Способ измерения и контроля рабочих отрезков объективов и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения и контроля рабочих отрезков объективоа Сущность изобретения заключается в том, что контролируемый объектив освещают параллельным пучком лучей, ограниченным по диаметру до размера D. а после объектива устанавливают дополнительную линзу, передний фокус кото2 рой размещают вблизи Зсщнего фокуса контролируемого объектива и, измеряя диаметр пучка по крайней мере в одном сечении, определяют величину несовпадения фокусов контролируемого объектива и дополнительной линзы X по формуле Устройство содержит установленную в ходе параллельного пучка диафрагму 2, за испытуемым объективом размещен светоделитель 5. а в каждом из каналов - дополнительную линзу 6 или 7. матричный фотоприемник 8, 9; входы фотоприемников обочх каналов подключены к формирователю импульсов 10, а выходы фотоприемников - к смесителямпреобразователям 11,12, выходы которых подключены к входам схемы управления 13, которая подключена к схеме регистрации 14. 2 ел и 1 зпфлы, 3 ил.

ОПИСАН к плтенту

ИЕ ИЗОБРЕжЕНИ

1 ."

»;q (3

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4860183/10 (22) 23.08.90

{46) 15.11.93 Бюп. Na 41-42 (71) Сапаватский оптико-механический завод (72) Васютин АС„ Козлов С.С.

{73} Салаватский оптико-механический завод (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ РАБОЧИХ ОТРЕЗКОВ ОБЪЕКТИВОВ И УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к оптическому приборостроения и может быть использовано дпя измерения и контроля рабочих отрезков объективов. Сущность изобретения закпючается в том, что контролируемый объектив освещают параллельным пучком лучей, ограниченным по диаметру до размера "D", а после объектива устанавливают дополнительную линзу, передний фокус которой размещают вблизи заднего фокуса контролируемого объектива и, измеряя диаметр пучка по крайней мере в одном сечении, определяют вегичину несовпадения фокусов контролируемого объектива и дополнительной линзы Х" по формуле, Устройство содержит установленную в ходе пзраллепьного пучка диафрагму 2, за испытуемым объективом размещен светодепитель 5, а в каждом из каналов — допопнительную линзу 6 ипи 7, матричный фотоприемник 8, 9; входы фотоприемников oGo.:õ каналов подключены к формирователю импульсов

10, а выходы фотоприемников — к смесителямпреобразователям 11, 12, выходы которых подкпючены к входам схемы управления 13, которая подкпючена к схеме регистрации И. 2 сп. и 1 з.п.флы,3 ил.

2003065

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для измерения и контроля рабочих объективов.

Широко известны различные способы измерения и контроля рабочих отрезков объективов: визуальный, фотографический, интерференционный и устройство для их осуществления, При визуальном способе наблюдательным микроскопом последовательно наводятся на опорный торец обьектива и на изобретение объективом бесконечно удаленного предмета.

По величине перемешивания микроскопа определяют рабочий, отрезок объектива.

Основные недостатки этого способа и устройства заключаются в следующем; субьективность определения резкого изображения, большая трудоемкость, утомляемость оперотора и необходимость его высокой квалификации.

При фотографическом способе проверяемый объектив устанавливают опорным торцом на фотокамеру, на известном расстоянии от опорного торца располагают фотопленку.

Фотографируют бесконечно удаленный предмет, пленку проявляют и исследуют.

Недоста гки способа и устройства: субьективность в расшифровке пленки, малая производительность, неэкономичность.

Интерференционный способ реализован в устройстве на основе интерферометра

Тваймана-Грина. Вводят в ветвь интерферометра эталонный обьектив и по нему юстируют интерферометр. Затем. вместо эталонного обьектива ставят контролируемый обьектив.

Перемещают контролируемый объектив вдоль своей оси до получения интерференционной картины как с эталонным объективом, По величине перемещения контролируемого объектива определяют рабочий отрезок объектива, Недостаток способа и устройства, высокие требования к юстировке, чувствительность к внешним механическим воздействиям, низкая производительность, обусловленная как необходимостью юстировки схемы, так и необходимостью перемещения контролируемого объектива.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоэлектрический способ измерения рабочих, отрезков объектива и устройство для его осуществления, содержащее последовательно установленные источник параллельного света, представляющий иэ себя осветитель и коллиматор, в фокусе объектива которого установлен тест-объектив, базировочное приспособление для размещения

KonTpoëèðóåMoro обьектива, направляющая, передний фокус в области заднего фокуса, контролируемого объектива, измеряют размер "D" пучка, по крайней мере, в одном сечении, при использовании положительной линзы, не совпадающим с ее задней фокальной плоскостью, определяют величину "Х" из соотношения;

