Устройство для контроля качества оптической системы

 

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ. КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, содержащее расположенный перед оптической системой точечный источник света , фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку с блока передающей трубки и блоком кадровой развертки, и электронную систему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные пороговьш ус11литель, дифференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой регистратор, отличающеес я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности контроля п условиях вибрации, в него введены установленный в плоскости точечного источника обтюратор с устройством изменения угла раскрытия и электроприводом, блок синхронизации и электронно.е запоминание а устройство , при этом электропривод обтюратора подключен через блок синхронизации к выходу блока кадровой развертки телевизионной установки, выход которой связан с входом электронного запоминающего устройства, к выходу которого подключена электронная схема обработки сигнала. 2. Устройство по п. , о т л и ч а 50 щ е е с я тем, что, с целью повьпиения точности контроля волно-.. .вых аббераций системы в условиях вибраций, в устройство введены расположенный между точечным источником и оптической системой светоделитель и установленный перед блоком передаюS щей трубки объектив, оптически сос прягающий зрачок контролируемой сисtiasA темы с мишенью трубки, при этом в одном из двух каналов, образуемых светоделителем, за контролируемой системой установлено автоксллимацион00 ное зеркало, а в другом - откидная заслонка и эталонное сферическое зеркало, а в электронную систему обработки сигнала введен изме-рения координат, вход которого соединен с дифференцирующим блоком, а выход - с цифровым регистратором.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(5D G 0I И ll 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ И ОТКРЫТИЙ (21) 2972 129/18-10 (22) 31.07.80 (46) 23.04.84. Бюл. 1I- 15 (72) H,È. Болдырев, В.К. Кирилловский, IO,.Н. Крестовский, П.В. Орлов и О..М. Сазонов (53) 535.818(088.8) (56) 1. Оптико-механическая промышленность, 1973, И- 9, с. 50.

2. Авторское свидетельство СССР

В 779838, кл. С 01 И ll/02, 1978 (прототип), (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕИЫ, содержащее расположенный перед онтической системой точечный источник света, фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку с блока передающей трубки и блоком кадровой развертки, и электронную систему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные пороговый усилитель, дифференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой регистратор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности контроля в условиях вибрации, в него введены установленный в плоскости точечного источника обтюратор с устройством изменения угла раскрытия и электроприводом, блок синхронизации и электронное запоминающее устройство, при этом электропривод обтюратора подключен через блок син" хронизации к выходу блока кадровой развертки телевизионной установки, выход которой связан с входом элект" ронного запоминающего устройства, к выходу которого подключена электронная схема обработки сигнала.

2, Устройство по п. I о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля волно-,. вых аббераций системы в условиях вибраций, в устройство введены расположенный между точечным источником и оптической системой светоделитель и установленный перед блоком передающей трубки объектив, оптически сопрягающий зрачок контролируемой системы с мишенью трубки, при этом в одном из двух каналов, образуемых светоделителем, за контролируемой системой установлено автоколлимацион" ное зеркало, а в другом — откидная заслонка и эталонное сферическое зеркало, а в электронную систему обработки сигнала введен бпок измерения координат, вход которого соединен с дифференцирующим блоком, а выход — с цифровым регистратором.

1087800

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля оптических систем в условиях производства.

Известно устройство для интерфе- 5 ренционного контроля качества оптической поверхности вогнутого зеркала, содержащее точечный источник света, расположенный в центре его кривизны, и светоделительиый кубик. В отклоненном пучке установлено сферическое зеркало, а во второй ветви эа автоколлимационной точкой помещают глаз для наблюдения ингерференционной картины 513. 1S

Недостатками данного устройства являются субъективность и высокая трудоемкость контроля, сложность и низкая точность расшифровки иитерферограмьы, невозможность контроля 20 при вибрации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство дпя контроля качества иэображения оптической системы, содержа- 25

1 щее расположенный перед оптической системой точечный источник света, фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку. с блоком передающей трубки и блоком кадровой развертки и электронную систему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные пороговый усилитель, дифференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой регистратор 1. 23.

Недостатком известного устройства в условиях цеховых вибраций является 40 невозможность измерения фотометрических сечений при нестабильности положения изображения точки на мишени передающей телевизонной трубки.

