Устройство для контроля фокусировки проекционного объектива

 

Изобретение относится к устройствам проекционной фотопечати. Цель изобретения - повышение точности устройства контроля фокусировки. Устройство работает по принципу измерения разности фаз между двумя сигналами, полученными в результате модуляции светового потока периодическим растром 2. Устройство содержит монохроматический источник 1, линзу 3, два электрооптических кристалла 4. Один из них установлен в +1 порядке дифракции и соединен с прямым выходом генератора пилообразного напряжения. Второй установлен в -1 порядке и соединен с инвертирующим выходом генератора. В результате кристаллы создают такую фазовую задержку, которая приводит к линейному перемещению изображения растра 2 в плоскости аналогичного анализирующего растра 11. Фотоприемники 17,18, расположенные за отверстиями 15 и 16 в фокальной плоскости линзы 12, регистрируют периодический сигнал, фаза которого зависит от положения плоскости фокусировки. Фильтры 19 и 20, установленные на выходе фотоприемников, устраняют искажения сигнала, вызванные обратным ходом. Для получения максимального сигнала с фотоприемников энергия светового пучка перераспределяется в пространстве рассеивателем 6. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 G 03 В 3/ОО

Г .с

5 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4335358/24-10 (22) 30.11.87 (46) 30. 11.89, Бюл. И 44 (72) Н.И.Бедулин, В.И,Есьман, А.Т,Симонов и Е.Jl.ßíêåëåB (53) 535.88(088.8)

{56) Авторское свидетельство СССР

N 406182, кл. G. 03 В 3/ОО, 1971.

Авторское свидетельство CCCP

М 1091104, кл. С 03 В 3/ОО, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОКУСИРОВКИ ПРОЕКЦИОННОГО ОБЪЕКТИВА (57) Изобретение относится к устрой ствам проекционной фотопечати. Цель изобретения - повышение точности устройства контроля фокусировки. Уст. ройство работает по принципу измерения разности .Фаз между двумя сигналами, полученными в результате модуляции светового потока периодическим растром 2; Устройство содержит монохроматический источник 1, линзу 3, два электрооптических крис„.Я0„„1525664 А1

2 талла 4. Один из них установлен в +1 порядке дифракции и соединен с прямым выходом генератора пилообразного напряжения. Второй установлен в -1 порядке и соединен с инвертирующим выходом генератора. В результате кристаллы создают такую фазовую задержку,. которая приводит к линейному перемещению изображения растра 2 в плоскости аналогичного анализирующего растра 11. Фотоприемники 17, 18, расположенные за отверстиями 15 и 16 в фокальной плоскости линзы 12, регистрируют периодический сигнал, фаза которого зависит от положения плоскости фокусировки. фильтры 19 и 20, уста- д новленные на выходе фотоприемников, Е устраняют искажения сигнала, вызванныа обратным ходом. Для попучания максимапыного сигнала с фотоприамников энергия светового пучка перераспределяется в пространстве рассеивателем 6. 4 ил.

«: 2 66

«Азобретение относится к устройствам проекционной фотопечати, в частности к Фотоэлектрическим устройствам KQHTpoJlH отклонений фотопласти"

5 ны от плоскости резкого изображения в системах с автофокусировкой.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг. 1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства совместно с проекционным объективом и п ластиной;,на фиг. 2а - сигнал на выходе генератора пилообразного напряжения; на фиг, 2б - сигнал на выходе фотоприемников: на фиг,2в сигнал на выходе полосового фильтра; на фиг. 3 — распределение световых пучков в зрачке проекционного объектива; на фиг. 4 - световые пучки вбли-?0

1. зи анализирующего растра.

Устройство (фиг. 1) содержит осве= титель (монохроматический источник) 1

1 и расположенные последовательно по хо ду луча предметный растр 2„ линзу 3, 1 два электрооптических кристалла 4 с нанесенными на их поверхность электродами 5 и рассеиватель 6. Злектрооптические кристаллы 4 расположены вблизи фскальной плоскости линзы 3 так, что лучи, образующие 1 дифракционный порядок растра 2 проходят через один кристалл, а образующие - 1 дифракционный порядок — через второй кристалл 4.

Электрооптлческие кристаллы 4 изготавливают из материала со значительным электрооптическим эффектом. Элект-роды 5 наносят так, чтобы обеспечить при приложении к ним электрического напряжения пропорциональное изменение коэффициента преломления материала кристаллов 4. Так, при использован«ли материала типа КДР электроды 5 могут быть нанесены на грани кристап-,. лов 4, перпендикулярно оптической оси

0Z материала и параллельные направлению распрост" àíåíèÿ света,,т.е. оптической оси устройства.

Электродь. 5 кристаллов 4 присоедизО иены K противофазным выходам генератора 7 пилообразного напряжения.

Рассеиватель 6 расположен в плос-- . кости, сопря«ненной с предметным раст"ром ?.

