Устройство для определения положения фокальной плоскости объектива
Изобретение м.б. использовано в контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - автоматизация установки нуля. Процесс измерения величины расфокусировки объектива 3 всегда заканчивается опрокидыванием компаратора 24 из «1 в «О, а процесс установки нуля заканчивается перебрасыванием прямого выхода триггера 43 из «О в «1, что позволяет заканчивать процесс измерения расфокусировки объектива 3 и процесс установки нуля устр-ва перемещением тест-объекта 1 строго в одном и том же направлении и тем самым исключить погрешность измерения, обусловленную мертвыми ходами механизма 16 и двигателя 17. 2 з.п. ф-лы. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК g 4 G 01 М 11/00 ц
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1290123 (21) 4077376/24-10 (22) 13.07.86 (46) 15.03.88. Бюл. № 10 (72) П. А. Санников и В. Н. Буров (53) 535.818 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1290123, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОЛОЖЕНИЯ ФОКАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ОБЪЕКТИВА (57) Изобретение м.б. использовано в конт.рольно-измерительной технике. Цель изобре„„SU„„1381357 А 2 тения — автоматизация установки нуля.
Процесс измерения величины расфокусировки объектива 3 всегда заканчивается опрокидыванием компаратора 24 из «1» в «О», а процесс установки нуля заканчивается перебрасыванием прямого выхода триггера 43 из «О» в «1», что позволяет заканчивать процесс измерения расфокусировки объектива 3 и процесс установки нуля устр-ва перемещением тест-объекта 1 строго в одном и том же направлении и тем самым исключить погрешность измерения, обусловленную мертвыми ходами механизма 16 и двигателя 17. 2 з.п. ф-лы. 4 ил.
И (X
Cri
С
1381357
Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, может быть использовано в контрольно-измерительной тех нике для определения положения фокаль, ной плоскости объективов и является до. полнительным к авт. св. Ме 1290123.
Целью изобретения является автоматизация установки нуля устройства.
На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4— временные диаграммы выходных сигналов электронной схемы и перемещения тест— объекта при определении положения фокальной плоскости соответственно « †» и
«+» расфокусированного объектива.
Устройство для определения положения фокальной плоскости объектива содержит тест-объект 1, осветитель 2, испытываемый объектив 3, коллиматорный объектив 4, установленный под углом к его оси свето делитель 5, расположенные по обе стороны светоделителя 5 плоские зеркала 6 и 7, све-! топриемную площадку 8 первого фотопри емника, установленную на участке совпад, ка, установленную на участке совпаде. ния оптических осей фокусирующих элемен тов, содержащих объектив 4 и плоское зеркало 6 или плоское зеркало 7 посередине расстояния между их фокальными плоскостями 9 и 10. Между зеркалами 6 и 7 и светоделителем 5 установлен модулятор света, выполненный в виде непрозрачного полудиска 11, закрепленного на. валу электродвигателя 12. Поверхность 13 полудиска 11, обращенная к светоделителю 5, выполнена зеркальной, кроме непрозрачного сек торного участка 14 (фиг. 2) со свето поглощающим покрытием, перекрывающим своей поверхностью размеры проекции вдоль птической оси светового диаметра плосого зеркала 7. Тест-объект 1 и осветиель 2 собраны в виде отдельного узла 15, установленного с возможностью возвратнопоступательного перемещения вдоль оптичесКой оси устройства при помощи механиз1иа 16, кинематически связанного с исполНительным механизмом 17 в виде шагового двигателя. В одном из образованных светоделителем 5 каналов установлен второй фотоприемник 18. Выходы фотоприемников 8 и 18 подключены к входам блока 19 сравнения.
Устройство содержит также коммутатор
20, включенный между исполнительным механизмом 17 и блоком 19 сравнения, устройство 21 запрета входов коммутатора, реверсивный счетчик 22, выход которого подключен к входу цифрового индикатора 23, а счетные входы — к выходам блока 19 сравнения. Блок 19 сравнения содержит первый 24 и второй 25 компараторы, первый 26 и второй 27 усилители, первый 28 и второй 29 блоки выборки-хранения, первый 30 и второй
31 элементы И, элементы НЕ 32 и задержки 33. Усилители 26 и 27 подключены входами к выходу первого фотоприемника 8, выходами — к аналоговым входам соответственно первого 28 и второго 29 блоков выборки-хранения, выходы которых подключены к входам первого компаратора 24. Выход последнего подключен к первому входу первого элемента И 30 и через элемент НЕ 32 к первому входу второго элемента И 31. Выходы элементов И 30 и 31 являются выходами блока 19 сравнения.
