Устройство для контроля оптических световозвращателей Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества изготов ления оптических световозвращателей (отражателейJ, таких, например, как уголковьк (призменных и полых) зеркально линзовьгх и др. По основному авт. св. № 1052854 известно устройство для контроля оптических световозвращателей, содержащее йоследовательно расположенные на одной оптической оси осветитель, первый светоделитель, - точечную диафрагму, второй светоделитель, объектив и три фотодетектора, два из которых оптически связаны с первьм светоделителем, а третий - со вторьм светоделителем Г 1. Недостатком этого устройства является низкая точность контроля ошибок изготовления высококачественных световозвращателей, обусловленная тем, что оптимальный угловой размер отверстия точечной диафрагмы, при котором обеспечивается максимальная точность контроля или максимальная крутизна выходной характеристики за висимость выходного сигнала от расходимости отраженного пучка),сравним с максимально допустимой расходимост отраженного светового пучка, обуслов ленной ошибками изготовления светойозвращателей. Поэтому при контроле высококачественных световозвращателей, расходимость отраженного пучка для которых не превышает единиц угловых секунд, размеры отверстия точечной диафрагмы будут настолько малыми (порядка нескольких мкм ), что за счет аберрационных эффектов широкояольного осветителя, приводящих к концентрагщи энергии излучения в пло кости диафрагмы в кружок гораздо боль ших размеров и за счет дифракщюнных эффектов на малом, сравнимом с длиной волны излучения, отверстии диафрагмы, доля световой энергии, прощед йей через отверстие диафрагмы в сторону контролируемого отражателя и обратно в сторону осветителя, будет недостаточной для ее надежной регистрвЕЩи фотодетекторами, что сни жает точность контроля за счет влияния шумов фотодетекторов и посторонних засветок,Увеличение же размеров отверстия точечной диафрагмы приведет к сяккенгао точности контроля. обусловленной уменьшением крутизны выходной характеристики. Кроме того, так как автоколлимационное изображение отверстия точечной диафрагмы сказывается перевернутым по отношению к самому отверстию, то для того, чтобы отраженное в сторону осветителя излучение проходило через отверстие диафрагмы без диафрагмирования, необходимо иметь отверстие правильной центрально-симметричной формы, например, в виде круга, квадрата и др. А изготовление отверстий правильной формы, и таких малых размеров является сложной технологической задачей. Всякие отклонения формы отверстия от правильной снижают точность контроля ошибок изготовления световозвращателей. Цель изобретения - повышение точности контроля оптических световозвращателей. Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля оптических световозвращателей снабжено диафрагмой с круглым отверстием, установленной в фокальной плоскости объектива перед третьим фотодетектором, а точечная диафрагма вьшолнена с отверстиями, расположенным одно относительно другого на одинаковых расстояниях, больших, чем предельно допустимый размер автоколлимационного изображения одного отверстия, центр которого из отверстий точечной диафрагмы оптически сопряженс центром круглового отверстия диафрагмы, а диаметр круглого( отверстия диафрагмы равен расстоянию между соседними отверстиями точечной диафрагмы,. На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для контроля оптических световозвращателей , на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1. Устройство содержит последовательно расположенные на одной оптической оси осветитель, включающий источник 1 излучения и конденсор 2, первый светоделитель 3, точечную диафрагму 4 с несколькими отверстиями, второй светоделитель 5, объектив 6, диафрагму 7 с круглым отверстием, фотодетекторы 8 и 9, оптически связанные со светоделителем 3, и третий фотодетектор 10, оптически связанньй со светоделителем 5. Устройство работает следующим об разом. . Световой поток источника 1 излучения собирается при помощи конден сора 2, проходит светоделитель 3 и фокусируется в отверстия диафрагмы 4, установленной в фокальной пло кости объектива 6. Часть излучения, падающего на светоделитель 3, напра ляется на оптически связанный с ним фотодетектор 8. Выходной сигнал фотодетектора 8 пропорционален свет вому потоку, поступающему в отверстия диафрагмы 4, или освещаемых по току, падающему на контролируемый световозвращатель П. Излучение, выходящее из отверсти диафрагмы 4, проходит светоделитель 5, колл11мируется объективом 6 параллельными пучками, число которы соответствует числу освещаемых отверстий диaфpaг a,I 4, направляется на световозвращатель 11. Отраженный ,им световой поток опять проходит объектив 6 и светдцелитель 5. Часть всего отраженного излучения светоде лителем 5 направляется на диафрагму 7, установленную в фокальной пло кости объектива 6 перед фотодетекто- ром 10. Диафрагма 7 имеет одно отверстие с центром в точке О,оптически сопряженной с точкой 0 центра одного из отверстий диафрагмы 4 (на фиг.1 центры обоих отверстий сов падают с оптической осью объектива 6 диаметр отверстия диафрагмы 7 равен расстоянию t между центрами отверстий диафрагмы 4. Это расстояние выбирается больше размеров автоколли- мационных изображений отверстий диафрагмы 4, формируемых каждым из отраженных пучков при всех допустимых ошибках изготовления световозвращателей, т.