Далее по ходу лучей устройство со - 5 держит полупрозрачное зеркало 8, про .. екционный ооьектив 9 и фотопластину

10, которые образуют систему, строящую автоколлимационное изображение предмета, расположенного в плоскости рассеивателя 6, в плоскость анализирующего растра 11, расположенного

s плоскости, сопряженной с рассеивателем 6.

За анализирующим растром 11 расположена коллективная линза 12 и,апертурная диафрагма 13, расположенная в плоскости, сопряженной со зрачком 14 проекционного объектива 9.

Апертурная диафрагма 13 имеет два .отверстия 15 и 16, расположенных децентрированно по разные стороны от оптической оси.

Непосредственно за отверстиями 1. и 16 расположены фотоприемники 17 и 18, выходы которых соединены через полосовые фильтры 19 и 20 соотве ственно с входами измерителя 21 разности фаз.

Устройство работает следующим îáразом.

Линза 3 строит изображение предметного растра 2 (фиг. 1) на рассеиватель 6. Вместе с тем, линза 3 собирает в электрооптические -кристаллы 4 световые пучки, образующие +1 и -1 дифракционные порядки соответственно.

Изображение растра 2, которое строилось бы в плоскости рассеивателя 6 линзой 3 в отсутствии электро- оптических кристаллов 4, описывается синусоидальной функцией амплитуды:

U=A(1+cosgy), где U — амплитуда светового поля;

А - амплитуда падающего на растр

2 поля с учетом увеличения пи н3ь!

И - пространственная частота растра 2 с учетом увеличения линзы 3; х - координата, перпендикулярная направлению штрихов растра.

Выражение (1) может быть представлено в виде суммы трех составляющих: ,А . А

11=А+-exp(jul)+-åõð(-jp)x) . (2)

2 2

Каждая из составляющих описывает плоскую волну, распространяющуюся в определенном направлении, т.е. дифракционный порядок.

Злектрооптические кристаллы 4, pasмещенные в ходе лучей +1 и -1 дифракционных порядков вносят в соответствующие пучки дополнительной фазовый набег, величина которого пропорцио664

Ч„= ч; ц), =-KV !

5 1525 нальна,величине приложенного к соответствующему электрооптическому кристаллу напряжения.

Поскольку к кристаллу, установленному в ходе лучей +1 порядка, и к кристаллу, установленному в ходе лучей -1 порядка, напряжение с выхода генератора 7 поступают в противофазе, то фазовые сдвиги в порядках будут представлять собой: где Ц>+, и Я,- фаэовые сдвиги в +1 и -1 дифракционных порядках соответственно;

К - коэффициент пропорциональности;

V — - мгновенное значение напряжения на выходе генератора 7.

Появление дополнительного сдвига фаз приводит к изменению функции распределения амплитуды:

А .. А

U=A+-ехр () 1х+ j KV) +-ехр (- jQx- j KV) =

2 2

А(1+сов(Их+К7) .. (4)

Из формулы (4) следует, что приложенное напряжение приводит к смещению изображения растра 2 на рассеивателе 6, пропорциональному величине приложенного напряжения.

Напряжение, прикладываемое к кристаллам 4, поступает с выхода генератора 7 пилообразного напряжения и имеет временную диаграмму, изображенную на фиг. 2а. Это обеспечивает линейное сканирование изображения.

Максимальное напряжение на выходе генератора 7 (фиг. 1) выбирают таким, чтобы обеспечить смещение изображения растра на период. При этом максимальное значение фазового сдвига, обеспечиваемого электрооптическими кристаллами 4 будет равно +2u и -2Ф соответственно. В этом случае, если не при нимать во внимание обратный ход, сканирование выглядит как непрерывное движение изображения с постоянной скоростью.

Изображение растра 2 строиться на поверхности рассеивателя 6, а затем через полупрозрачное зеркало строится проекционным объективом 9 на поверхность фотопластины 10 . Лучи, отраженные от пластины 10, проходят через объектив 9, отражаются от полу6 прозрачного зеркала 8 и формируют в плоскости анализирующего растра 1! автоколлимационное изображение растра 2.

При сканировании изображения растра 2 в плоскости рассеивателя 6 автоколлимационное изображение предметноrо растра 2 на анализирующем растре

ll также будет перемещаться. Анализирующий растр 11 имеет такой же шаг и направление штрихов, как и изображение растра 2. В результате штрихи изображения предметного растра 2 будут при сканировании перекрываться штрихами анализирующего растра 11, что приводит почти к синусоидальной модуляции светового потока, прошедшего через анализирующий растр 11

20 (фиг. 2б), и соответствующему изменению напряжения на выходе фотоприемников 17 и !8 (фиг. 1) . Отличие формы сигналов от синусоидальной в основном связано с наличием обратного хо25 да, во время которого изображение предметного растра 2 испытывает скачок, а на сигнале наблюдается короткий импульс. Для того, чтобы этот импульс не влиял на работу измеритеЭ0 ля 21 разности фаэ, сигналы пропускаются через полосовые фильтры 19 и 20, настроенные на частоту сканирования ° Форма сигналов на выходе полосовых фильтров 19 и 20 приведена на фиг. 2в, 35

