Устройство для автоматического центрирования линз

(72) Авторы изобретення

A.Ñ. Дунаев, В,К. Жмуровский и В,Д. П (7!) Заявмтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ЦЕНТРИРОВАНИЯ ЛИНЗ

Изобретение относится к оптико-механической промышленности и может быть использовано в мелкосерийном и массовом производствах для автоматического центрирования линз и объективов на токарных станках с последующей обработкой боковых и торцовых поверхностей механических оправ служащих для закрепления линз.

Одним из важнейших требований, предъявляемых к таким устройствам, является повышение точности центрирования линз с одновременным снижением трудоемкости процесса. Это связано с тем, что качественная центрировка оптической оси линзы относительно ее оси вращения позволяет в любой оптической системе улучшить ее качественные показатели.

Известно устройство для автоматического центрирования линз, в котором излучение от источника света проходит через линзовую систему с модулятором, а затем через плоское зеркало поступает на центрируемую линзу.

Излучение, отраженное от поверхности линзы, отражается затем от плос5 кого зеркала и через линзовую систему попадает на четырехквадратный фотодиод. Излучение, прошедшее через обе поверхности центрируемой линзы, создает изображение, которое попадает на

1о второй четырехквадратный фотодиод.

Центрируемая линза закреплена во вращающемся .патроне, и, если она отцентрирована неправильно, вращение патро" на вызовет перемещение иэображения, которое будет обнаружено четырехквадратными фотодиодами путем формирова" ния двух пар переменных сигналов, ха" рактериэующих децентрировку по двум координатам, при этом один из четырех"

20 квадратных фотоприемников контролирует смещение, а другой - наклон ° Сигналы с фотодиодов усиливаются на часто-! те модуляции, а затем поступают на

970168 фазовые детекторы, выходные сигналы, которых управляют подвижками центрировочного патрона (1 ).

Недостатком известного устройства является снижение точности центриро- 5 вания линз вследствие неодинаковых изменений параметров чувствительных элементов четырехплощадочных фотоприемников, обусловленных процессом старения, о

Наиболее близкое к предлагаемом по технической сущности устройство для автоматического центрирования линз содержит источник света, светоделитель, держатель оправы с линзой, 15 анализатор, фотоприемник и схему управ:ления, включающую преобразователь длительности импульса в токовый импульс, и исполнительные блоки 1 2 j.

Однако это устройство характеризу- щ ется недостаточным обеспечением стабильной точности центрирования линз в серийном производственном процессе.

Это связано со старением чувствительных элементов матрицы фотоприемников, у5 вследствие чего изменяются их характеристики, причем начало и сам процесс изменения характеристик каждого .чувствительного элемента фотоприемника протекает независимо и предугадать ЗО эти изменения заранее не представля- ется возможным. Таким образом, невоз. можно зафиксировать начало ухудшения точности центрирования линз и, следовательно, гарантировать высокое ка35 чество выпускаемой продукции, Кроме того, в устройстве используется сложная электронная обработка сигнала, обусловленная наличием многоплощадоч" ного фотоприемника. Это приводит к усложнению конструкции устройства и снижению его надежности, Цель изобретения - упрощение схемы управления устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для автоматического центрирования линз установленный неподвижно перед фотоприемником анализатор имеет вид диска с двумя прозрачными участками, один из которых выполнен в форме радиальной щели, а другой - в форме сектора с границей, образованной спиралью Архимеда, а в схему управления введены селектор импульсов, измеритель длительности импульсов, измеритель энергетического центра им55 пул ь са, электронный ключ и пере ключа" тель с блоком управления, при этом выход фотоприемника через селектор импульсов, измеритель длительности импульсов, блок управления переключа телем и переключатель подключен к исполнительным блокам, второй выход селектора импульсов соединен с сигнальным входом переключателя через измеритель энергетического центра им пульсов и электронный ключ, второй вход которого через преобразователь длительности импульса в токовый импульс подключен к второму выходу измерителя длительности импульсов, при чем второй вход преобразователя длительности импульса в токовый импульс соединен с выходом измерителя энерге тического центра импульса, На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 света, светоделитель 2, центрируемую линзу 3, держатель 4 оправы с линзой, анализатор 5, Фотоприемник 6, измеритель 7 энергетического центра импульса, измеритель 8 длительности импульсов, преобразователь 9 длительности импульса в токовый импульс электронный ключ 10, блок 11 управления переключателем, переключатель 12, Ii исполнительные блоки 13 и 13 и селектор 14 импульсов.