е. D выбирается таким. чтобы автоколлимационные изображения в плоскости диафрагм 4 и 7 не перекрывались одно с другим, как показано на фиг.2 пунктирными окружностями. Размер автоколлимацнонных изображений равен Б + сГ, где D диаметр каждого из отверстий диафраг мы 4. Таким образом, через отверстие диафрагмы 7 пройдет световой поток лишь одного отраженного пучка, форми руемого осевым отверстием диафраг- мы 4. Это излучение регистрируется iфотодетектором 10. Так как каждое отверстие диафрагмы 4 порождает одинаковый по интенсивности световой прток, то выходной сигнал L фотодетектора 10 будет пропорционален всему световому потоку, отраженному световозвращателем 11. Измеряя от ношение сигналов К , .определяют прозрачность или светопропускание контролируемого световозвращателя. Другая часть отраженного светового потока проходит через светоделитель 5 и попадает на диафрагму 4. В каждое из ее отверстий пройдут лишь те отраженные лзгчи, которые распространяются в направлении его оси в угле, определяемом угловыми размерами отверстия диафрагмы 4, Лучи, отраженные под большими углами и обусловленные дефектами световозвраща . теля, экранируются непрозрачными участками диафрагмы 4. Чем хуже качество изготовления световозвращателя, чем больше расходимость отраженных пучков и тем меньше отраженного светового потока возвращается в сторону источников излучения, которыми служат отверстия диафрагмы 4. Лучи, прошедшие через отверстия диафрагмы 4, светоделителем 3 направляются на оптически связанный с ним фотодетектор 9. Выходной сигнал Озиз фотодетектора 9 пропорционален осевой силе света, возвращенного световозвращателем П. Выходной сигнал в N раз больший, где N число отверстий диафрагмы 4, причем N выбирается большим единицы. Тогда контролируя отношение К сиЕналов пропорциональное световым , 2 потокам, отраженным в направлений источника 1 излучения и полным отраженным световым потоком соответственно, можно судить о точности изготовления световозвращателя i1, Так как доля энергии, отраженной в сторону источника 1 излучения, проорциональна квадрату диаметра Ъ от ерстий диадзоагмы 4 и их общему чису N, т.е. равна D, а доля энерии, прошедшей через отверстие диафагмы 7 и характеризующая общую отаженную энергию, пропорциональна вадрату диаметра автоколлимационноо изображения, рлвному (D , о величина К, определяющая качест во световозвращателя, пропорциональна отношению ) Отсюда следует, что крутизна этой характеристики, определяющая наклон ее в зависимостн от погрешности Изготовления световозвращателя (f, равн 5 -ЖМ. cJc {D+)3 Тогда погрешность контроля световоз вращателей f, как следует из (1), оп| еделяется соотнощением (2}1-,(г, т.е, она обратно пропорциональна крутизне выходной характеристики К2. Из (2) также следует, что погрешность измерений уменьшается с ростом числа отверстий N диафрагмы А и с . уменьшением величины их диаметрй D. Максимальная крутизна выходной характеристики, как видно из у.,, печивается при li 2cf, т.е. когда дийметр отверстия диафрагмы 4 равен 1 9 удвоенной максимальной расходимости отраженного пучка, обусловленной дефектами световозвращателя 11. Выбор размера D 2сГ что возможно по констрзтетивным соображениям, а в некоторых сл чаях (при контроле высококачественных световозвращателей с расходимостью 1 угл.с.| и необходимо, хотя и уменьщает крутизну выходной характеристики, однако, как следует из (2), увеличением числа отверстий N диафрагмы А это уменьшение быть компенсировано и таким образом обеспечится требуемая точность измерений независимо от точности изго}товления световозвращателя. Для оптимального размера диафраггш (Р ) пррдлагаемое устройство обеспечивает увеличение точности измерений в N раз. Кроме того, за счет, абсолютного увеличения энергии отраженного светового пучка, формируемого несколькими отверстиями диафрагмы А, увеличиваются и уровни выходных сигналов фотодетекторов 9 и 10, что, в сврю очередь, дополнительно уменьшает погрешность измерений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ.КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКИХ СВЕТОВОЗВРАЩАТЕЛЕЙ по авт. св. № 1052854, отличающеес я тем, что, с целью повьшения точности контроля, оно снабжено диафрагмой с круглым отверстием, установленной в фокальной плоскости объектива перед третьим фотодетекто- ром, а точечная диафрагма выполнена с отверстиями, расположенными одно относительно другого на одинаковых .расстояниях, больших, чем предельно допустимый размер автоколлимационно- го изображения одного отверстия, центр одного из отверстий точечной диафрагмы оптически сопряжен с центром круглого отверстия диафрагмы, а диаметр круглого отверстия диафрагмы равр-н расстоянию между соседними отверстиями точечной диафрагмы. Ш С