Фотоэлектрический автоколлиматор Советский патент 1985 года по МПК G02B27/30 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения опгабок изготовления прямых углов призм. Известен фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий источник поляризованного света с вращающейся плоскостью поляризации, марку, светоделитель, объектив, отражатель, . неподвижный анализатор, составлен(ный из двух поляризаторов, плоскости поляризации которых перпендикулярны фотоприемную и измерительную части D}. Однако этот автоколлиматор не поЗ воляет измерять прямые углы прямоугольных призм. Известен также фотоэлектрический автоколлиматор, содержащий осветительную часть, марку, объектив, отра жатель в виде прямоугольной призмы, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаим но перпендикулярными плоскостями поляризации, модулятор, фотоприемную и измерительную части 2. Недостатками известного устройства являются невысокая точность и низ кая производительность измерений, обусловленные соответственно однокра ным прохождением светового пучка через контролируемую призму и последовательным измерением (в два приема положения каждого из двух автоколлимационных изображений. Целью изобретения является повывение точности измерения. . Указанная цель достигается тем, что в фотоэлектрический автоколлиматор, содержапщй осветительную часть марку, объектив, отражатель в виде прямоугольной призмы, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаимно перпендику ярными плоскостями поляризации, мо дулятор, фотоприемную и измерительную части, дополнительно введено светоделительное зеркало, которое установлено между поляризаторами и призмой с наклоном на угол Tf к плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы, при этом f определяе ся двойным неравенством И +4 -Л (5 2 -2ti& i- -j- - 2 E-2d, где - удаление центра марки о-г оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, выраженное в угловой мере; Ч - удаление оси вращения модулятора от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, выраженное в угловой мере; ,f - угловой размер марки в плоскости наклона зеркала; М - показатель преломления материала призмы; - пирамидальность призмы; е - угол наклона гипотенузной грани призмы относительно плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной ее главному сечению. На фиг. 1 показана схема фотоэлектрического автоколлиматора в плоскости наклона светоделительного зерала; на фиг.2 - то же, в плоскости главного сечения призмы-отражателя; на фиг.З - ход осевых лучей в элементах автоколлиматора, установленньйс перед его объективом, в плоскости наклона светоделительного зеркала; на фиг.4 - ход осевь х лучей в тех же элементах в пл(скости главного сечения призмы. Автоколлиматор включает осветигёльяую часть, состоящую из источника 1 света, конденсора 2 и отклоняющей призмы 3, и внеосевую марку 4, установленную между конденсором 2 и призмой 3 в фокальной плоскости объектива 5 и выполненную, например, в виде круглого отверстия. Удаление центра марки 4 от оптической оси объектива 5, выраженное в угловой мере, обозначим , а угловой размер марки - tf .Перед объективом 5 размещены два поляризатора 6 и 7 с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, светоделительное зеркало 8 и контролируемая прямоугольная призма 9 с отражающими гранями 10 и 11. Плоскость поляризации одного из поляризаторов (поляризатора 7) параллельна плоскости, проходящей через центр марки 4 и ребро прямого угла призмы 9, которое наклон .но к плоскости входного зрачка объектива за счет установки призмы 9 на специальном поддерживающем мостике (не показан) перед автоколлиматором. 3 В фокальной плоскости объектива расположен модулятор 12, составленный из двух поляризаторов 13 и 14, плоскости поляризации которых перпе дикулярны. Линия раздела поляриза.торов 13 и 14 пересекается с осью вращения модулятора, угловое положе ние Ср которой относительно оптичес кой оси объектива определяется из условия исключения взаимного наложе ния марки и ее автоколлимационного изображения и возможного смещения последнего относительно линии разде ла поляризаторов 13 и 14 в пределах его углового размера S , т.