Второй компаратор 25 подключен входом к выходу второго фотоприемника 18, а выходом — к вторым входам элементов И 30 и 31, к управляющему входу первого блока 28 выборки-хранения и через элемент ЗЗ задержки к управляющему входу второго блока 29 выборки-хранения. Устройство 21 запрета входов коммутатора содержит последовательно соединенные по одному входу первый триггер 34, третий элемент И 25 и второй
20 триггер 36, подключенный выходом к соединенным между собой управляющим входам реверсивного счетчика 22 и коммутатора 20.
При этом соединенные между собой сбрасывающие входы триггеров 34 и 36 являются запускающим при помощи кнопки 37 и элемента ИЛИ 38 входом устройства. Установочный вход первого триггера 34 и второй вход элемента И 35 подключены к входам коммутатора 20. Между входами коммутатора 20 и выходами блока 19 сравне>о ния включены первый 39 и второй 40 дополнительные элементы ИЛИ, выходы которых подключены к входам коммутатора 20, а первые входы к выходам соответственно первого 30 и второго 31 элементов И, подключенных также к входам реверсивЗ ного счетчика 22. К вторым входам первого 39 и второго 40 дополнительных элементов ИЛИ подключены выходы блока 41 установки тест-объекта в «О», содержащего датчик 42 положения тест-объекта, кинематически связанный с механизмом 16, первый
40 дополнительный триггер 43, первый 44 и второй 45 дополнительные трехвходовые элементы И и генератор 46 импульсов. Первый дополнительный триггер 43 подключен входами к выходам датчика 42 положения
4> тест-объекта, выходами — к первым входам первого 44 и второго 45 дополнительных элементов И, вторые входы которых подключены к выходу генератора 46, а выходы — к вторым входам соответственно первого 39 и второго 40 дополнительных
gO элементов ИЛИ. В качестве датчика 42 положения тест-объкта использован электромеханический преобразователь ППО по
ГОСТ 3839 — 81. Кроме того, устройство содержит кинематичесыки связанный с испытываемым объективом 3 переключатель 47, 55 второй дополнительный триггер 48, дополнительные третий 49, четвертый 50 и пятый 51 элементы И, первый 52, второй 53 и третий 54 формирователи импульсов. Тре1381357 тий 49 и четвертый 50 дополнительные элементы И подключены между блоком 19 сравнения и элементами ИЛИ 39 и 40 выходами к входам реверсивного счетчика и первым входам элементов ИЛИ 39 и 40, а первыми входами к выходам элементов И
30 и 31 блока 19 сравнения. Второй дополнительный триггер 48 подключен входами к контактам переключателя 47, прямым выходом — к третьим входам первого 44 и второго 45 дополнительных элементов И, к первому входу пятого дополнительного элемента И 51 и через пятый дополнительный формирователь 52 и элемент ИЛИ 38 к сбрасывающему входу второго триггера 36. Инверсный выход второго дополнительного триггера 48 подключен .к вторым входам третьего 49 и четвертого 50 дополнительных элементов И и через третий формирователь 54 и элемент ИЛИ 38 к сбрасывающему входу второго триггера 36.
Второй вход пятого дополнительного элемента И 51 через второй формирователь
53 подключен к выходу второго триггера 36, а выход — к сбрасывающему входу реверсивного счетчика 22.
Определение положения фокальной плоскости объектива 3 осуществляется следующим образом.
Световой сигнал, выходящий из испытуемого объектива 3 и содержащий изображение тест-объекта 1, освещенного осветителем 2, проходит коллиматорный объектив 4, разделяется светоделителем 5 на два пучка, модулируется в каждом пучке поочередным перекрыванием пучков вращающимся полудиском 11 и последовательно проецируется отражающими поверхностями
6 и 7 на первый фотоприемник 8, формируя изображения тест-объекта 1 поочередно в плоскостях 9 и IO. При этом одновременно модулированный световой сигнал направляется зеркальной поверхностью 13 полудиска 11 на второй фотоприемник 18, в выходной цепи которого на выходе компаратора 25 отрабатывается сигнал «Логическая «1» с момента полного открытия оптического канала, образованного зеркалом 6, до момента полного перекрытия этого канала (фиг. 2) непрозрачным полудиском 11.