Устройство работает следующим образом, В автоколлимированном источнике 1 света формируется пучок электромагнит ного излучения, который проходит через светоделитель 2 и поступает на центрируемую линзу 3 в оправе, установленной в держателе 4. Держатель 4 оправы с линзой 3 может совершать как поступательное (под действием исполнительного блока 13), так и угловое перемещение (под действием исполнительного блока 13 ) . Для этого можно использовать две электромагнитные системы, выполненные с возможностью общего вращения и относительного смещения якорей электромагнитов при минимальном токе фиксации якорей, Отраженное от центральной части сферической поверхности линзы 3 излучение попадает на светоделитель 2, а затем проецируется на анализатор 5, Бсли линза 3 децентрирована, то при ее вращении пучок излучения, проецируемый на анализатор 5, будет описывать окружность, радиус которой пропорционален ошибке центрйрования линзы, поэтому введение в анализатор 5 пропускающего излучение сектора, об5. 970 разующими которого являются спирали

Архимеда, позволяет получить на выходе одноэлементного Фотоприемника 6 электрические импульсы, длительность которых пропорциональна ошибке центри-1 рования линзы 3. Введение.же в анализатор 5 радиальной щели позволяет получить на выходе фотоприемника 6 колоколообразные импульсы постоянной длительности, энергетический центр 10 которых определяет момент приложения усилия на исполнительные блоки 13 и 13 °

Сформированные одноэлементным фотоприемником 6 импульсы поступают на селектор 14 импульсов. Ввиду того, что после установки линзы 3 в центрировочный патрон-держатель 4 всегда будет наблюдаться некоторая децентрировка, импульсы, образованные щелями 26 анализатора, имеют различные длительности, поэтому на выходе фотоприемни° ка за каждый период вращения линзы наблюдается пара импульсов различной длительности. Использование этого от- 2$ личия и периодичности импульсных сигналов позволяет обеспечить своевременное стробирование каждого из выходов селектора 14 и разделение импульсной последовательности по двум кана- Зв лам. При этом селектор 14 пропускает в измеритель 7 энергетического центра импульса только колоколообразные импульсы постоянной длительности, а в измеритель 8 длительности импульсов электрические импульсы, длительность которых пропорциональна ошибке центрирования линзы. В момент фиксации энергетического центра в измерителе 7 формируется импульс, разреша- 4 ющий по измеренной в измерителе 8 длительности импульса формирование преобразователем 9 токового импульса и прохождение его через электронный ключ 10.

Токовый импульс через электронный ключ 10 поступает на сигнальный вход переключателя 12, выход которого в исходном состоянии подключен к исполнительному блоку 13. В качестве ис56 полнительного органа можно, например, и споль зоват ь эле ктрома гни тный толкатель держателя оправы с линзой,преобразующий токовый импульс в импульс силы. Так как импульс силы пропорционален импульсу тока, который в свою очередь пропорционален ошибке децентрировки линзы, то сила удара толка168 4 теля блока 13 пропорциональна ошибке центрирования линзы. Под действием этого усилия изменяется эксцентриситет линзы. Это в свою очередь ведет к уменьшению радиуса переноса изображения по неподвижному анализатору, что приводит к уменьшению длительности импульсов на выходе измерителя 8. уменьшение длительности им-. пульса вызывает пропорциональное уменьшение импульса тока и, следовательно, силы удара по держателю оправы с линзой. Такие циклические воздействия на держатель оправы с линзой ведут к возникновению установившегося процесса, при котором величина эксцентриситета линзы будет близка-к нулю.

Блок 11 управления переключателем анализирует изменения текущей длительности импульсов. В случае отсутствия этих изменений в нем:вырабатывается сигнал, по которому переключатель 12 подключает выход электронного ключа 10 к входу электромагнитного

I толкателя блока 13 держателя оправы с линаой. Под действием сигналов, пропорциональных ошибке центрирования линзы, толкатель блока 13 передает пропорциональное усилие на держатель оправы с линзой. Под действием этого усилия держатель поворачивается на некоторый угол. Это ведет к уменьшению радиуса переноса изображе1 ния по неподвижному анализатору, а следовательно, к уменьшению длительности импульса на выходе измерителя 8, что в свою очередь вызывает пропорциональное снижение силы удара толкателн по держателю оправы с линзой. Под действием этого усилия держатель оправы с линзой, а вместе с ним и центрируемая линза 3, поворачиваются на меньший угол. Такие циклические воздействия на держатель оправы с линзой в конечном счете ведут к возникновению установившегося режима, при котором оптическая ось линзы будет практически параллельна оси вращения линзы в держателе оправы.

