Устройство для определения положения фокальной плоскости объектива

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 М 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1080053 (21) 3779005/24-10 (22) 02.08.84 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (72) П. А. Санников (53) 535.818 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1080053, кл. G 01 М 11/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЯ ФОКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ОБЪЕКТИВА ((57) Изобретение может быть использовано в контрольно-измерительной технике и позволяет расширить диапазон измерений.

Для этого в один из двух образованных светоделителем 4 каналов введены электро„„SU„„1224643 Д магнитное реле 22 и фотоэлектрический преобразователь 14 угол сходимости светового пучка — электрический сигнал, выполненный в виде последовательно установленных внеосевой диафрагмы 15 и позиционно-чувствительного фотоприемника в виде линейки 17. Она содержит не менее двух светочувствительных элементов, которые могут быть выполнены в виде четырехквадрантного фотоприемника. Фотоэлектрический преобразователь формирует из части светового сигнала, прошедшей внеосевую диафрагму 15, цилиндрической линзой 16 в плоскости линейки 17 фотоприемников вытянутое изображение тест-объекта 1 в виде полосы, перпендикулярной направлению размегцения линейки. 4 з.п, ф-лы, 5 ил.

1? 24643

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной технике для определения положения фокальной плоскости об ьективов и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 1080053.

Целb изобретения — - расширение диапазона измерении.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства при выполнении фокусирующего элемента в виде плоских зеркал с дополнительным обьективом; на фиг. 2 то же, при выполнении фокусируюшего

1О элемента в виде сферических зеркал; на фиг. 3 трехэлементная линейка фотоприемников, образованная из трех фотоприемников и диафрагмы в форме тавра; на фиг. 4— то же, при ее образовании из четырехэлементного фотоприемника квадранта и диафрагмы в форме креста; на фиг. 5 диаграммы изменения освещенности Е, разности освещенностей ЛЕ в соседних полупериодах на светоприемной площадке фотоприемника электрических сигналов измерительного Ugg, командного()< и управляющего U в зависимости от расфокусировки Л объектива.

Устройство для определения положения фокальной плоскости об ьектива содержит тест-объект 1, освещаемый источником света 2, испытуемый об.ьектив 3, установленный под углом к его оси светоделитель 4, расположенные по обе стороны светоделитсля 4 отражающие поверхности 5 и 6, выполненные в виде плоских зеркал (фиг. 1) или в виде сферических зеркал (фиг. 2). В случае выполнения отражающих поверхностен 5 и 6 в виде плоских зеркал между испытуемым обьективом 3 и светоделителем 4 установлен коллиматорный объектив 7. Светоприемпая площадка 8 фотоприемника установлена на участке совпадения оптических осей фокусирующих элементов, содержащих отражающие поверхности 5 и 6 посередине расстояния между их фокальными 4О плоскостями 9 и 10. Между отражающими поверхностями 5 и 6 и светоделителем 4 установлен модулятор света, выполненный в виде непрозрачного полудиска 11, закрепленного на валу синхронного электродвигателя !2. Поверхность 13 полудиска ll, обращенная к снетоделителю 4, выполнена зеркальной. В одном из каналов чстановлен фотоэлектрический преобразователь 14, включающий внеосевую диафрагму 15, цилиндрическую положительную линзу 16 и трехэлементную линейку фотоприемников 17. Выходы краиних светочувствительных элементов линейки 17 через усилители 18 и 19 соответственно соединены с двумя входами переключателя полярности 20, выполненного на основе мостовой схемы. Выход среднего элемента линейки 17 через усилитель 21 соединен с обмоткой электромагнитного реле 22. Выход переключателя полярности 20 через нормально замкнутый контакт 23 электромагнитного реле 22 соединен с управляющим входом исполнительного механизма

24, кинематически связанного с механизмом

25 пер емегцени я колл им атор ного объектива

7 (фиг. 1) или испытуемого обьектива 3 (фиг. 2). Механизм 25 кинемати чески связан с датчиком перемещения 26, выход которого соединен с входом индикаторного устройства 27, например цифрового вольтметра. Выход фотоприемника 8 через усилитель 28 соединен с входом фазового детектора 29, другой вход которого соединен с двигателем 12 (не показано). Выход детектора 29 через нормально разомкнутый контакт 30 электромагнитного реле 22 соединен с управляющим входом исполнительного механизма 24. Трехэлементная линейка фотоприемника 17 выполнена в виде трех сгруппированных треугольником фотодиодов 31, 32, 33 и установленной перед ними диафрагмы 34 в форме тавра (фиг. 3) или в виде четырехэлементного фотоприемника 35 типа квадранта и установленной перед ним диафрагмы 36 в форме креста, развернутого относительно линий 37 раздела светочувствительных элементов квадранта 35.