В остальное время периода вращения модулятора 11 на выходе компаратора 25 отрабатывается сигнал «О». При поступлении сигнала «1» с компаратора 25 на управляющий вход первого блока 28 выборки-хранения в последнем записывается значение амплитуды А аналогового сигнала Ua (фиг. 3 и 4) в цепи первого фотоприемника 8 во время первого полупериода вращения модулятора, усиленное в усилителе
26, которое подается на первый вход компаратора 24. При этом на управляющий вход второго блока 29 выборки-хранения подается сдвинутый на полпериода по времени сигнал (импульс), формируемый элементом 33 задержки по заднему фронту импульса на выходе компаратора 25, т.е. на выход блока 29 подается усиленное в усилителе 27 значение амплитуды А-, ана5 логового сигнала Us во время второго полупериода вращения модулятора, которое подается на второй вход компаратора 24. На выходе компаратора 24 отрабатывается логический сигнал «1» (фиг. 4), если разность усиленных значений амплитуд Ау и А сигналов на втором и первом входах компаратора 24 больше его положительного напряжения срабатывания, и логический сигнал «О», если разность усиленных значений амплитуд меньше отрицательного на-! 5 пряжения срабатывания. При сигнале «1» на выходе компаратора 24 на выходе первого элемента И 30 появляется импульс (сигнал «1») каждый раз, когда с компаратора 25 на вход элемента 30 поступает сигнал «1». При сигнале «О» на выходе компаратора 24 на первый вход второго элемента И 31 от элемента НЕ 32 поступает сигнал «1» и на выходе второго элемента И 31 появляется импульс (сигнал «1») каждый раз, когда с компаратора 25
25 на второй вход элемента И 31 поступает сигнал «1». При вращении модулятора 1! на выходе компаратора 25 появляется сигнал в виде периодически повторяющихся импульсов, поэтому выходной сигнал блока 19 сравнения, т.е. сигнал !)зо или Upi на
З0 выходе соответственно элементов 30 и 31 также имеет вид периодически повторяющихся импульсов. При этом наличие импульсов Uqo на выходе элемента 30 означает наличие «+» расфокусировки испытуемого объектива 3 (фиг. 4), а наличие импуль3> сов Uqi на выходе элемента 31 — наличие
« — » расфокусировки объектива 3 (фиг. 3).
Сигналы U3o или U3(поступают на первые входы третьего 49 и четвертого 50 дополнительных элементов И, на вторые вхо4< ды которых подается разрешающий сигнал
U4q - «1» с инверсного выхода второго дополнительного триггера 48, и через элементы 49 и 39 или 50 и 40 поступают на входы коммутатора 20, который подает на вход шагового двигателя 17 импульсы « — » расфоку45 сировки Uzo (фиг. 4) или импульсы «+» расфокусировки Uzo (фиг. 3). Шаговый двигатель вращается в одну или другую сторону, компенсируя выявленную расфокусировку объектива 3 осевым перемещением узла 15 до получения в цепи фотоприем 50 ника 8 равных по величине амплитуд
А и А аналогового сигнала Us. Одновременно сигнал !)щ или Uzi поступают на счетные входы реверсивного счетчика 22 импульсов, а подсчитанное значение количества импульсов отображается на цифровом индикаторе 23. Кроме того, сигналы Uqo u
Uz поступают на информационные входы уст ройства 21 запрета входов коммутатора. На выходе устройства 21 (на выходе триггера
1381357
36) при определенной последовательности поступления на его входы сигналов Uqo u, U3I отрабатывается сигнал V3$ («1»), запрещающий входы коммутатора 20 и счетчика 22 и означающий полную компенсацию
: измеряемой расфокусировки объектива 3, т.е. означающий конец процесса измерения.
Значение измеренной расфокусировки считывают с цифрового индикатора 23 и испы, туемый объектив 3 убирают из устройства. . При этом переключатель 47 переключает контакты с инверсного выхода триггера 48, на вторые входы элементов И 49 и 50 поступает запрещающий сигнал «О», с прямого выхода триггера 48 поступает разрешающий сигнал «1» на первый вход пятого дополнительного элемента И 51 и третьи входы первого 44 и второго 45 дополнительных элементов И. Кроме того, по переднему фронту сигнала U4g„pc прямого выхода триггера 48 при помощи формирователя 52 на триггеры 34 и 36 подается сбрасывающий импульс. Триггер 36 опрокидывается в «О» по заднему фронту сигнала Uap, формирователем 53 подается импульс на второй вход пятого дополнительного элемента И 51, выходной импульс которого срабатывает в «О» реверсивный счетчик 22. При этом в зависимости от того, на какой вход первого дополнительного триггера 43 поступает сигнал от преобразователя 42, на коммутатор 20 и устройство 21 через элементы 39 и 40 по, ступают импульсы U44 или U4s, формируе мые генератором 46. При поступлении на коммутатор 20 сигнала U44 он подает на вход шагового двигателя 17 импульсы Uzo, а при
1 поступлении сигнала U4s — импульсы (фиг. 3 и 4). Шаговый двигатель 17 вращается в одну или другую сторону, перемещая узел 15 до установки тест-объекта 1 в нулевое положение. На выходе устройства 21 (на выходе триггера 36) при определенной последовательности поступления на его входы сигналов U44 и !4ь отрабатывается сигнал U3$ («1.»), запрещающий входы коммутатора 20 и означающий совпадение тест-объекта с нулевым положением, т.е. означающий конец процесса установки
«О» устройства. После этого устройство готово к измерению расфокусировки следующего объектива, для чего его устанавливают в устройство, переключатель 47 переключает контакты сигналом U s «p («О») запираются элементы И 44 и 45, а сигналом
U4g открываются элементы И 49 И. 50 и при помощи формирователя 54 сбрасываются триггеры 34 и 36, те. сигнал U3p опро ° кидывается в «О» и начинается описанный процесс измерения расфокусировки испытуемого объектива. Работа элементов устройства при определении « — » и «+» расфокусировки объектива 3 и последующей автоматической установки «О» устройства несколько отличается. При определении « — » расфокусировки (фиг. 3) в начальный момент
5 !
