Устройство для автоматической фокусировки светового излучения Советский патент 1980 года по МПК G01B11/22 G01B11/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для бесконтактного измерения малых перемещений, а также может быть использовано в системах хранения и обработки 5 информации.

Известно устройство для определения положения поверхности но модуляции светового луча. Это устройство содержит оптически связанные лазер, светоделитель- ю ный кубик, объектив, зеркало, укрепленное на электронном вибраторе, другой светоделительный кубик, у смежных граней ко торого установлено по объективу, в фокальных плоскостях которых расположе- 15 ны соответственно рабочая поверхность и микродиафрагма. За микродиафраг.мой установлен фотоприемник, выход которого подключен к синхронному детектору через полосовой фильтр, а генератор соединен 20 с вибратором и вторым входом детектора {.

Известное устройство обладает недостаточной динамической точностью, так как в нем поисковая частота ограничена мае- 25 сой диафрагмы.

Наиболее близким решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для автоматической фокусировки светово- зо

го излучения, содержащее oirriiiccKii связанные излучатель, коллиматор, светоделитель, фокусирующий объектив, пркемньп объектив, дгодулятор в виде двух вращающихся растров или растрового полудиска н фотопрнемнпк, фильтр, синхронный детектор, один из входов которого через фильтр нодключсн к выходу фотопрнемника, генератор, связанный со вторым входом синхронного детектора и с приводом модулятора, и исполнительный механнзм, подключенный к выходу синхронною детектора, второй фотопрнемник, систему стабилизации скоростн вращения двигателя и два растра 2.

Недостаток известного устройства - сложность его конструкции и юстировки.

Целью изобретения является упрощение конструкции и юетировки устройства.

Цель достигается тем, что устройство снабжено оптической пластиной, установленной между прнемным объективом и модулятором под углом к оптической оси с частичным нерекрытием светового потока, а модулятор выполнен в виде дифракционной рещетки.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит излучатель I, коллиматор 2, светоделитель 3, фокусируюlUiift объектив 4, воспринимающий излучение от контролируемой поверхности 5, ириемиьп объектив 6, последовательно с которым установлены перекрывающая часть светового потока оптическая пластина 7, модулятор, выполненный в внде днфракционной решетки 8, связанной с приводом 9, II фотопрпемннк 10. Выход 10 фотонриемиика подключен через фильтр 11 к входу си 1хронпого детектора 12. Второй вход детекто.ш 12 подключен к выходу генератора 13. Выход детектора 12 соедииеи. через усплнтель 14 с входом нснолпптельиого механизма 15 автофокуснровки. Устройство работает следуюнлим образом. Световой поток от излучателя 1 (лазера) расширяется коллнматором 2 и поступает через светоделитель 3 к фокусирующему объективу 4. В фокальной плоскост этого объектива расположена рабочая поверхность 5. Отраженный от поверхности 5 световой ноток направляется объективом 4 через призму к приемному объективу 6. Последовательно с объективом 6 располо жена под углом к оптической оси оптическая (стеклянная) пластина 7, перекрываюшая часть светового потока. Часть светового потока, минуюшая пластину 7, фокусируется в фокальной плоекоетн объектива (). Другая часть, прошедшая иластииу 7, фокусируется в иной плоскости (иа чертеже эти плоскости отмечеиы штриховыми линиями). Расстояние между плос костями фокусировки обоих светоГ)Ых поTOKoii зависит от толщины используемой пластины. Дифракционная решетка S (например, синусоидальная, поглон1,ающая) 1)ас11оложеиа между плоекоетями фокусировки световых потоков и колеблется иер11еидикуля)ио онтическо оси с иомощью э;1ект|)ического привода 9, управляемого геиерато)ом 13. Когда контролируемая пО верхность 5 иаходится в исходном состоянии, дифракционная рещетка 8 колеблется точно носередиие между плоскостями фокусировки, и модуляция светового потока отсутствует. При перемещении иоверхностн 5 из исходного состояния к решетке 8 приближается одиа из илоскостей фокусировки и световой поток оказывается иромодулироваи, так как точки фокусировки за счет разворота пластины 7 сдвинуты в плоскости ХОУ на величину, 1)авную половине периода решетки 8. Фильтр 11 выделяет из выходного напряжения фотоириемника 10 составляющую, кратную частоте колебания решегки 8. 9 Амплитуда нанряжения пропорциональна смещению, а фаза (О или 180° по отнощению к оиорному напряжению генератора 13) указывает направление перемещения. Это нанряжение нодается на вход детектора 12. На второй вход поступает оиорное напряжение с генератора 13. Частота этого напряжепия должна быть равной частоте той гармоники, которая выделяетея фильтром 11. Для этого в .-енератор 13 должен быть введен делитель частоты. Вы.чодное напряжение детектора 12 поступает через усилите;ть 14 на механизм 15 фокусировки, который будет иеремещать объектив 4 до тех пор, пока световой поток не сфокусируется опять на поверхности 5. Устройство конструктивно ироще из вестного за счет замены двух вращающнхся растров на одну рещетку 8 и нсиользоваиия одного фотоприемника 10. Возможность изменения наклона пластины 7 позволяет регулировать пространсгвенньп сдвиг двух точек фокусировки, что упрощает юстировку устройства. Ф о ) м у ;i а изобретен и я Устройство для автоматической фокус 1)овки светового излучения, содержащее оптически связанные излучатель, коллиматор, еветоделитель, фoкyeиpyюнJ,ий объектив, приемный объектив, модулятор с 11риводом и фотоириемннк, фильтр, синхронный детектор, один из входов котороIo через фильтр иодключен к выходу фотоприемника, генератор, связанный с вто1)ым входом еннхронного детектора и с приводом модулятора, и исполнительный механизм, иодключенный к выходу синхроиного детектора, отличающееся тем, что, с целью упрощения его конструкции и юстировки, оно снабжено онтической пластиной, установленной между приемным объективом и модулятором иод углом к оптической оси с частичным перекрытием светового потока, а модулятор выполнен в виде дифракционной решетки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3768910, кл. G 01 В 11/22, 1973. 2.Воронцов Л. П. Фотоэлектрические системы коит)оля линейных величин, М., 1965, с. 190-19G, фиг. 138 (нрототип).