Устройство для определения положения фокальной плоскости объектива Советский патент 1985 года по МПК G01M11/00 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной технике для определения положения фокальной плоскости объективов.

По основному авт. св. 1080053 известно устройство для определения положения фокальной плоскости объектива, включающее испытуемый объектив тест-объект, светоделитель, установленньй под углом к оси испытуемого объектива, непрозрачную заслонку, фотоприемник. При этом изображения тест-объекта проецируются на фотоприемник при noMOE0i фокусирукщего элемента, выполненного в виде сферических отражающих поверхностей, установленных по разные стороны светоделителя или в виде плоских зеркал с дополнительным объективом, установленным между испытуемьм объективом и светоделителем. Величина расфокусировки испытуемого объектива определяется по разности или отношению амплитуд модулированных сигналов на фотоприемнике и характеризуется амплитудой переменной составляющей электрического сигнала в цепи фотоприемника, а знак расфокусировки определяется сравнением фаз электрического сигнала в цепи фотоприемника и опорного электрического сигнала от синхронного двигателя, на валу которого закреплен модулятор. Причем фаза опорного сигнала синхронизирована с угловым положением модулятора i.

Недостатком известного устройства ява яется сложность определения знака расфокусировки испытуемого объектива, обусловленная сложностью получения опорного электрического сигнала, фаза которого синхронизирована с угловьй положением модулятора относительно осей фокусирующего элемента. ;

Цель изобрегтения - упрощение определения злака расфокусировки испытуемого объектива.

Цель достигается тем, что в устройстве для определения положения фокальной плоскости объектива сторо.на модулятора, обращенная к светоделителю, выполнена зеркальной, а в одном из двух каналов, образованных светоделителем и зеркальной поверхкостью модулятора, установлены последовательно диафрагма и дополнительный фотоприемник, выход которого через усилитель подключен к фазовому детектору.

Бьшолнение стороны модулятора, обращенной к светоделителю, зеркальной и последовательное размещение В одном из двух каналов, образованных светоделителем и зеркальной поверхностью модулятора, диафрагмы и дополнительного фотоприемника позволяет при вращении модулятора периодически направлять световой пучок на дополнительньй фотоприемник и получать в его выходной цепи импульсный электрический сигнал (опорный сигнал). Поэтому фаза опорного сигнала определяется изменением углового положения модулятора. Сравнение импульсного электрического сигнала (опорного сигнала) на выходе дополнительного фотоприемника с измери- . тельньм электрическим сигналом на выходе основного фотоприемника (по фазам) позволяет определить знак расфокусировки испытуемого объектива (по совпадению или несовпадению фаз)

Получение опорного злектрического сигнала со строгой синхронизацией его фазы с угловьм положением модулятора относительно осей фокусирующего элемента при помощи указанных признаков устройства существенно более простая операция, чем синхронизация углового положения модулятора с фазой электрического сигнала на выходе синхронного двигателя, используемого в качестве опорного сигнала в известном устройстве.

Кроме того, вьтолнение стороны

модулятора, обращенной к светоделителю, зеркальной позволяет облегчить юстировку и калибровку устройства путем введения во втором образованном светоделителем видикона или окуляра со светозапр тной шторкой и использование их для визуального наблюдения изображения тестобъекта при одновременном фотоэлектрическом определении положения фокальной плоскости испьггуемого объектива .

На фиг. 1 изображена схема устройства в случае выполнения фокусирунэщего элемента в виде сферических зеркал; на фиг. i скема устройства в случае вштолнения фокусирующего элемента в виде плоских зеркал; на фиг. 3 - сучение А-А на фиг. tj на

3

фиг. 4 - временная диаграмма изменения светового Ф, измерительного Uyj и опорного UgTi электрических сигналов.

Устройство содержит соосно установленные осветитель 1, тест-объект 2j испытуемый объектив 3 и светоделитель 4. По разные стороны светоделителя 4 установлены отражающие поверхности 5 и 6.. Отражающие поверхности 5 .и 6 могут быть вьтолнены сферическими (фиг. 1) или плоскими (фиг. 2). В случае вьтолнения отражающих поверхностей 5 и 6 в виде плоских зеркал (фиг. 2) между испытуемым объективом 3 и светоделителем 4 установлен дополнительный коллиматорный объектив 7. Соосно отражаннцей поверхности 6 по другую сторону светоделителя 4 установлена светоприемная площадка 8 фотоприемника. Светоприемная площадка 8 установлена между фокальными плоскостями 9 и 10 фокусирующих элементов. Фокальная плоскость 9 образована фокусирующим элементом, содержащим сферическое зеркало 5 (фиг. 1) или плоское зеркало 5 и объектив 7 (фиг.2),а фокальная плоскость 10 образована фокусирукнцим элементом, содержапщм сферическое или плоское зеркало 6. Между отражающими поверхностями 5, 6 и светоделителем 4 установлен модулятор света, вьшолненный в виде непрозрачнойо полудиска 11, закрепленного на налу электродвигателя 12. Сторона 13 полудиска 11, обращенная к светодели.тепю 4, выполнена зеркальной. В канале, образованном светоделителем и

;зеркальной поверхностью модулятора, последовательно установлены щелевая диафрагма 1Д и дополнительный фотоприемник 15. Выход фотоприемника 8 подключен через усилитель 16 к фазовому детектору 17, другой вход которо го соединен через усилитель 18 с дополнительным фотоприемником 15. Выход

.детектора 17 соединен с индикаторным устройством 19. Щелевая диафрагма 14 расположена таким образом (фиг. 3), чтобы длинная сторона щели 20 была параллельна плоскости, в которой расположены оптические оси фокусирующего элемента, т.е. оси зеркал 5 и 6.