Если в блок 11 не поступает сигналов с измерителя 8 длительности импульсов, что соответствует нулевому радиусу переноса изображения, то это несет информацию бб окончании процесса центрирования линзы. Если we блок 11 практически не. регистрирует изменений длительности импульсов, то им вырабатывается сигнал, по которо7 97О! му переключатель 12 вновь подключает выход электронного ключа к входу электромагнитного толкателя блока 13, который преобразует импульс тока, пропорциональный величине децентрировки 5 линзы, в импульс силы, пропорциональный. входному воздействию. Это приводит к уменьшению эксцентриситета линзы, а следовательно, к уменьшению радиуса переноса изображения по непа- © движному анализатору, который, s конечном счете, станет равным нулю, что и будет зарегистрировано измерителем 8. Отсутствие сигнала с измерителя 8 при нулевом радиусе переноса 1В изображения является следствием отсутствия сигналов на выходе фотоприемника 6 вследствие попадания пучка излучения в центральную, поглощающую, часть анализатора. 20

Необходимость применения усилия, изменяющегося в процессе центрирования линзы можно объяснить следующими причинами. Элементы вращающегося держателя оправы с линзой удерживаются И силами сцепления F <. При наличии смещения Ь центра тяжести держателя оправы с линзой относительно оси вра" щения возникает центробежная сила, определяемая соотношением 39

Р

Г = где Р - сила тяжести держателя опра.вы с линзой;

g - ускорение земного притяже- у ния;

® — угловая скорость вращения.

Эта сила направлена в сторону ! смещения центра тяжести от оси вращения по прямой, проходящей через «esvP ee тяжести перпендикулярно оси вращения, Наряду с этим действует и сила тяжести P.

Если толкатель прикладывает на центрировочный патрон усилие, направ- ленное снизу. вверх, то величина этого усилия должна быть

Ф

Р

"- сц+ + г Ю ь.

Если же толкатель прикладывает на держатель оправы с линзой усилие, направленное сверху вниз, то его величина должна быть

Р -< U,-Р+ - — а а.

Еслй же .тоакатель прикладывает на держатель цправы с линзой усилие, 68 перпендикулярное вектору силы тяжести, то его величина должна быть сц+ <Ь Ь.

Р г.

С

Как видно из приведенных соотношений, величина силы t пропорциональна величине смещениями.. Поэтому использование усилия, изменяющегося в зависимости от величины, позволяет обеспечить более точное центрирование линзы по сравнению со случаем, когда к держателю оправы с линзой прикладывают постоянное усилие, не зависящее от величины децентрировки линзы.

Использование одноплощадочного фотоприемника позволяет существенно упростить электронную обработку сигнала, что приводит к упрощению конструкции устройства и повышению его надежности. Кроме того, использование одноплощадочного фотоприемника позволяет гарантировать получение стабильной точности центрировки линз в оправах в серийном производстве и исключить брак. Это связано с тем, что в одноплощадочном фотоприемнике изменение его характеристик, обусловленное старением чувствительного элемента, не влияет -на точность центрировки линз. Причина такого явления состоит в том, что в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом информация о величине децентрировки линзы содержится в длительности импульса, а не в его амплитуде, на ко,торой проявляются все изменения в характеристиках фотоприемника.

Держатель оправы с линзой, используемый в устройстве, может иметь любой привод: пневматический, гидравлический, электромеханический, электромагнитный, пьезоэлектрический и т.д. Однако предпочтение следует отдать держателю оправы с линзой с электI ромагнитными или пьезоэлектрическими: толкателями. Выбор типа толкателя определяется достижимой точностью центрирования линзы.

Формула изобретения

Устройство для автоматического центрирования линз, содержащее источ— ник света, светоделитель, держатель оправы .с линзой, анализатор, фотоприемник и схему управления, включающую преобразователь длительности им9 9701

ВНИИПИ Заказ 8375/50 Тираж 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 пульса в токовый импульс и исполнительные блоки, о т л и ч а ю щ е е, с я тем, что, с".целью упрощения схемы управления, установленный неподвижно перед фотоприемником анализа- S тор имеет вид диска с двумя прозрачными участками, один из которых выполнен в форме радиальной щели, а другой - в форме сектора с границей, образованной спиралью Архимеда, а в схему управления введены селектор импульсов, измеритель длительности импульсов, измеритель энергетического центра импульса, электронный ключ и переключатель с блоком управления, при этом выход фотоприемника через селектор импульсов, измеритель длительности импульсов, блок управления переключателем и переключатель подключен к исполнительным блокам, вто- 20

68 10 рой выход селектора импульсов соединен с сигнальным входом переключателя через измеритель энергетического центра импульсов и электронный ключ, второй вход которого через преобразователь длительности импульса в токовый импульс подключен к второму выходу измерителя длительности импульсов, причем второй вход преобразовате" ля длительности импульса в токовый импульс соединен с выходом измерителя энергетического центра импульса.

Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал "Оптико-механическая промышленность!, 1972, Ю 10, с, 57-62.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Y 2896789/18-10 (03738), кп. С 01 И 11/00, 1980.