е. f - 1,5б и f в Э-1,55 . При Ч О ос вращения модулятора 12 совмещена с оптической осью объектива 5. Плоскости поляризации поляризато ров 13 и 14 модулятора 12 параллель ны плоскостям поляризации поляризаторов 6 и 7 при параллельности их линий раздела. Светоделительное зеркало 8 установлено между поляризаторами 6 и 7 и призмой 9 с наклоном под углом к плоскости входного зрачка объекти ва 5 в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы, или в плос кости ребра прямого угла призмы. Для контроля призм с различными характеристиками светоделительное зеркало 8 снабжается механизмом для изменения его углового положения в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы. Фотоприемная и измерительная част автоколлиматора включают конденсор 15, фотоприемник 16, усилитель 17 рабочих сигналов, опорную ветвь, сос тоящую из источника 18 света неподвижного поляризатора 19с плоскостью поляризации, параллельной плоскости поляризации одного из поляризаторов 6(7), установленных перед объективом фотоприемника 20 и усилителя 21 опорных сигналов. Выходы усилителей 17 и 21 соединены с синхронным детек тором 22, к которому подключен индикатор 23. Для настройки и проверки положения автокрллимационных изображений относительно линии.раздела поляризаторов 13 и 14 модулятора автоколлима тор имеет откидное зеркало 24 и окуляр 25. Устройство работает следуюпщм обр зом. 15 Контролируемую призму 9 устанавливают на мостик. Включают источник 1 света и вводят.в ход лучей откидное зеркало 24,- наблюдая в окуляр 25. Свет от источника 1 с помощью конденсора 2 освещает внеосевую марку 4. Главный луч, исходящий из центра марки 4, пройдя отклоняющую призму. 3, образует с оптической осью объектива 5 угол (фиг.З). Пройдя далее объектив 5, поляризаторы 6 и 7, светоделительное зеркало 8, луч падает на гипотенузную грань призмы 9 под углом +«(, а на ребро ее прямого угла - под углом (Pfnf ), если призма правильно установлена перед автоколлиматором, т.е. вершина пирамиды призмы расположена по другую сторону оптической оси относительно внеосевой марки 4. Свет, прошедший через поляризаторы 6 и 7, -соответственно поляризуется, и часть его, отраженная от наклонного светоделителы ого зеркала 8, не попадает в фотоприемную часть автоколлиматора. Часть света, отраженная от гипотенузной грани призмы 9, при неправильной ее установке может попасть в фотоприемную часть. В этом случае, вращая мостик с призмой, наблюдают в окуляр 25 за бликами в поле зрения и устанавливают призму в правильное положение. . Осевой луч света, прошедший призму 9 в первьй раз, выходит из нее под , углом 2о( -2п к оптической оси объектива. Встретив и отразившись от светоделительного зеркала 8, луч повторно проходит призму и выходит из нее в направлении линии раздела поляризаторов 13 и 14 модулятора 12, когда та расположена в плоскости, параллельной плоскости главного сечения призмы 9. Если автоколлимационное изображение марки непопадает на указанную линию раздела поляризаторов 13 и 14, наклон светоделительного зеркала изменяют, наводя автоколлимаионное изображение на эту линию. В этом случае угол, образованный падаюим на зеркало лучом после прохождения призмы первый раз и отраженным т него лучом,равен р.ь( , зеркало о отношению к входному зрачку объг ктива занимает положение, опредеяемое углом ( ) 2. В плоскости главного сечения ы 9 (фиг.4) осевые лучи 1 и II та, пройдя поляризаторы 6 и 7 и светодвлитепьное зеркало 8, проходят призму 9 в противоположньк направлениях, отражаясь от катетных граней 10 и 11 в прямой и обратной поспедовательности. Пройдя призму 9 с ошибкой U/прямого угла первый раз, кажды луч отклоняется от своего первоначального направления на угол 2исОсо5(р+о()У 1- }Встретив и отрази 1 шись от светоделительного зеркала 8 под так же углом, каждый луч снова падает на призму 9. Часть света от лучей и П проходит светоделительное зеркало 8 и гасится, поскольку плоскости поляризации этих лучей перпендикулярны плоскостям поляризаций встретившихся на их пути поляризаторов б и 7. V. Каждый отраженный зеркалом 8 луч f и lj, npoJ призму второй раз, дополнительно отклоняется на угол 2па cost{ f- nyn.e,a угол между расходящимися лучами J и II, прошедшими призму дважды и идущими в автоколлиматор, в общем виде равен .).