Целью Изобретения является повы- 45 шение чувствительности и надежности контроля в условиях вибраций, которые практически неизбежны в деховых условиях, и повышение точности контроля волновых аббераций системы в 50 условиях вибрации.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для контроля качества оптической системы, содержащее расположенный перед оптической 55 системой точечный источник света, фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпенди-. кулярно оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку с блоком передающей трубки и блоком кадровой развертки, и электронную систему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные пороговый усилитель, дифференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой регистратор, введены установленный в плоскости точечного источника обтюратор с устройством изменения угла раскрытия и электроприводом, блок синхронизации и электронное запоминающее устройство, при этом электропривод обтюратора подключен через блок синхронизации к выходу блока кадровой развертки телевизионной установки, выход которой связан с входом электронного запоминающего устройства, к выходу которого подключена электронная схема обработки сигнала.

Кроме того, при контроле волновых абберацнй системы, в устройство введены расположенный между точеч- . ным источником и оптической системой светоделитель и установленный перед блоком передающей .трубки объектив, оптически сопрягающий зрачок контролируемой системы с мишенью трубки, при этом в одном из двух каналов, образуемых светоделителем, за контролируемой системой установлено автоколлимационное зеркало, а в другом — откидная заслонка и эталонное сферическое зеркало, а в электронную систему обработки сигнала введен блок измерения координат, вход которого соединен с дифференцирующим блоком, а выход — с цифровым регистратором.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства в варианте контроля качества изображения оптической системы в проходящем свете в условиях вибраций; на фиг. 2 принципиальная схема устройства в варианте интерференционного контроля аберраций системы или качества оптической поверхности в режиме автоколлимации в условиях вибраций.

Устройство содержит точечный источник I света, обтюратор 2 с электроприводом 3 и устройством 4 измерения углов раскрытия, фотометрический клин 5 с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной опти087800 4

ЗО

В электронную систему 16 обра" ботки сигнала введен блок 22 измерения координат контуров, связанный с цифровым регистратором 15. Точечный источник создается, например, путем фокусирования объективом лазерного пучка непрерывного лазера.

При наличии вибраций в схеме контроля пятно рассеяния на мишени теле- 40 виэионной трубки смещается и смазывается, вызывая погрешности.

Обтюратор 2 вращается с частотой, равной (или кратной) частоте кадровой развертки телевизионной установки, обеспечивая кратковременное открытие точечного источника света.

При этом за время открытия обтвратора изображение на мишени остается практически неподвижным.

Устройство работает следующим образом.

Точечный источник света 1 1,фиг, 11 изображается исследуемой системой 6 на мишени передающей телевизионной .трубки 8 в виде пятна рассеяния.

В исходном состоянии фотометрический клин 5 полностью введен н

3 1 ческой оси. Указанные элементы схемы расположены перед исследуемой оптической системой 6, а за нею установлена телевизионная установка 7 с блоком передающей трубки 8 и блоком кадровой развертки 9, к которому через блок синхронизатора 10 под" ключен электропривод 3 обтюратора.

К выходу блока передающей трубки последовательно подключены электронное эапоминакщее устройство, например видеомагнитофон l 1, пороговый усилитель 12, диффереицнрумщий блок

13, блок 14 измерения площади и цифровой регистратор 15, составляющие электронную систему 16 обработки сигнала.

При контроле аббераций оптичшекщж систем и качества оптических поверхностей используется варнамт yew ройства, схема которого показайе ав фиг. 2. В схему введен светоделн тель 17, за которым в одной ветви. расположена контролируемая система 6 и за нею — автоколлимационное зеркало 18, а во второй ветви эталонное сферическое зеркало 19 с откидной заслонкой 20. В ветви наблюдения установлен блок передающей трубки с расположенным перед трубкой объективом 21.

t0 !

26

25 чувствительность телевизионной установки 7 отрегулирована таким обра" зом, что исходный световой поток в схеме контроля вызывает формирование изображения линии равного уровня освещенности (изофоты) в пятне рассеивания,соответствующий максимуму относительной освещенности.

