Устройство для измерения рабочего отрезка объективов Советский патент 1983 года по МПК G01M11/00 

() УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО ОТРЕЗКА ОБЪЕКТИВОВ

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 с Известно устройство, содержащее источник света, оптическую систему, механизм перемеи.ечия элемента оптической системы f I 3Недостатком устройства является субъективность контроля и малая производительность с Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст ройство, содержащее источник света, тест-объект, оптическую систему пере носа изображения тест-объекта в плос кость анализа, механизм перемещения, связанный с объективом, микрооб ектив 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 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 и источник опорного напряжения, выходы фильтрв нижних частот соединены с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены GO вторым входом фазовой схемы управления, второй вод компарагора подключен к выходу фильтра ниж них частот второго канала 2. В известном устройстве первый вх компаратора подключен к источнику опорного напряжения™ Недостатком устройства является зависимость точности измерений от светопропускания объектива, величины диафрагмирования объективу, стабильности светового потока источник света, а также от качества объекти ва, т.е, его коэффициента передачи модуляции на высокой пространствен ной частоте о При контроле рабочего отрезка в юстировке объектива, установленного в съемочную камеру, величина све тового потока зависит от отражающей способности пленки, которая не норм руется и может изменяться в значительных пределах. Указанные обстоятельства приводят к тому, что при дальней фокусировке (при низкочастотной пространственной фильтрации изображения тес объекта, 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 н дотягивает объектив до положения совмещения его фокальной плоскости с плоскостью анализа о При большем высокочастотном сигнале возможно возникновение автоколебаний из-за перерегулирования, вы зываемого инерционностью узлов меха низма перемещения объектива Данные недостатки вызваны изменением низкочастотного и высокочаст ного сигналов из-за изменения величины светового потока, попадающего на фотоприемник (фиг. 2а), а для вы сокочастотного сигнала из-за различ ного 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 модуляции низкочастотного сигнала вначале фокусирует объектив с малой скоРОСТЫ9, затем скорость возрастает, затем вновь уменьшается, при близкой фокусировке, npvi модуляции высокочастотного сигнала скорость фокусировки также переменна. Изменения скорости фокусировки аызвань 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 о Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений,,. . Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено управляемым усилителем, делителем, двумя 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 входами узкополосных фильтров, дополнительные источники опорного напряжения через дифференциальный усилитель и первый дополнительный ключ водном случае и дифференциальный усилитепь, фильтр нижних частот 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 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг„ 2 эпюры напряжений, формируемых п-ри фокусировании, на выходе некоторых основных узлов„ Устройство содержит источник 1 света, конденсор 2, тест-объект 3, выполненный в виде щелевой диафрагмы, полупрозрачный элемент 4, коллиматорный объектив 5, съемочную камеру 6 с фотопленкой 1, установленной в фильмовом канале камеры 6, микрообъектив 8, ДИСК 9 анализатора, при ьод 10, фотоприемник 11, управляемый усилитель 12, полосовые .фильтры 13 и 1, детекторы 15 и 1б, фильтры 17 и 18 нижних частот, делитель 19, компаратор 20, конденсаторы 21 и 22/ ключи 23 и 2, источники 25 и 2б опо ных напряжений дифференциальные уси лители 27 и 28, ключ 29, фильтр 30. нижних частот, ключ , привод 32, генератор 33 опорного напряжения, фа зочувствительный детектор 3, усилитель 35 мощности, электродвигатель 36, механизм 37 перемещения (привод) отсчетное устройство 38, фильтр 39 нижних частот, блок 0 выделения модуля, контролируется объектив 41 Устройство работает следующим образом. Тело накала источника 1 света про ектируется с помощью конденсора 2 с на щелевую диафрагму 3 Изображение щелевой диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости коллиматорного объектива 3 с помощью полупрозрачного элемента t, коллиматорного объектива 5 контролируемого объекти ва 1, отраженное от фотопленки 7, строится в обратном ходе в плоскости анализа, которая с помощью микрообъектива 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 непрерывному, Свет вой поток, промодулированный частота ми, определяемыми пространственной частотой нанесенных штриховых решеток на диск 9 анализатора и скоростью его вращения, попадает на фотоприемник И . Генератор 33 опорных напряжений связан с приводом 32, передающим колебательные движения микрообъективу 8 о Колеблющийся микрообъектив осуществляет глубинное сканирование изображения щелевой диафрагмы 3, осу ществляя амплитудную модуляцию, эле трического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11 (фиго 2а). Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника 11, усиливается управляемым усилителем 12, и поступает на полосовые фильтры 13 и k, выделяющие первые гармонические составляющие, амплитуда которых связ&на с текущим положением контролируемого объектива tl (фиг, 2а - расфокусировочные кривые для двух пространственных частот: № 1 - низкая пространственная частота, № 2-высокая пространственная частота). Сигналы с выхода фильтров детектируются детекторами 15 и 16, сглаживаются фильтрами 17 и 18 нижних частот. Модулирующая огибающая отделяется от постоянной составляющей конденсаторами 21, 22 и поступает на информационные выходы ключей 23 и , с выхода которых поступает на второй вход фазочувствительного детектора 3, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 33 опорных напряжений. Напряжение с выхода фазочувствительного детектора З усиливается усилителем 35 мощности и поступает на электродвигатель Зб, который вращаясь перемещает механизм 37 перемещения, связанный с контролируемым объективом 1, или коллиматорным объективом 5. При нахождении контролируемого объектива k в положении, соответствующем совмещению фокальной плоскости контролируемого объектива 1 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 