Устройство для контроля фокусировки проекционного объектива Советский патент 1989 года по МПК G03B3/00 

/

fff

ел ю ел

О) О5 4

(риг.1

, 3 , .152

Изобретение относится к устройст- вам проекционной фотопечати, в част- -ности к фотоэлектрическим устройствам контроля отклонений фотопластины от плоскости резкого изображения в системах с автофокусировкой.

Цель изобретения повышение точности устройства.

На фиг, 1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства совместно с проекционным объективом и пластиной;.на фиг. 2а - сигнал на выходе генератора пилообразного напряжения; на фиг, 26 - смгнал на выходе фотоприемников; на фиг,2в - сигнал на выходе полосового фильтра; на фиг, 3 - распределение световых пучков в зрачке проекционного объектива j на фиг. 4 световые пучки вбли зи анализирующего растра ; Устройство (фиг, 1) содержит осве- /титель (монохроматический источник) 1 -и расположенные последовательно по ходу луча предметный растр 2, линзу 3 два электрооптических кристалла k с нанесенными на их поверхность электродами 5 и рассеиватель 6, Электрооптические кристаллы 4 расположены вблизи фокальной плоскости линзы 3 так, что лучи, образующие 1 дифрак- ционны.й порядок растра 2 проходят через один кристалл, а образующие -1 дифракционный порядок - через второй кристалл ,

Электрооптические кристаллы k изготавливают из материала со значительным электрооптическим эффектом. Электроды 5 наносят так, чтобы обеспечить при приложении к ним электрического напряжения пропорциональное изменение коэффициента преломления материала кристаллов 4, Так, при .использовании материала типа КДР электроды 5 могут быть нанесены на грани кристал

лов А, перпендикулярно оптической оси OZ материала и параллельные направлению распространения света, т„е„ опти ческой оси устройства.

Электроды 5 кристаллов k присоединены к противофазным выходам генератора 7 пилообразного напряжения,

Рассеиватель 6 расположен в : кости, сопряженной с предметным pact-- ром 2,

Далее по ходу лучей устройство содержит полупрозрачное зеркало 8, про-- екционный объектив 9 и фотолластину 10. которые образуют систему, строяfO

5

0

5

0

35

щую автоколлимационное изображение предмета, расположенного в плоскости рассеивателя 6, в плоскость анализирующего растра 11J расположенного в плоскости, сопряженной с рассеива- телем б.

За анализирующим растром 11 расположена коллективная линза 12 и.апер- турная диафрагма 13 расположенная в плоскости, сопряженной со зрачком I проекционного объектива 9.

Апертурная диафрагма 13 имеет два .отверстия 15 и 1б, расположенных децентрированно по разные стороны от оптической оси.

Непосредственно за отверстиями 15 и 16 расположены фотоприемники 17 и 18, выходы которых соединены через полосовые фильтры 19 и 20 соответственно с входами измерителя 21 разности фаз,

Устройство работает следующим образом.

Линза 3 строит изображение предметного растра 2 (фиг. 1) на рассеиватель 6, Вместе с тем, линза 3 собирает в электрооптические кристаллы k световые пучки, образующие -)-1 и -1 дифракционные порядки соответственно.

Изображение растра 2, которое строилось бы в плоскости рассеивателя 6 линзой 3 в отсутствии электро- оптических кристаллов 4, описывается синусоидальной функцией амплитуды:

(1+cos(jx), (1)

0

5

где и - амплитуда светового поля;

А - амплитуда падающего на растр 2 поля с учетом увеличения линзы 3;

СА) пространственная частота растра 2 с учетом увеличения линзы 3;

X - координата, перпендикулярная направлению штрихов растра.

Выражение (1) может быть представлено в виде суммы трех составляющих:

А А U A- -2exp(jcjx)(-JWx) (2)

Каждая из составляющих описывает плоскую волну, распространяющуюся в определенном направлении, т.е. дифракционный порядок.

Электрооптические кристаллы 4, раё5 мещенные в ходе лучей +1 и -1 дифракционных порядков вносят в соответст -, вующие пучки дополнительной фазовый набег, величина которого пропорцио5152566

нальна .величине приложенного к соответствующему электрооптическому кристаллу напряжения.

