при мо- ° дуляции расфокусированной кривой, сформированной на низкой (нормирую-. щей) пространственной частоте (фиг,2а, кривых 1 1 ), 35

При малых смещениях контролируемого объектива 41, на выходе фильтра

18 нижних частот формируется напряжение, и устройство работает при модуляции расфокусировочной кривой, сфор- 20 мированной на высокой пространственной частоте, у которой помимо основного центрального максимума, характеризующего фокальную плоскость контролируемого объектива 41, симметрично расположены побочные максимумы.

При превышении напряжения на выходе фильтра 18 нижних частот выходного напряжения делителя 19, вход которого подключен к выходу фильтра 17 нижних частот, срабатывает компаратор 20, выходной сигнал с которого запирает ключ 23 и отпирает ключ 24.

При этом происходит переключение каналов, выделяющих огибающие. Уро35 вень срабатывания компаратора 20 устанавливается выше амплитуды побочных максимумов нэ расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты.

Подключение делителя 19 к выходу фильтра 17 нижних частот приводит к независимости момента переключения каналов от величины светового потока, поступающего на фотоприемник, и

45 от величины коэффициента усиления управляемого усилителя 12.

Таким образом, при значительных расфокусировках работа устройства основывается на модуляции расфокусировоч ной кривой, полученной при анализе изображения щелевой диафрагмы 3 на низкой (нормирующей) пространственной частоте, затем на модуляции расфокусировочной кривой, полученной при анализе изображения щелевой диафрагмы на высокой пространственной частоте, с исключением влияния побочных и 1 fë .1в.

При работе устройства на низкой пространственной частоте пульсирую" щее двухполярное напряжение, снимаемое с выхода фазочувствительного детектора 34, сглаживается фильтром

39 нижних частот и поступает на вход блока 40 выделения модуля, выходной сигнал с которого поступает на второй вход дифференциального усилителя 27.

На первый вход дифференциального усилителя 27 подается напряжение с источника 2Б опорных напряжений. Выходное напряжение дифференциального усилителя 27 через открытый ключ 29, управляемый компаратором 20, поступает на управляющий вход управляемого усилителя 12.

При фокусировании на низкой пространственной частоте коэффициент усиления управляемого усилителя 12 нелинейно изменяется, обеспечивая максимальную скорость перемещения контролируемого объектива. Величина скорос ти задается уровнем напряжения, формируемого источника 25 опорного напряжения, и не зависит от величины светового потока, попадающего на фотоприемник 11 (фиг. 2в). Блок 40 выделения модуля обеспечивает формирование однополярного напряжения, поступающего на вход дифференциального усилителя 27 из двухполярногоПри фокусировке на высокой пространственной частоте напряжение, снимаемое с фильтра 18 нижних частот, поступает на второй вход дифференциального усилителя 28. Ма первый вход дифференциального усилителя 28 подается напряжение с источника 26 опорных напряжений. Выходное напряжение дифференциального усилителя 28 через фильтр 30 нижних частот и открытый ключ 31, управляемый компаратором 20, поступает на управляющий вход управляемого усилителя 12. Ключ 29 при этом закрыт.

При фокусировании на высокой пространственной частоте коэффициент усиления управляемого усилителя 12 нелинейно изменяется, обеспечивая неизменность амплитуды центрального максимума расфокусировочной кривой, при изменении величины светового потока, попадающего на фотоприемник 11, а также при изменении качества объектива 41, приводящего к изменению амплитуды центрального максимума

Уровень поддерживаемой амплитуды устанавливается величиной напря кения, Формула изобретения

9 100479 формируемого исгочником 26 опорного напряжения,. При этом поддерживается постоянная чувствительность следящей системы при точном фокусировании, и максимальная скорость фокусирования, При автоматической установке величины рабочего отрезка объектива 41 механизм 37 перемещения заменяется приводом 37, связанным с юстировочным ксйьцом контролируемого объектива 41. 1О

При этом происходит перемещение не всего объектива 41, а одного иэ его компонентов (линзы). Объектив остается неподвижным, а автоматически происходит установка его рабочего отрезка путем перемещения одного из оптических компонентов.