0 = + Х вЂ” — 2y (1+ — ) — 2y х

D 6

fî5(1 4.г) — fë —, — 1у и где Х вЂ” смещение фокальной плоскости контролируемого объектива от номинального положения;

4б — фокусное расстояние контролиру-! емого обьектива;

fIt — переднее фокусное расстояние дополнительной линзы;

2y — расходимость входного параллельного пучка;

L,— расстояние от дополнительной лин3bl до измеряемого сечения. пучка лучей и по

55 по которой перемещается базировочное приспособление, механизм перемещения базировочного приспособления, устройство для измерения величины перемещения базировочного приспособления с контролируемым объективом (шкала), приемный тест, одноплощадный фотоприемник и регистрирующий прибор.

Контролируемый обьектив устанавливают в баэировочное приспособление, на объектив направляется пучок параллельного света от источника. Предварительно устройство юстируют так, чтобы рисунок приемного теста совпадал с иэображением тест-обьекта.

Перемещают контролируемый обьектив вдоль оптической оси до получения максимального или минимального сигнала и снимают отсчет по шкале.

Недостаток способа и устройства: необ20 ходимость перемещения контролируемого объектива, на что затрачивается значительное время, кроме того, наличие механического перемещения снижает эксплуатационную надежность устройства из-эа износа направляющей, Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и снижение трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, в котором объектив

З0 освегцает параллельным пучком света в изобретении перед контролируемым обьективом ограничивают параллельный пучок до размера "0", а после объектива устанавливают дополнительную линзу, перемещая ее

2003065 величине "Х" судят о величине рабочего отрезка объектива.

Цель достигается также за счет того, что пучок после дополнительной линзы делят на два, определяют размеры сечений каждого пучка t31 и D$ с помощыа матричных Фата1 приемников и по полученным данным определяют величину смещения задней фокальной плоскости контролируемого обьектива из соотношения:

D<<- (Х вЂ”, — 2у (1 + — -2y

«с<б

x fpg (1+ — ) — f«. — — 2У, Ь D

«„)

Dg = + Х вЂ” — 2 1+ — ) — 2 х г D L2 — «)

-1 r., x «pre 1 + — ) — «л — 2P

4

L>,. Lz — расстояние ат дополнительной линзы до фотоприемников.

В устройство для измерения рабочихотрезков обьективов в известное, содержа.щее источник параллельного пучка лучей и базиравочное приспособление для размещения контролируемого обьектива, введена диафрагма с диаметром, меньшим диамет-. ра обьектива, а за объективом размещены светаделитель, в ходе лучей прошедшего и отра>кенного от него, соответственно, установлены положительная и отрицательная линза, передний фокус каждой из которых совмещен с задней фокальной плоскостью испытуемого абьектива, за каждой из линз размещен матричный фатоприемник, аба фотоприемника поцключены к формирователю импульсов и к смесителям-преобразователям, выходы которых соединены с входами схемы регистрации разностного сигнала, которая, в свою очередь, подключена к входам узла индикации, Сопоставительный анализ с г<рототипам показывает, чта предлагаемый способ и устройство отличаются от прототипа отсутствием продольного перемещения контролируемога объектива для совмещения фокальной плоскости объектива с измерительным устройством и соответственно отсутствием в устройстве узлом для осуществления этой цели: предметного и приемного тестов, устройства и механизма перемещения и введением в схему измерения устройства дополнительных линз и матричных фотоприемников.

Таким образом, предлагаемое решение отвечает критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показало, 5 что способов контроля рабочих отрезков объективов без продольной q кусиравки не существует.

Известен однако, способ измерения фокусных расстояний линз, основанный на из10 мерении размеров сечения параллельного пучка лучей до измеряемой линзы и размера сечения пучка лучей в задней факальной плоскости дополнительной положительной линзы<, который не зависит от величины не15 совпадения задней фокальнай плоскости измеряемой линзы и передней фокальной плоскости дополнительной положительной линзы. Введение же в схему вместо положительной линзы, отрицательной сразу же да20. ет зависимость размера сечения пучка лучей в любом месте за отрицательной линзой от величины несовпадения задней фокальной плоскости контролируемого объектива и передней факальной плоскости

25 отрицательной линзы. Тот же результат будет и при измерении размера сечения пучка и за положительной линзой в любом месте, кроме задней фокальной плоскости положительной линзы.

30 На фиг, 1 изображена оптическая схема устройства; на фиг, 2 — схема, па которой осуществляется способ измерения рабочего отрезка в канале с отрицательной линзой; на фиг. 3 — схема. по которой осуществляет35 ся способ измерения рабочего отрезка в канале с положительной линзой.