Свет, прошедший через анализирующий растр 11, собирается коллективной линзой 12, которая в плоскости апертурной диафрагмы !3 строит изоб40 ражение зрачка 14 объектива 9 ° Апертурная диафрагма 13 содержит два от-. верстия 15 и 16, расположенные децентрированно относительно оптической оси так, что они накладываются на

45 изображение зрачка 14 обьектива 9 без виньетирования (фиг. 3) . Рассеиватель 6 (фиг. 1) при этом изменяет угловое распределение падающего на него света так, чтобы максимальное

50 количество света попадало в отверстия 15 и 16 (фиг. 3). При этом световое пятно 22 .в отсутствии рассеивателя преобразуется в световое пятно 23.

Рассеиватель 6 (фиг. 1) может быть выполнен в виде комбинации из дифракционной решетки и матовой пластинки.

152>664

IlIp точной фокусировке naoc<

24 (фиг. 4а), в которой построено изображение предметного растра 2 (фиг.1),. совпадает с плоскостью, в которой установлен анализирующий растр 11 (фиг, 4а).

Пучки лучей 2g и 26, выделяемь<е о<ве",ñтиями 15 и 16 (фиг.,) в апертурной диафрагме 13, строят изображения предметного растра 2 в плос<ости 24 (фиг. 4а), Б этой плоскости окна анализирующего растра I1 сов- падают C пучками 25 и 26 <4> тельно, начальные растры 11 совпадают с пучками 25 и 26 и, следоватбпь.io, начальнь!е фазы cêгндлов соответствующих световь<м пучкам 25 и

26, прошедших анализирующих растр 11, будут одинаковы, 20

В результате сигналы с фотоприемников 17 и 18 (фиг. 1) не имеют друг относительно друга фазового сдвига.

Соответственно не будут иметь фазового сдвига и сигналы на выходах поло совых фильтров 19 и 20„ B результате <лэмеритель ? 1 разности фаз, на выходы которого поданы эти сигналы, будет регистрировать нулевой сдвиг фаэ, соответствующий точной фокуси",0 .> ровке.

При расфокусировке., т.е, смещении фоточувствительной пластины 10 вдоль опти чес кои оси, плос<<ост ь 24 (ф<л г . 4б,1 в которой строится изображение предметного растра 2 (фиг, 1)„ окажется

33 смещенной относительно анализирующего растра 11 и в его плоскости пучки 25 и 26 (фиг. 4б) уже не совпадут друг с другом. Соответственно окажутся сдвинутыми и начальные фазы сигналов, соответствующих световым пучкам 2 л 26, прошедших анализирующий растр 11.

Это приводит к появлению фазового сдвига между сигналами фотоприемниД,Я ков 17 и 18 (фиг. 1), причем знак разности фаз указывает направление, а величина пропорциональна величине расГI.o<< c_#_poe<

В предлагаемом устройстве сканирование осуществляется с помощью электрооптических кристаллов 4 (фиг.1). Это обеспечивает высокую стабильность частоты сканирования и отсутствие неконтролируемых смещений изобран<ения предметного растра.

В результате случайная погрешность определяется только фотоэлектрическими шумами фотоприемников 17 и 18, Дополнительными достоинствами пред=лагаемого устройства является высокое быстродействие, ограниченное только быстродействием измерителя разности Фаэ, а также отсутствие движущихся частей, что обеспечивает высокую надежность и долгове ность предлагаемого устройства.

Формула изобретения устройство для контроля фокусировки проекционного объектива, содержащее последовательно расположенные осветитель, предметный растр, автоколли;, мационную оптическую систему, анализирующий растр, апертурную диафрагму, выполненную в виде двух расположенных по разные стороны от оптической оси отверстий, за каждым из которых установлен фотоприемник, причем фотоприемники соединены со схемой измерения разности фаз, о т л и ч а ю щ е е с я- тем, что, с целью повышения точности, в него введены линза расположенная за предметным растром, два электрооптических кристалла с электродами, расположенными симметрично относительно оптической оси в ходе лучей +1 и -1 дифракциочных порядков предметного растра, генератор пилообразного напряжения, прямой выход которого соединен с электродами первого кристалла, а инвертирующий выход - с электродами второго, и два полосовых фильтра, включенные между фотоприемниками и схемой измерения разности фаэ, а в качестве осветителя использован монохроматический источник излучения.

1525664

1б

Ссста ви ех„b И - 1 ванов

Техред ы.,цьщык Корректор Т.иалец

Редактор й,ренин и и п.и ГКНТ СССР

В@%ПИ Госу вгственнюго комитета Io изобретениям и открытиям при

1 I 30 ;g, Иосква, > (-3 -3, Раушская наб., д ° 4/5

Г . -- "П " г, Ужгород ул, Гагарина,101

Производственно-имад;-. i ельский комбинат Патент р д)