Устройство для определения величины и знака дефокусировки Советский патент 1985 года по МПК G03B3/00 

Изобретение относится к оптическ технике и может быть использовано при определении величины и знака дефокусировки оптических систем с переключаемым фокусным расстоянием Известны устройства для определе ния дефокусировки оптической систе мы, а также устройства для автомат ческой фокусировки оптических устройств, которые также могут быть использованы для определения величины и знака дефокусировки ClJ. Недостатком такого устройства является сложность, обусловленная наличием дополнительных оптических элементов и нескольких фотоприемников. .Кроме того, при создании дву изображений трудно добиться одинаковых характеристик фотоприемных каналов, особенно при их нестабильности во времени, что может вызвать ошибки в определении плоскост фокусировки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения величины и знака дефокусировки, содержащее коллиматор, расположенное на оптиче кой оси фотоприемное устройство, связанное с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток подключенный вместе с фотоприемным устройством к регистрирующему прибору 2 7. ч Недостатком данного устройства является наличие в нем диафрагм. Поскольку при переключении в оптиче кой системе фокусного расстояния возможны сдвиги изображения тестобъекта как вдоль оптической оси, т и в плоскости, ей перпендикулярной то всегда будут позникать трудности с выставкой диафрагм, что потребует большего времени на измерение дефокусировки и отразится на их точност Цель изобретения - сокращение времени и повышение точности измере ния . Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определе ния величины и знака дефокусировки для систем с переключаемым фокусным расстоянием, содержащем коллиматор расположенное на оптической оси фотоприемное устройство, связанные с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток, подключе ный вместе с фотоприемным устройством к регистрирующему прибору, модуляторы выполнены в виде двух соосных параллельных и развернутых друг относительно друга на 180 полудиской, разнесенных по оси вращения на расстояние 5 и наклоненных к ней под углом с/ arctg 1/S, где Р - расстояние между осью вращения модулятора и оптической осью, 5- зона смещения плоскости изображения при переключении фокусных расстояний, причем каждый модулятор выполнен в виде растра из прозрачных и непрозрачных радиальных полос с шагом на рассто- янии /со5о от его центра, равным диаметру изображения точечного тестобъекта соответственно для каждого значения фокусного расс1;ояния. На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - растр первого модулятора; на фиг,3 - растр второго модулятора; на фиг.4 - эпюры напряжений на выходе фотоприемного устройства и генератора опорных меток. Устройство состоит из коллиматора 1 с точечной диафрагмой, исследуемой оптической системы 2 с переключаемым оптическим компонентом 3 для дискретного изменения фокусного расстояния системы, фотоприемного устройства 4,. расположенного на оси оптической, системы позади плоскости фокусировки, регистрирующего прибора 5, например двухлучевого осциллографа, электропривода 6, на валу которого установлен генератор 7 опорных меток, первый 8 и второй 9 модуляторы. Между регистрирующим прибором 5 и выходом фотоприемного устройства 4 для удобства измерений могут быть включены два узкополосных фильтра 10 и II, коммутируемые переключающим устройством 12. Устройство работает следующим образом, . Оптическая система 2 создает изображение диафрагмы коллиматора I в плоскости фокусировки, пересечение которой с оптической осью системы обозначено на фиг.1 точкой О, Зона вбзможнаго перемещения зтой точки вдоль оптической оси за счет технологических и конструктивных погрешностей оптической cиcтe lы, а также при включении компонента 3, дискретно изменяющего фокусное расстояние, обозначено буквой , Ось модулятора параллельна оптической оси и ОТСТОИТ от нее на расстояние f , оба модулятора 8 и 9 наклонены к оптической оси под углом о. Размер рабочей зоны первого мод лятора между точками А и М выбран таким, чтобы при вращении модулято от электропривода 6, он полностью проходил через все точки зоны 5 . Этот размер составляет 5 /со d . Размер рабочей зоны второго модуля тора 9 находится между точками В и N и также равен S/cos . Расстояние между модуляторами 8 и 9 выбрано таким, чтобы каждый из них своей рабочей зоной полност перекрывал зону 5. Из фиг.I видно, что это расстояние равно S. Расстояние Р между оптической осью и осью модулятора выбирается из соотношения Р . Размер изображения тест-объекта при прочих равных условиях проподц нален фокусному расстоянию оптичес кой системы. Первьй модулятор 8 предназначен для анализа изображения, получаемого при меньшем фокусном расстоянии оптической системы 2, а второй модулятор 9 - при большем фокусном расстоянии. Соответственно, шаг растра 1, (фиг.2) модудятора 8 на расстоянии от его центра, равном S/coscL, т.