Способ измерения и контроля рабочих отрезков обьективов заключающийся в том, что параллельный пучок лучей, исходящий из

40 источника 1 расхадимастью 2 у, проходит диафрагму2с поперечным размерам D, меньшим светового диаметра кантролируемога объектива 2, падает на контролируемый объектив, установленный на базировочном при45 способлении 4 и фокусируется в его задней факальной плоскости Fpg.

На пути сходящегося пучка лучей уста. новлен светоделитель 5, который делит пучок лучей на два пучка.

50 На оси устройства, в ходе лучей, отраженных светоделителем, расположена отрицательная линза 6, на оси устройства, в ходе лучей прошедших светоделитель, расположена положительная линза 7 так. что их

55 передние фокальные плоскости совпадают с номинальным положением задней фокал ьной плоскости контролируемого абьекти .а

Fps.ном. После прохождения п На б, 7 пучки лучей падают на матричные фотоприемники

2003065

0 и 9, расположенные на расстоянии L1 и Lz от глав Гых плоскостей линз 6, 7.

С матричных фотоприемников снимаются сигналы, пропорциональные размерам сечений пучков, падающих на фотоприемники.

При смещении задней фокальной плоскости контролируемого обьектива на величину Х от номинального положения, г,е, пр<1, изменении рабочего отрезка контролируемого обьектива относительно номинального значения на величину Х, размер сечения пуска лучей, падающих на фотоприемник 8, будет

D1=-X T---2y (1+=) -2у х

D: :° L1

1об т1

x fog (1+ — ) — f1 — — 2у

L1i 0 (f1) а, с и соответственно на фотоприемнике 9 будет

Dz = — Х вЂ” -2y (t + — ) -2y х

1 /l3 .. Ы

12) х foe (1 + — ) — fz — — 2у

Ь 0.

1об

Для повышения.точности контроля величина "Х" определяется по разности

p33MGpQB ce÷åíèé пучков на фотоприемниках 8, 9

ЬУ =0 — 01 =-X — — 2y х . D, t D I об

1 х (2 + — + —.) — (Ь вЂ” St) —t,— 2y)—

Ь

- 2yfog (2 + —. + — ), 4 L1

f2 11 где 11 - переднее фокусное расстояние отрицательной линзы;

fz — переднее фокусное расстояние положительной линзы.

Сигналы с каждого из фотоприемников

8, 9 представляют собой разделенную по выходам последовательность импульсов с четных и нечетных матриц фотодиодов, сканирование которых осуществляется формирователем импульсов 10, Сигналы с этих выходов поступают на смесители-преобразователи 11, 12, которые формируют результирующий сигнал с каждого фотоприемника, компарируют их по пороговому уровню и преобразуют в сигналы ТТЛ-логики, Узел управления 13 осуществляет поочередную тактируемую формирователем импульсов

10 выдачу этих сигналов на схему регистра5 ции разностного сигнала 14. Схема регистрации разностного сигнала 14 выделяет раэностный сигнал двоичной формы, кодирует, запоминает его и выдает на входы узла индикации 15. Узел индикации 15 отобража10 ет отклонение величины рабочего отрезка контролируемого обьектива от номинального положения с указанием знака отклонения. Таким образом, предложенный способ . и устройство измерения и контроля рабочих

15 отрезков объективов йе требует продольной фокусировки контролируемого объектива при измерении, следовательно, нет механических или электромеханических узлов для этой цели, а следовательно, нет износа этих

20 узлов, поэтому эксплуа ационная надежность ныше, чем.у прототипа, Поскольку исключается продольная фо:.:кусировка обьектива, то время контроля ðàбочего отрезка меньше, чем у прототипа.

25 Способ и устройство могут быть осуществлены на практике при задании определенных значений f1 и fz.

Пример 1, L1 =- Lz = О, т,е. фотоприемники расположены в непосредственной

30 близости от линз, тогда: йб =02 — 01=2х —, — 2y—

1об

f2 + 1 —1,— 2y — 4у 1об

0 1

1об

При малой расходимости параллельно40- го пучка лучей:

2у=О прИ f1=-12

ЛЭ = — X

1 20 тоб

Пусть: Хоб = 100 мм 0 =-20 мм Л0 = 0,4Х

50 При шаге матричного фотоприемника, равном 0,025 мм, цена деления "С" устройства будет:

5< С = — = — 0,0525 мм

dQ 0 025

0,4 0,4 т.е. устройство будет фиксировать изменение величины рабочего отрезка с дискретностью 0,0625 мм.