3 формируется напряжение, постоянная составляющая которого равна нулю и контролируемый объектив tl не перемещается. При смещении фокальной плоскости контролируемого объектива 1 относительно плоскости фотопленки 7 на конденсаторах 21 и 22 выделяется модулирующая огибающая, первая гармоничес-. кая составляющая которой равна частоте сканирования микрообъектива 8, а фаза зависит от знака смещения фокальной плоскости контролируемого объектива АК На выходе фазочувствительного детектора формируется пульсирующее напряжение соответствующего знака (фиг. 2б), которое перемещает контролируемый объектив 41 в положение, соответствующее его фактическому рабочему отрезку, величина которого очи7100с помощью отсчетного устройтываетсяства 38. Вместо пленки 7 в устройстве может быть установлено зеркало, с которым может быть связан механизм 37 перемещения, При значительном смещении контролируемого объектива от положения, соответствующего фактическому рабочему отрезку, напряжение на выходе филь тра 18 нижних частот близко к нулю. При этом устройство работает при модуляции расфокусированной кривой, сформированной на низкой (нормирую-щей) пространственной частоте (фиг.2а кривых 1,1). При малых смещениях контролируемого объектива 1, на выходе фильтра 18 нижних частот формируется напряжение, и устройство работает при модулйции рас:фокусировочной кривой, сфор мированнои на высокой пространственной частоте, у которой помимо основн го центрального максимума, характери зующего фокальную плоскость контролируемого объектива k, симметрично расположены побочные максимумы. При превышении напряжения на выхо де фильтра 18 нижних частот выходного напряжения делителя 19, вход кото рого 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. Уровень 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 от величины коэффициента усиления управляемого усилителя 12„ Таким образом, при значительных расфокусировках работа устройства ос новывается на модуляции расфокусиров НОИ кривой, полученной при анализе изображения щелевой диафрагмы 3 на низкой (нормирующей) пространственной частоте, затем на модуляции расфокусировочной кривой, полученной при анализе изображения щелевой диa iparMbi на высокой пространственной частота, с исключением влияния побоч ных Мг11 ilVf.iOB. При работе устройства на низкой пространственной частоте пульсирующее двухполярное напряжение, снимаемое с выхода фазочувствительного детектора З, сглаживается фильтром 39 нижних частот и поступает на вход блока 0 выделения модуля, выходной сигнал с которого поступает на второй вход дифференциального усилителя 27. На первый вход дифференциального усилителя 27 подается напряжение с . источника 25 опорных напряжений. Выходное напряжение дифференциального убилителя 27 через открытый ключ 29, управляемый компаратором 20 , поступает на управляющий вход управляемого усилителя 12о При фокусировании на низкой пространственной частоте коэффициент усиления управляемого усилителя 12 нелинейно изменяется, обеспечивая максимальную скорость перемещения контролируемого объектива. Величина скорости задается уровнем напряжения, формируемого источника 25 опорного напряжения, и не зависит от величины светового потока, попадающего на фотоприемник 11 (фиг, 2в). Блок 0 выделения модуля обеспечивает формирование однополярного напряжения, поступающего на вход дифференциального усилителя 27 из двухполярного. При фокусировке на высокой пространственной частоте напряжение, снимаемое с фильтра 18 нижних частот, поступает на второй вход дифференциального усилители 28. На 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 фокусирований 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 , приводя1чего к изменению амплитуды центрального максимумаУровень поддерживаемой ампитуды устанавливается величиной нэпряжкчия, формируемого источником 26 опорного напряжения.При этом поддерживается постоянная чувствительность следящей системы при точном фокусировании, и максимальная скорость фокусирования, При автоматической установке вели чины рабочего отрезка объектива 1 механизм 37 перемещения заменяется приводом 37, связанным с юстировочны 1ССЯТьцом контролируемого объектива 41 При этом происходит перемещение не всего объектива 1, а одного из 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 выпол няется не усилитель 12, а усилитель 35 мощности, с управляющим входом которого соединяются выходы ключей 29 и 31. В устройстве последовательно осуществляются два взаимосвязанных режи ма работы следящей системы. Причем эти режимы обязательно взаимосвязаны так как если использовать только пе вый 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 перерегулирование - 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 по низкой пространственной частоте (первый режим) устанавливается определенная 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.

ки 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, ком-паратор, источник опорного напряжения, выходы фильтров нижних частот соединены с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены со вторым входом фазовой схемы управления, второй вход компаратора подключен к выходу фильтра нижних частот второго канала, отличающееся 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 диффесокращенным временем измерения, оптимизированной чувствительностью за счет автоматического нелинейного иаменения коэффициента усиления в следующих друг за другом двух режимов работы по разным критериям. Внедрение приборов повышает качество и производительность механосборочных работ. Формула изобретения 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 нормирующая, фотоприемник, два канала отработки сигнала, каждый из которыхсостоит из узкопрлосного фильтра, детектора и фильтра нижних частот, причем узкополосный фильтр имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нормирующей штриховой решетренциальныи усилитель, и первый дополнительный ключ в одном случае и дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот и второй дополнительный ключ в другом случае соединены с уп равляю1дим входом управляемого усилителя, выход фазовой схемы управления через дополнительный фильтр нижних частот и блок выделения модуля соединен с дифференциальным усилителем, выход 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,

Источники информации , принятые во внимание при экспертизе

., Авторское свидетельство СССР № 879357, кл. G 01 М 11/00, 1979 (прототип).