Контурная линия формируется с помощью порогового усилителя !2 и дифференциирующего блока 13, после чего иэображение подается на блок

14 измерения площади, отсчеты кото" рого индицируются цифровым.регистратором 15 площадей. При перемещечин фотометрнческого клина выделяется последовательно ряд иэофот, ха--. рактериэующих распределение освещенности в пятне рассеяния. Далее измерительные данные могут быть выведены на ЭВИ для математической обработки. Дополнительную информацию о характере изображения и ощибках системы дает качественная оценка формы изображения точки на экране видеоконтрольного устройства, которое может быть включено на выходе телевизионной установки.

При контроле аберраций оптической системы и качества оптических поверхностей устройство (фиг. 2) работает следующим обарзом. Точечный источник 16 света дает расходящийся пучок лучей, который проходит обтюратор 2 и фотометрический клин

5 и разделяется светоделительным кубиком 17 на две ветви, в одной из которых установлена исследуемая оп.— тическая система 6 и расположенное за ней автоколлимационное зеркало

18. Форма автоколлимационного зеркала зависит от характеристик иссле" дуемой системы. При контроле объектива, рассчитанного на работу из бесконечности, используется плоское зеркало, Объектив, работающий с конечного расстояния, используется со сферическим зеркалом, центр кривизны которого совмещен с передней точкой схождения лучей исследуемого объектива. Может быть использовано и плоское зеркало, установленное в плоскости изображения точечного источника, как показано на фиг. 2, если абберации исследуемого объектива асимметричны. Отраженйнй в автоколлимации пучок проходит вторично светоделительный кубик и фокусиру1087800 ется в точку, расположенную в зрачке объективе 21, который изображает зрачок исследуемой системы 6 на мишень передающей трубки 8. Во второй ветви sa кубиком пучок от источни- . 5 ка 1 отражается от эталонного сферического зеркала 19. На светоделительной. грани кубика пучки склады" ваются и интерферируются. Интерференционная картина формируется иа ми; 30 шени трубки 8 и преобразуется в ви" деосигнал, который через тракт видеомагнитофона ll попадает на пороговый усилитель.

При вибрации в схеме контроля на- И блюдается быстрое перемещение иитерференционных полос, что снижает точность контроля, à нередко контроль становится невозможным, так как полосы неразличимы из-за смывания. 20

Для устранения влияния вибрации cny" жнт обтюратор 2, привод 3 которого через блок 10 синхронизации связан с блоком кадровой развертки 9. Благодаря короткому времени экспози- 25 ции на мишени трубки 8 регистрируется .четкое интерференционное изоб ражение. Ширина щели обтюратора, необходимая для получения четкого изображения, устанавливается уст- ЗО ройством 4 изменения угла раскрытия.

Последовательность кадров неподвижных изображений интерферограммы записывается на видеомагнитофон ll в процессе контроля. В момент остановки видеомагнитофона на нем воспроизводится кадр видеозаписи изображения неподвижной части интерференционной картины, Плавные градации интерференционных полос трансформируют- 4р ся пороговым усилителем 12 и дифференцирующим блоком 13, в результате каждая полоса изображается парой четких контуров — изофотами интерференционной полосы, Перемещением клина 5 добиваются выделения изофоты требуемого уровня для получения четкого изображения, что резко повышает точность считывания координат полос.

Автоматическое считывание координат производится блоком 22. Данные инди.цируются цифровым регистратором 15 н могут быть введены для обработки в ЭВМ.

В этой же схеме может быть использована структура автоколлнмационного изображения точки при оценке качества изображения, для чего эталонное зеркало закрывают откидной заслонкой

20 и удаляют из схемы объектив 21.

Измеренные координаты изофот пятна рассеяния служат для определения критериев качества изображения, час" тотно"контрастной характеристики, разрешения, концентрации энергии и т.д.

Технико-экономическое преимущество изобретения-перед известным аналогичным решениям состоит в повышении чувствительности контроля в условиях вибраций, неизбежных в условиях производства, так как вибрации, вызывакнцие перемещение изображения в процессе контроля, вызывают повышение погрешностей контроля или делают его вообще невозможным при использовании известных решений.

Устранение влияния вибрации и получение неподвижных изображении позволяет вести контроль в процессе производства с высокой точностью и надежностью., Устраняется необходимость громоздких и дорогостоящих антнвибрационных приспособлений и платформ.!

087800

)087800

ВНИИПИ Заказ 2645/Зб Твраа 823 Подписное

Филивл ППП "Пвтвмт", г.Уагород, ув.Проектная, 4