2003065

10. I

4j f06

D — — 2у тоб

06 тоб =

+ —, -21

Ог =1г — — 2

fo6

4у faî6

- г = f> + — -2У

fo0

Если расходимость параллельного пучка значительно отличается от нуля, то выбирают;

Пример 2. (1- fi, 1 г - 6 — г

Э т.е. фотоприемники располагают: один в передней фокальной плоскости отрицательной линзы, другой — в задней фокальной плоскости положительной линзы.

Тогда:

D> - — 2 —, — 2У X+if 6+

1 тоб

При малой расходимости 2 у=О и при

11 = f2

Если расходимость параллельного пучка значительна, то выбирают;

Если фокусное расстояние fo6 контрОлируемого объектива значительно колеблетФормула изобретения

1. Способ измерения и контроля рабочих отрезков объективов, при котором контролируемый объектив освещают параллельным пучком света, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени контроля, перед контролируемым обьективом ограничивают параллельный пучок до размера D, а после обьектива устанавливают .дополнительную линзу, размещая ее передний фокус в области заднего фокуса контролируемого объектива, измеряют размер 0 пучка по крайней мере в одном сечении при использовании положительной линзы, не совпадающем с ее задней фокальной плоскостью, определяют величину X из соотношения ся, то с фотоприемника. расположенного за положительной линзой, снимают сигнал пРопоРЦиональный 4об, и после его обРаботки в электронной схеме используют для

5 корректировки информации, снятой с обоих фотоприемников, т.к.

10 или при малых расходимостях: т об — тг = D 6—

D 1

D Я

Пример 3. Используется только один канал, с положительной или отрицательной линзой и соответственно с одним фотоприемником. Габариты такого устройства меньше, чем в примерах 1 и 2, но применять такое исполнение можно только при неболь. ших требованиях к точности контроля рабочих отрезков, т.к. коэффициент пропорциональности перед "Х" в два раза меньше, чем в примерах 1 и 2, и будет иметь место зависимость от колебаний мощности излучения осветителя и светопропускания контролируемого объектива, Кроме того, здесь нельзя устанавливать фотоприемник вблизи задней фокальной плоскости положительной линзы. (56) Креопалова Г, В, и др. Оптические измерения. M.: "Машиностроение", 1987, с, 165 — 169.

Там же, с. 169-170.

Кривовяз Л. М, Практика оптической измерительной лаборатории, 1974, с, 202-203.

D = f Х вЂ”,-2Y (1+ — )—

D 1 гоб . fn.

-2у цб(1+г) -Гл(у-2yI 1, 45 где Х - смещение фокальной плоскости контролируемого обьектива от номиналь

:ного положения;

F6 фокусное расстояние контролируемого обьектива;

f< - переднее фокусное расстояние дополнительной линзы;

21 - расходимость входного параллельного пучка;

5g L - расстояние от дополнительной линзы до измеряемого сечения пучка лучей, и по величине X судят о величине рабочего отрезка обьектива.

2003065 †.,) Составитель A. Васютин

Техред М.Моргентал Корректор A. Козориз

Редактор Н. Семенова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Заказ 3229

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2. Способ по г.1, отличающийся тем, ч го пучок после дополнительной линзы деlIAT на два, определяют размеры сечений каждого пучка OI è 0 с помощью матричных фотоприемников и по полученным 5 данным определяют величину смещения задней фокальной плоскости контролируе. мого объектива из соот |ошений

D1 -— =- -+(Х,-2) 1 —., И

4 ОГ2

/ / (p Qr)

0 = (Х(—,-2y 1+—

2 — (ц 1 л 15 D „

-2) fof:, 1+ — - л —,-2у, л fî5 где L1, 2 - расстояние от дополнительной линзы до фотоприемников, 3. Устройство для измерения и контра-20 ля рабочих отрезков объективов, содержащее источник параллельного пучка лучей и базировочное приспособление для размещения контролируемого объектива, отлича25 ющийся тем, что, с целью уменьшения времени контроля и увеличения эксплуатационной надежности, перед контролируе- . мым объективом дополнительноустановлена диафрагма, размер которой меньше светового диаметра контролируемого объектива, а за обьективами размещен светоделитель, в ходе прошедшего и отраженного от него лучей соответственно устанввлены первая и вторая дополнительные линзы, передний фокус каждой из которых . совмещен с номинальным положением задней фокальной плоскости испытуемого объектива, за каждой из линз размещен матричный фотоприемник, входы обоих фотоприемников подключены к формирователю импульсов, выходы фотоприемников подключены к смесителямпреобразователям, выходи которых подключены к входам схемы управления, выходы которой соединены с входом схемы регистрации разностного сигнала, выходы которой подключены к входам узла индикации.