В случае выполнения устройства с устройством для визуального наблюдения изображения тест-объекта оно дополнительно содержит (на фиг. 1 и 2

5734

показаны пунктирными линиями) окуляр 21 со светозащитной шторкой (не показана) . Причем при вьтолнении фокусирующего элемента в виде сферических зеркал 5 и 6 (фиг. 1) между окуляром

21 и зеркальной поверхностью 13 полудиска 11 установлен дополнительный объектив 22,, образующий с окуляром 2 зрительную трубу..А в случае вьтолнения фокусирующего элемента в .виде плоских зеркал 5 и 6 (фиг. 2), окуляр 21 образовывает зрительнзто трубу с объективом 7. Б плоскости совмещения фокальных плоскостей окуляра 21 и объектива 22 (фиг. 1) или объектива 7 (фиг. 2) установлена окулярная сетка 23.

Определение положения фокальной плоскости испытуемого объектива 3 осуществляется следующим образом. Источник света 1 освещает тест-объект 2. Сформированный испытуемым объективом 3 пучок света, содержащий изображение тест-объекта 2, разделяется при помощи светоделителя 4 на два пучка, один из которых направляется на отражающую поверхность 5, отражается от нее и строит изображение тест-объекта 2 в плоскости 9. Второй пучок направляется на отражающзпо поверхность 6, отражается от нее и строит изображение тест-объекта 2 в плоскости 10. При вращении полудиска 11 его непрозрачная часть поочередно перекрывает пучки и на фотоприемник 8 попадает пульсирующий световой поток Ф с периодом, равным периоду Т вращения модулятора (полудиска 11). Разность или отношение амплитуд Фд и Ф (фиг. 4) светового потока Ф в соседних полупериодах, направляемого на фотоприем1«1к 8 соответственно отражающими поверхностями 5.и 6, или амплитудапеременной составляющей и электрического сигнала в цепи фотоприемника 8 характеризует величину расфокусировки испытуемого объектива 3. При .этом при вращении полудиска 11 его зеркальная поверхность 13 во время одного полупериода вращения направляет световой пучок на щелевую диафрагму 14 и дополнительный фотоприемник 15, а во время другого полупериода - в окуляр 21, снабженный светозащитной шторкой. В цепи дополнительного фотоприемшгка 15 возникает периодический электрический сигнал UCTR, обозначенный на диаграмме

(фиг. 4) прямоугольными иьтульсами, период которого равен периоду Т вращения полудиска 11, а длительность прямоугольного импульса равна полуперк-оду, т.е. т72.

Изображейнью на фиг 4 временные диаграммы соответствуют минус расфокусировке испытуемого объектива 3, т.е. тест-объект 2 отстоит от объектива 3 на расстоянии, меньшем его фокусного расстояния, при этом фазы сигналов UUJM и Пол совпадают. При совпадении тест-объекта 2 с фокальной плоскостью объектива 3 переменная составляющая измерительного сигнала UUJM равна нулю, т.е. г 0. При плюс расфокусировке объектива 3 фаза сигнала UMJM меняется на 180, а сигнал UHJH и V(,n находятся в противофазе.

При наличии расфокусировки испытуемого объектива 3 с фотоприемника 8 переменный электрический сигнал через усшштель 16 поступает на вход фазового детектора 17, где сравниваются фазы измерительного сигнала UKJM и опорного сигнала U , который чере усилитель 18 поступает на второй вход фазового детектора 17, и вырабатывается командный электрический сигнал, амплитуда которого характеризует величину расфокусировки объектива 3, а полярность - знак этой расфокусировки. Командньв1 электрический сигнал поступает на индикаторное устройство 19, где регистрируется измеренная расфокусировка, или на исполнительный механизм (не показан) устраняюпщй или компенсирукзшв ий выявленную расфокусировку объектива 3.

Окуляр 21 со светозащитной шторкой используют при вьшолнении юстировки или калибровки устройства, а также при периодической проверке юстировки устройства во время его эксплуата1щи. При этом, когда окуляром 21 не пользуются, светозащитная шторка предохраняет устройство от попадания в него через окуляр 21 постороннего шумового светового излучения. А при наблюдении изображения.тестобъекта 2 через окуляр 21 оператор прижимается к налобнику (не показан) окуляра 21 и шторка открывает световой диаметр окуляра 21. Оператор наблюдает изображение тест-объекта 2, не мешая фотоэлектрическому определению фокальной плоскости испытуемого объектива 3.

Использование изобретения позволяет легко синхронизировать фазу опорного сигнала с угловым положением модулятора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕШМ ФОКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ОБЪЕКТИВА по авт. св. 1080053, о т л ичающееся тем, что, с целью упрощения определения знака расфокусировки объектива, сторона модулятора, обращенная к- светоделителю, выполнена зеркальной, а в одном из двух каналов, образованных светоделителем и зеркальной поверхностью модулятора, установлены последовательно диафрагма и дополнительный фотоприемник, выход которого через усилитель подключен к фазовому детектору.

--ПИ

Л 77

f2

Фиг. 2

Ф ф 0s

/f-/l

Фиъ. J