СО.(Н) В фокальной плоскости объектива автоколлиматора, где находится модулятор t2, эти лучи образуют два автоколлимационные изображения марки 3) линейное расстояние t между которыми равно t{j П .cos(-).eos(a.)f, где f - фокусное расстЬяние объектива. При f О приведенные ранее выражения упрощаются. После настройки автоколлиматора откидное зеркало 24 вьгаодят из хода . лучей и включают в работу модулятор 12 и фотоприемную и измерительную чести. Конденсор 15 концентрирует свет, от обоих автоколлимационных изображений марки, на фотоприемнике 16. 1 5 При отсутствии ошибки о) прямого угла призмы оба изображения совмещены и расположены на линии раздела |поляризаторов 13 и 14 модулятора 12, когда та расположена в плоскости, перпендикулярной главному сечению призмы 9. В этом случае при вращении модулятора 12 в любом его положении на фотоприемник 16 проходит равное количество света и на-выходе фотоприемника нет переменного сигнала. При наличии ошибки to прямого угла призмы автоколлимационные изображения марки взаимно смещены на величину t, В зтом случае через модулятор 12 в различных его положениях при вращении от каждого автоколлимационного изображения марки 3 на фотоприемник 16 проходит разное количество света и на выходе фотоприемника образуется переменный сигнал. Поскольку плоскости поляризации автоколлимационных изображений марки, как и плоскости поляризации поляризаторов 13 и 14 модулятора 12, взаимно перпендикулярны, то переменные.сигналы от обоих изображений марки 3 имеют одинако ую фазу ив фотоприемнике 16 суммируются,/ шлитуда общего переменного сигнала пропдрщ1оналвна величине взаимного линейного смещения 1 автоколлимационных изображений или величине ошибки О прямого угла призмы, а фаза по отношению к опорному сигналу указывает направления смещения изображений марки 3 или знак опшбки о) прямого угла призмы. Рабочий сигнал с фотоприемника 16 и сигнал с фотоприемника 20 опорной ветви после усиления соответственно в усилителях 17 и 21 подаются на синхронный детектор 22, а с него - на индикатор 23, которилй указывает величину и знак взаимного линейного смещения 1 автрколлимационных изображений марки или величину и знак ошибки tt) прямого угла призмы. Ошибка {О прямого угла призмы при этом определяется из выражения (:f-)cos( )f Таким образом, предлагаемый фотолектрический автоколлиматор позвояет измерять ошибку прямого углаИризы с большей точностью,чем известный. .

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АВТОКОЛЛИМАТОР, содержащий осветительную часть, марку, объектив, отражатель в виде прямоугольной призмы, расположенные между объективом и отражателем два поляризатора с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации, модулятор, фотопрйемную и измерительную части, о т л и ч а юц и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введено светоделительное зеркало, которое установлено между поляризаторами и призмой с наклоном на угол к плоскости входного зрачка объектива в плоскости, перпендикулярной главному сечению призпы, при этом if определяется двойным неравенством 11|:. + 2пе-2в, где - удаление центра марки от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, выраженное,в угловой мере; Ч - удаление оси врсщения модулятора от оптической оси объектива в плоскости наклона зеркала, ш фаженное в угло- I вой мере; (Л cf - угловой размер марки в плоскости наклона зеркала; И - показатель преломления материала призмы; - пирамидальность призмы; . (Л - угол наклона гипотенузной грани призмы относительно ел плоскости входного зрачка - ел объектива в плоскости, перпендикулярной ее главному с ченпо. . . СП