Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп Советский патент 1981 года по МПК G01B11/00 

(5) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП

;-1 . Изобретение относится к оптикоэлектронной измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещения по дву координатам. Известен двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп, содержащий осветитель, расположенные последовательно по ходу его лучей оптическую систему, вибратор со щелевой диафрагмой, разделитель световых потоков и отсчетный преобразователь с комп нсатором и блоком регистрации 1 . Недостатком такого микроскопа является сложность конструкции разделителя световых потоков, который требует при работе точных и трудоемких регулировок. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп, содержащий осветитель, расположенные последовательно по ходу его ,лучей оптическую систему, вибратор. разделитель световых потоков, фотоприемники и отсчетный преобразователь с компенсатором и блок регистрации. Оптическая система состоит из светоделительной пластины, объектива, диафрагмы со щелью с приводом от вибратора. Разделитель световых потоков выполнен в виде объектива, в переднем фокусе которого размещена диафрагма, щелевой контур которой подобен штрйхо«iiM фигурам, выполненным на объекте, и светоделителя с зеркальной полоской, ; расположенной в заднем фокусе объектива . Недостатком такого микроскопа является сложность оптической системы и низкая точность измерения деформаций, обусловленная значительным ослаблением .световых потоков в оптическом тракте из-за наличия светоделительных элементов и диффузионного отражения света от шкалы со штрихом. Другим недостатком микроскопа является низкая стабильность, вызванная дрейфом 3 центра колебаний вибратора, который приводит к изменению амплитуды скани рования вибратора. Поэтому приборы подобного типа могут работать только в режиме нуль-индикатора, а отсчет показаний возможен только при наличии в них оптического компенсатора и сложной системы автоматического упра ления ИИ. Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем йто опти14еская система выполнена в /зиде последовательно расположенных по оду световых лучей диафрагмы, сканатора, объактива и располагаемого н контролируемом объекте выпуклого зер кала, оптический центр которого находится в плоскости изображения объектива, фотоприемники расположены крестообразно на диафрагме оптическсй/1 системы со стороны сканатора, ди фрагма оптической системы выполнена с точечным отверстием, а сканатор в виде оптического клина, установлен ного с возможностью вращения зокруг оси оптической системы. На фиг. 1 изображена оптическая схема фотоэлектрического микроскопа; на фиг. 2 - ход лучей в фотоэлектрическом микроскопе при отсутствии сме шения объекта; на фиг. 3 то же, пр наличии смещежя объекта; на фигс вид А-А на фиг.1; на фиг. 5 - блок регистрации. Микроскоп содержит осветитель 1, оптическую систему, включающую в себ )рагму 2 с точечным отверстием, сканатор 3, объектив и выпуклое зеркало 5 устанавливаемое на контро лируемом объекте 6, На диафрагме 2 со стороны, обращенной к объективу 4, расположены крестообразно четыре фотоприемника . Осветитель 1 установлен в неподвижном корпусе 11, сканатор 3 выполнен в виде оптического клина, устат новленного с возможностью вращения оси 0-0 оптической системы. Сканатор 3 установлен во вращающемся полом цилиндре 12. С корпусом 11 соединен тубус 13, S котором установлен объектив «.Блок регистрации на каждой из координат содержит усилители k, формирователи 15 импульсов, триггер 16, интегри рукйцую RC-цепочку 17 и регистрирующи прибор 1. 3 Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп работает следующим образом. Для пояснения работы рассмотрим ход лучей в микроскопе без учета влияния сканатора 3 - оптического клина. Лучи света, выходящие из точечного отверстия диафрагмы 2, образуют изображение световой марки в точке С, в которой находится оптический центр выпуклого (сферического) зеркала 5 Отраженные лучи возвращаются в точку А, образуя в ней действительное изображение (фиг. 1). Оптический клин отклоняет световые лучи, и изображение оказывается в точке В (с|)иг. 2), которое сканирует по окружности при вращении оптического клина-сканатора 3. Соетовое пятно В поочередно пересекает фотоприемники , в которых возникают импульсы (фиг. 2 и i), Сигналы с двух противоположно расположенных фотоприемников 8, 10 (7, 9) соответствуют одной из координат контролируемого объекта 6„ Ее определение производится с помощью блока регистрации (фиг. 5). В случае отсутствия смещения на контролируемом объекте 6 центр окружности сканирования совпадает с центром диафрагмы 2о Импульсы с фотоприемников 8, 10 следуют через одинаковые интервалы, и сигнал с триггера 16 имеет вид меандра с постоянной составляющей, равной нулю. При наличии смещения контролируемого объекта 6 оптический центр выпуклого зеркала 5 сдвинется, например вправо (фиг. 3) на расстояние X. Путем построения изображения по законам геометрической оптики и простых расчетов видно, что изсЛражение (а точнее центр сканирования) сместится влево на расстояние у 2х , где d AD, f s ОС. При этом импульсы с фотопрмемников 10, 8 следуют через различные интервалы и интегрирующая КС-цепочка 17 выделяет из сигнала триггера 16 постоянную составляющую, гфопорциональную смещению х. При этом величина К равна увеличению фотоэлектрического микроскопа. Оптический тракт данного микроскопа обладает высоким коэффициентом передачи из-за отсутствия светоделительных элементов и использования зеркального отражения от выпуклого зеркала, расположенного на контролируемом

обьекге, что позволяет применять в качестве фотоприемников фотодиоды. Применение вращающегося клина для сканирования практически исключает дрей нуля, ибо смещения оси вращения клина в первом приближении на влияют на ход лучей в приборе. Кроме того, вращающийся клин в качестве сканатора обеспечивает постоянство амплитуды сканирования, что дает возможность проводить отсчет показаний, т.е. измерение перемещений подвум координатам, а не только нуль-индикацию. При круговом сканировании смещение х пропорционально напряжению на выходе интегрирующей RC-цепочки и выражается следующим равенством

t -КГ V x x,sfn,

где Vj - амплитуда сигнала на выходе триггера 16; амплитуда сканирования.

Хо

- iifi W

При X « X Q

2 Vo

Использование в описываемом двухкоординатном фотоэлектрическом микроскопе оптической системы, выполненной в виде последовательно расположенных по ходу лучей диафрагмы с точечнь 4 отверстием, сканатора, выполненного в виде вращающегося оптического клина, объектива и выпуклого зеркала, оптический центр которого расположен в плоскости изображения объектива, и расположение фотоприемников крестообразно на диафрагме оптической системы со стороны сканатора выгодно отличает изобретение от уже известных, так как позволяет

осуществить измерение по двум координатам с более простой, а следовательно, и дешевой оптической системой. Предварительные испытания показали, что точность описываемого микроскопа превышает точность известных двухкоординатных фотоэлектрических микроскопов.

Формула изобретения

Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп, содержащий осветитель, оптическую систему, фотоприемники

и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения конструкции, оптическая система выполнена в виде последовательно расположенных по ходу световых лучей диафрагмы, сканатора, объектива и распо- лагаёмого на контролируемом объекте выпуклого зеркала, оптический центр которого находится в плоскости изображения объектива, фотоприемники

расположены крестообразно на диафрагме оптической системы со стороны сканатора, диафрагма оптической системы выполнена с точечным отверстием, а сканатор - в виде оптического клина, установленного с возможностью вращения вокруг оси оптической системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ti Авторское свидетельство СССР № 363859, кл. G 01 В 7/16, 1972.

ш.5