е. в тех точках, которые пересекают при вращении модулятора оптическую ОСЬ, равен расчетному размеру изоб ражения тест-объекта при установле ном меньшем значении фокусного расстояния, а шаг ij растра модулятора 9 (фиг.З) - при большем зна чении фокусного расстояния. Очевид но, что Ц/ Ц где Г и /«2 - значения дискретных фокусных расстояний. Когда в оптической системе 2 установлено малое расстояние, пер.вый модулятор 8 последовательно проходит вдоль оптической оси всю зону возможного смещения изображен S. Сигнал с фотоприемного устрой ства 4 подается на первый вход регистрирующего прибора (двухлучев осциллографа 5 ), а на второй его вход подается сигнал с генератора опорных меток. Генератор 7 опорных меток может быть выполнен в виде излучателя и фотоприемника, между которыми помещен закрепленный на оси электропри63вода диск с прорезями. Импульсные сигналы генератора 7 создают на экране осциллографа, масштабную сетку, идентифицирующую линейные смещения вдоль оптической оси в пределах зоны 5. Шаг масштабной сетки выбирается исходя из требуемой точности измерения . В силу того, что модулятор 8 пересекает своей рабочей зоной, отстоящей от его центра на величину 5/cof-oi всю область смещений 5 по оптической оси, происходит анализ изображения вдоль оптической оси в зоне J. В точке, определяемой пересечением плоскости изображения с оптической осью, размер изображения равен шагу растра 1. Это соответствует .наибольшей величине модуляции сигнала с фотолриемного устройства 4. В остальных точках зоны 5 размер изображения точечного тест-объекта больше шага Ь,за счет расфокусировки, что вызывает уменьшение глубины модуляции и соответственно уменьшение сигнала с фотоприемного устройства 4. Таким образом, в точке, соответствующей фокальной плрскости,фиксируется максимальное значение сигнала. На фиг.4 изображены эпюры напряжений на экране осциллографа. На эпюре 13 показано напряжение при малом фокусном расстоянии, а на эпюре 14 опорные метки. Из эпюр видно, что фокальная плоскость соответствует точке F. Для того, чтобы из сигнала, снимаемого с фотоприемного устройства 4, исключить составляющую, определяемую модуляцией вторым модулятором 9, между выходом фотоприемного устройства 4 и входом осциллографа 5 можно включить фильтр 10, настро- , енный на частоту сигнала, определяемого частотой вращения. модулятора и пространственной частотой растра... модулятора 8. При этом за счет изменения частоты при переходе от модулятора 8 к модулятору 9 на вход осциллографа подает сигнал только с частотой модуляции, соответствующей работе модулятора В. При измерении дефокусировки, возникающей при включении большего фокусного расстояния, переключателем 12 может быть включен фильтр II, настроенный на частоту, пропорциональную пространственной частоте растра модулятора 9. При этом устрой

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И ЗНАКА ДЕФОКУСИРОВКИ для систем с переключающимися фокусными расстояниями, содержащее коллиматор, расположенное на оптической оси фотоприемное устройство, связанные с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток , подключенный вместе с фотоприемным устройством к регистрирующему прибору, отличающееся тем, что, с целью-сокращения времени и повышения точности измерений, модуляторы выпоошены в виде двух соосных, параллельных и развернутых друг относительно друга на 180° полудисков , разнесенных по оси вращения на расстояние 5 и наклоненных к ней под углом об arctg - : где расстояние между осью вращения модуляторов и оптической осью, 5 зона смещения плоскости изображения .при переключении фокусных расстояний, причем каждьй модулятор выполнен в виде растра из прозрачных и непрозрачных полос с щагом на расстоянии S/ cos о от его центра, равным диаметру изображения точечного тест-объекта соответственно для каждого значения фокусного расстояния.