Поскольку к кристаллу, установленному в ходе лучей +1 порядка, и к кристаллу, установленному в ходе лучей -1 порядка, напряжение с выхода генератора 7 поступают в противофазе, то фазовые сдвиги в порядках будут ю представлять собой:

,KV; 1 tp-.-KV,

(3)

где Lp, и Ц., - фазовые сдвиги в +1 и -1 дифракционных порядках соответственно;

К - коэффициент пропорциональности;V - мгновенное значение напряжения на выходе генератора 7.

Появление дополнительного сдвига фаз приводит к изменению функции распределения амплитуды:

и А+|ехр ( JQX+JKV) -i-lexp (-jax-j KV)

A(1+cos(wx+KV). . (4)

Из формулы (k) следует, что прило- женное напряжение приводит к смещению изображения растра 2 на рассеи- вателе 6, пропорциональному величине приложенного напряжения.

Напряжение, прикладываемое к кристаллам 4, поступает с выхода генератора 7 пилообразного напряжения и имеет временную диаграмму, изображенную на фиг. 2а. Это обеспечивает линейное сканирование изображения.

Максимальное напряжение на выходе генератора 7 (фиг. 1) выбирают таким, чтобы обеспечить смещение изображения растра на период. При этом максимальное значение фазового сдвига, обеспечиваемого электрооптическими кристаллами будет равно +2 if и -Z il соответственно. В этом случае, если не при- нимать во внимание обратный ход, сканирование выглядит как непрерывное движение изображения с постоянной скоростью.

Изображение растра 2 строиться на поверхности рассеивателя 6, а затем через полупрозрачное зеркало строится проекционным объективом 9 на поверхность фотопластины 10. Лучи, отраженные от пластины 10, проходят Jэбъeктив Э, отражаются от полу

5

35

20

25

зо

.л

-

прозрачного зеркала 8 и формируют в плоскости анализирующего растра 11 автоколлимационное изображение растра 2.

При сканировании изображения растра 2 в плоскости рассеивателя 6 автоколлимационное изображение предметного растра 2 на анализирующем растре 11 также будет перемещаться. Анализирующий растр 11 имеет такой же шаг и направление штрихов, как и изображение растра 2. В результате штрихи изображения предметного растра 2 будут при сканировании перекрываться штрихами анализирующего растра 11, что приводит почти к синусоидальной модуляции светового потока, прошедшего через анализирующий растр 11 (фиг. 26), и соответствующему изменению напряжения на выходе фотоприемников 17 и 18 (фиг. 1). Отличие формы сигналов от -синусоидальной в основном связано с наличием обратного хода, во время которого изображение предметного растра 2 испытывает скачок, а на сигнале наблюдается короткий импульс. Для того, чтобы этот импульс не влиял на работу измерителя 21 разности фаз, сигналы пропус-. каются через полосовые фильтры 19 и 20, настроенные на частоту сканирования. Форма сигналов на выходе полосовых фильтров 19 и 20 приведена на фиг. 2в.

Свет, прошедший через анализирующий растр 11, собирается коллективной линзой 12, которая в плоскости апертурной диафрагмы 13 строит изображение зрачка I t объектива 9. Апер- турная диафрагма 13 содержит два отверстия 15 и 1б, расположенные децен- трированно относительно оптической оси так, 41 о они накладываются на изображение зрачка Ц обьектива 9 без виньетирования (фиг. 3). Рассеи- ватель 6 (фиг. 1) при этом изменяет угловое распределение падающего на него света так, чтобы максимальное количество света попадало в отверстия 15 и 1б (фиг. 3). При этом световое пятно 22 в отсутствии рассеивателя преобразуется в световое пятно 23.

Рассеиватель 6 (фиг. 1) может быть выполнен в виде комбинации из дифракционной решетки и матовой пластинки.

7 .152566

При точной фокусировке плоскость (фиг« 4а) , в которой построено изображение предметного растра 2 (), совпадает с плоскостью, в которой установлен анализирующий растр 11 (фиг. а).