Возможна реализация устройства, по которому управляемым усилителем выполняется не усилитель 12, а усилитель

35 мощности, с управляющим входом которого соединяются выходы ключей

29 и 31.

В устройстве последовательно осуществляются два взаимосвязанных режи- 2 ма работы следящей системы. Причем эти режимы обязательно взаимосвязаны, так как если использовать только первый режим работы, то после окончания фокусирования на низкой пространственной частоте нельзя установить определенную постоянную чувствительность следящей системы из-за причин, указанных в критике прототипа (появление статической ошибки или перерегулиро3$ вание - возникновение автоколебаний), Постоянное поддерживание амплитуды максимума высокочастотного сигнала также не возможно, так как такой сигнал формируется только после окончания фокусирования на низкой пространственной частоте.

Только после окончания фокусирования йо низкой пространственной частоте (первый режим) устанавливается on45 ределенная чувствительность следящей системы, отличающейся от чувствительности в первом режиме,. так как критерии оптимизации чувствительности для первого и второго режимов различны.

Использование предлагаемого устройства позволяет на его основе проектировать приборы для контроля и автоматической установки рабочих отрезков объективов при их юстировке, в частности объективов, установленных в съемочные камеры, в условиях серийного и массового производства, обладающие высокой точностью измерения, 6 10 сокращенным временем измерения, оптимизированной чувствительностью за счет автоматического нелинейного изменения коэффициента усиления в следующих друг эа другом двух режимов работы по разным критериям. Внедрение приборов повышает качество и производительность механосборочных работ.

Устройство для измерения рабочего отрезка объективов, содержащее источник света, тест-объект, оптическую систему переноса изображения тестобъекта в плоскость анализа, механизм перемещения, связанный с объективом, микрообъектив с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормйрующая, фотоприемник, два канала отработки сигнала, каждый иэ которых состоит из узкополосного фильтра, детектора и фильтра нижних частот, причем узкополосный фильтр имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нормирующей штриховой решетки растра, подключен к первому каналу, фазовую схему управления механизмом перемещения объектива, генератор опорного напряжения, связанный с приводом микрообъектива и первым . входом фазовой схемы, два ключа, компаратор, источник опорного напряжения, выходы фильтров нижних частот соединены с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены со BTopblM входом фазовой схемы управления, второй вход компаратора подключен к выходу фильтра нижних частот второго канала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений устройство снабжено управляемым усилителем, делителем, двумя дополнительными источниками опорного напряжения, двумя дифференциальными усилителями, двумя дополнительными ключами, двумя дополнительными фильтрами нижних частот, блоком выделения модуля, вход управляемого усилителя подключен к фотоприемнику, выход соединен с выходами узкополос-. ных фильтров, дополнительные источники опорного напряжения через диффе11 1ОО47 ренциальный усилитель, и первый дополнительный ключ в одном случае и дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот и второй дополнительный ключ в другом случае соединены с yn àвляющим входом управляемого усилителя, выход фазовой схемы управления через дополнительный фильтр нижних частот и блок выделения модуля соединен с дифференциальным усилителем, о выход фильтра нижних частот первого канала через делитель соединен с первым входом компаратора, выход которо96 12 го соединен с управляющими входами первого и второго дополнительных ключей, выход фильтра нижних частот второго канала соединен со входом, дифференциального усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бардин А.Н. Сборка и юстировка оптических приборов. M., "Высшая школа", 1968, с. 262.

2. Авторское свидетельство СССР

У 879357, кл. G 01 И 11/00, 1979 (прототип).

Составитель В. Васенов

Редактор Н.Горват Техред М.Костик Корректор Н. Король

Заказ 1868/51 Тираж 871 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4