В качестве светоприемной площадки 8 фотоприемника могут быть использованы как непосредственно светочувствительный слой фотодиода, фоторезистора или фототранзистора, так и can oïðèåìíàÿ диафрагма, установленная перед фотоприемником или оптически с ним сопряженная.

Определение положения фокальной плоскости об.ьектива 3 осугцествляется следующим образом.

Световой поток, выходящий из испытуемого об ьектива 3 и содержащий изображение тест-объекта 1, освещенного источником света 2, разделяется светоделителем

4 на два пучка. Эти пучки поочередно перекрываются вращающимся полудиском

11, модулирующим световой сигнал в каждом пучке. Испытуемый объектив 3 и отражающие поверхности 5 и 6 последовательно проецируют изображение тест-объекта 1 в плоскости 9 и 10. Гlри этом одновременно модулированный световой сигнал, содержащий изображение тест-объекта 1, направляется зеркальной поверхностью 13 полудиска

11 на фотоэлектрический преобразователь !

4, где из части светового сигнала, про цедшей внеосевую диафрагму 15, цилиндрической линзои 16 в плоскости трехэлементной линейки !7 фотоприемников 17 формируется вытянутое изображение тест-об.ьекта

1 в виде полосы 38 (фиг. 3 и 4), перпендикулярной направлению размещения элементов трехэлементной линейки 17. При малых по величине расфокусировках объектива 3 в фотоэлектрическом преобразователе 14 освегцец ая полоса 38 формируется на среднем элементе (фиг. 2 и 4) линейки 17 фотоприем1 224643 ников, вызывая в его выходной цепи электрический сигнал, который после усиления в усилителе 21 запитывает обмотку электромагнитного реле 22. Реле срабатывает и, замыкая контакт 30, соединяет управляющий вход исполнительного механизма 24 с выходом фазового детектора 29, переключая тем самым управление исполнительным механизмом 24 на управление от электрического сигнала основного фотоприемника 8.

В цепи фотоприемника 8 в это же время 10 образуется пульсирующий по амплитуде электрический сигнал, соответствующий разности освещенностей в плоскости его светочувствительного слоя, создаваемых световыми пучками, идущими от отражающих поверхностей 5 и 6. Этот электрический сигнал после усиления, преобразования и определения полярности при помощи фазового детектора 29 и сигнала от синхронного двигателя 12 подается на исполнительный механизм 24, который при помощи механизма перемещения 25 осуществляет точную компенсацию выявленной расфокусировки, т. е. осуществляет осевое перемещение объектива 7 (фиг. 1) или объектива 3 (фиг. 2) до достижения равенства освещенностей светочувствительного слоя фотоприемника 8 при его поочередном освещении пучками, идущими от отражающих поверхностей 5 и 6. При этом при помощи датчика перемещения 26 на индикаторном устройстве 27, оцифрованном в величинах измеряемой расфокусировки, регистрируется величина и знак расфокусировки испытуемого объектива

3, т. е. фактические расстояние с учетом направления от его фокальной плоскости до тест-объекта 1 в устройстве, изображенном на фиг. 1, или величина и знак несовпадения тест-объекта 1 с фокальной плоскостью объектива 3 до начала измерения в устройстве, изображенном на фиг. 2. При больших расфокусировках объектива 3 в фотоэлектрическом преобразователе 14 освещенная полоса 38 формируется на одном из крайних 40 элементов (фиг. 1 и 3) трехэлементной линейки 17 фотоприемников, в зависимости от знака расфокусировки, создавая в выходной цепи этого элемента электрический сигнал, который после усиления и определения полярности при помощи переключателя полярности 20 подается через нормально замкнутый контакт 23 на испол нител ьный механизм 24, осуществляющий при помощи механизма перемещения 25 грубую компенсацию расфокусировки объектива 3, т. е. осевое перемещение объектива 7 (фиг. 1) или объектива 3 (фиг. 2). При этом положение освещенной полосы 38 на линейке фотоприемника 17 смещается в сторону среднего элемента. Процесс перемещения освещенной полосы 38 по линейке 17 фотоприемников в фотоэлектрическом преобразователе 14 при осевом перемещении объектива 7 фиг. 1) или объектива 3 (фиг. 2) объясняется происходящим при этом изменением угла сходимости пучков света, выходящих из этих объективов, и, как следствие, изменением угла падения на цилиндрическую линзу 16 узкого краевого пучка света, прошедшего через внеосевую диафрагму 15.