Пучки лучей 25 и 26, выделяемые отверстиями 15 и 1б (фиг,О в апер-. турной диафрагме 13, строят изобра- |(- жения предметного растра 2 в плоскости 2k (фиг, 4а} . В ЭТОЙ плоское- . ти окна анализирующего растра М совпадают с пучками 25 и 2б и, следова- тельнО; начальные растры 11 совпа- дают с пучками 25 и 2б и, следовательно, начальные фазы сигналов, ;соответствующих световым пучкам 25 и 26, прошедших анализирующих растр 11, будут одинаковы,20

В результате сигналы с фотоприемников 17 i-i 18 (фиг. 1) не имеют друг j относительно друга фазового сдвига. Соответственно не будут иметь фазового сдвиге и сигналы на выходах поло 25 соаых фи льтров 19 и 20. В результате измеритель 21 разности фаз, на выходы которого поданы эти сигналы, будет регистрировать нулевой сдвиг

Фа:

соответствующий то|-1ной фокуси40

ровке.

При расфокусировке5 т.е. смещении фрточувств.ггельной пластины 10 вдоль оптической оси, плоскость 2А (фигДб) в которой строится изображение предметного растра 2 (фиг. 1), окажется смещенной относительно анализирующего растра 11 и в его плоскости пучки 25 и 2б (фиг. 4б) уже не совпадут друг с другом. Соответственно окажутся сдвинутыми и начальные фазь сигналов, соответствующих световым пучкам 25 и 26. прошедших анализирующий растр 11. Это приводит к появлению фазового сдвига между сигналами фотоприемни- . ков 17 и 18 (фиг. 1), причем знак разности фаз указывает направление, а величина пропорциональна величине расфокусировки. Сигналы с выходов фотоприемников 17 и 18 проходят,через полосовые фильтры 19 и 20 на ды измерителя 21 разности фаз показания которого будут пропорциональны

(- 0

5

0

0

8

сдвигу фаз и соответственно величине расфокусировки.

В предлагаемом устройстве сканирование осуществляется с помощью электрооптических кристаллов 4 (фиг.1). Это обеспечивает высокую стабильность частоты сканирования и отсутствие неконтролируемых смещений изображения предметного растра.

В результате случайная погрешность определяется только фотоэлектрическими шумами фотоприемников 17 и 18.

Дополнительными достоинствами предлагаемого устройства является высокое быстродействие, ограниченное только быстродействием измерителя разности фаз, а также отсутствие движущихся частей, что обеспечивает высокую надежность и долгове- ность предлагаемого устройства.

Формула изобретения

Устройство для контроля фокусиров- и проекционного объектива, содержащее последовательно расположенные осветитель, предметный растр, автоколлиг мационную оптическую систему, анализирующий растр, апертурную диафрагму, выполненную в виде двух расположенных по разные стороны от оптической оси отверстий, за из которых установлен фотоприемник, причем фотоприемники соединены со схемой измерения разности фаз, отличаю щее- с я- тем, что, с целью повышения точности, в него введены линза расположенная за предметным, растром, два электрооптических кристалла с электродами, расположенными симметрично относительно оптической оси в ходе лучей +1 и -1 дифракционных порядков предметного растра, генератор пилообразного напряжения, прямой зыход которого соединен с электродами первого кристалла, а инвертирующий выход - с электродами второго, и два полосовых фильтра, включенные между фотоприемниками и схемой измерения разности фаз, а в качестве осветителя использован монохроматический источник излучения.

/ L

Изобретение относится к устройствам проекционной фотопечати. Цель изобретения - повышение точности устройства контроля фокусировки. Устройство работает по принципу измерения разности фаз между двумя сигналами, полученными в результате модуляции светового потока периодическим растром 2. Устройство содержит монохроматический источник 1, линзу 3, два электрооптических кристалла 4. Один из них установлен в +1 порядке дифракции и соединен с прямым выходом генератора пилообразного напряжения. Второй установлен в -1 порядке и соединен с инвертирующим выходом генератора. В результате кристаллы создают такую фазовую задержку, которая приводит к линейному перемещению изображения растра 2 в плоскости аналогичного анализирующего растра 11. Фотоприемники 17,18, расположенные за отверстиями 15 и 16 в фокальной плоскости линзы 12, регистрируют периодический сигнал, фаза которого зависит от положения плоскости фокусировки. Фильтры 19 и 20, установленные на выходе фотоприемников, устраняют искажения сигнала, вызванные обратным ходом. Для получения максимального сигнала с фотоприемников энергия светового пучка перераспределяется в пространстве рассеивателем 6. 4 ил.

. zz

Физ.га

Фии5

Риг.28

14

,-Xx