В момент освегцения полосой 38 среднего элемента линейки 17 грубая компенсация расфокусировки заканчивается, так как в выходной цепи среднего элемента линейки !7 возникает электрический сигнал, вызывающий срабатывание электромагнитного реле 22. В этот момент происходит замыкание контакта 30 и переключение управляющего входа исполнительного механизма

24 на выход фазового детектора 29 и начинается вышеописанный процесс точной компенсации расфокусировки объектива 3. Г1осле окончания процесса точной компенсации расфокусировки с индикаторного устройства

27 считывают величину и знак измерения расфокусировки объектива 3.

Процесс формирования и изменения управляющего сигнала U p на входе исполнительного механизма 24 при изменении расфокусировки Л ооъектива 3 поясняется диаграммами на фиг. 5. На диаграмме изменения освещенности Е светочувствительного слоя фотоприемника 8 от расфокусировки Л кривая Е описывает изменение освещенности, создаваемой пучком света, идущим от отражающей поверхности 5, а кривая Š— пучком света, идущим от отражающей поверхности 6. Расфокусировка объектива +Л„,, при которой значения Ei и Е. максимальны, соответствует в пространстве изооражений тест-объекта расстоянию от светоприемной площадки 8 фотоприемника до фокальной плоскости 9 или 10.

Соответствующим подбором указанных расстояний добиваются, чтобы кривые Е и

Е при расфокусировке Л=О пересекались на участке наибольшей крутизны кривых, что обеспечивает максимальную крутизну кривой ЛЕ, описывающей изменение разности освещенностей (Š— E ) светочувствительного .слоя 8, при переходе через Л=О (фиг. 5), и, соответственно, наибольшую точность регистрации нулевой расфокусировки. Форма кривой измерительного электрического сигнала U на выходе фазового детектора 29 совпадает с формой кривой изменения ЛЕ. Как видно из диаграммы, при определенной величине расфокусировки, обозначенной > А, на фотоприемнике 8 регистрируется только фоновая засветка Е „„, т. е. разность освещенностей E и Ei, а также сигнал U на выходе фазового детектора

29 равны нулю. Соответствующим подбором ширины среднего элемента линейки фотоприемника 17 добиваются, чтобы на выходе переключателя полярности 20 командный сигнал Up не равнялся нулю при расфокусировках объектива 3 больших, чем Л и

1224643 меньших чем — Лю (фиг. 5), тогда изменение управляюшего сигнала Vy p во входной цепи исполнительного механизма 24 описывается кривой, изображенной на фиг. 5 нижней диаграммой.

Формула изобретения

1. Устройство для определения положения фокальной плоскости объектива по авт. св. № 1080053, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, в один из двух образованных светоделителем каналов введены электромагнитное реле и фотоэлектрический преобразователь угол сходимости светового пучка — электрический сигнал, выполненный в виде последовательно установленных внеосевой диафрагмы и позиционно-чувствительного фотоприемника в виде линейки, содержащей не менее двух светочувствительных элементов, причем один выход преобразователя соединен с управляюшим входом реле, а другой через нормально замкнутый контакт реле— с входом исполнительного механизма.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов, фотоэлектрический преобразователь содержит цилиндрическую линзу, установленную на оптической оси.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что линейка фотоприемников выполнена из трех светочувствительных элементов, установленных треугольником с расположенной перед ними диафрагмой, имеющей форму тавра.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светочувствительные элементы выполнены в виде четырехквадрантного фотоприемника, а диафрагма имеет форму тавра или креста.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светочувствительные элементы выполнены в виде трех расположенных в лищ нию фотоприемников, длина среднего из которых меньше длины крайних.

1224643

Редактор М. Товтин

Заказ 1914/40

Составитель В. Карягин

Текред И. Верес Корректор А. Зимокосов

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4