О
55 времени t (момент установки объектива 3 в устройство и переключение переключателя 47) А ) А . поэтому сигнал !44 соответствует «О». На коммутатор 20, устройство 21 и счетчик 22 поступает сигнал Upi, а на шаговый двигатель 17 поступают импульсы Ugp. Шаговый двигатель 17 перемещает узел 15, компенсируя « — » расфокусировку объектива 3, разность амплитуд А и А аналогового сигнала 14 уменьшается, затем меняет знак, т.е. становится Ау ) А, и в момент времени Ti разность сигналов Л! 1на входах компаратора 24 достигает значения напряжения срабатывания AUp (из
«0» в «1«), т.е. Л11- = Ki Ат — КЛ = AUo-i и компаратор 24 перебрасывается в «1» (Ki и К вЂ” коэффициенты усиления соответственно усилителей 27 и 26). В результате этого на коммутатор 20, устройство 21 и счетчик 22 поступают импульсы Upo, а на шаговый двигатель — импульсы Uzo. Двигатель !7 начинает вращаться в обратную сторону (см. нижнюю диаграмму на фиг. 3), а счетчик 22 переключается с режима сложения импульсов на режим вычитания. Перемещение узла 15 в обратном направлении (вращение в обратном направлении вала двигателя 17) вызывает выравнение амплитуд А и А, и в момент времени при А =А разность сигналов на входах
Л!1- компаратора 24 уменьшается до значения AUi p, опрокидывающего компаратор в «О». В момент опрокидывания компаратора 24 из «1» в «О» на выходе элемента И 31 появляется импульс «1», который передним фронтом опрокидывает триггер 36 в «1», входы коммутатора 20 и счетчика 22 запрещаются, шаговый двигатель 17 останавливается, т.е. в момент времени процесс измерения заканчивается и на цифровом индикаторе 23 считывается измеренная величина расфокусировки объектива 3.
Перевод-триггера 36 в «1» в момент появления импульса 1э объясняется тем, что до этого импульс Uzo перевел триггер 34 в состояние «1», которая с этого момента постоянно подавалась на первый вход элемента И 35. Поэтому в момент появления импульса Upi на втором входе элемента И 35 триггер 36 опрокидывается в «!». После этого в момент времени tq испытываемый объектив 3 убирают из устройства, срабатывает переключатель 47, сигнал
U4p запирает элементы И 49 и 50, сигнал !4в сбрасывает в «О» триггер 36 и счетчик 22 и разрешает прохождение импульсов от генератора 46 через элементы И 44 и 45. При этом преобразователь 42 подает сигнал на сбрасывающий вход триггера 43, сигнал U ° на инверсном выходе которого разрешает прохождение импульсов через элемент И 44, а сигнал U43-р на прямом выходе запирает элемент И 45. На коммутатор 20 и устройство 21 поступает сигнал
U, с выхода элемента И 44, на шаговый дви1381357 гатель поступают импульсы Uzp. Узел 15 перемещается, затем в момент времени t4 в преобразователе 42 замыкается второй контакт и подается сигнал на другой (установочный) вход триггера 43, выходной сигнал
1-!43 ð которого разрешает прохождение импульсов от генератора 46 через элемент И 45.
Сигнал U На вход элемента И 35 поступает сигнал U4s, триггер 36 перебрасывается в «1», шаговый двигатель 17 останавливается, т.е. заканчивается процесс автоматической установки «О» устройства и с момента времени т ) t4 можно измерять расфокусировку следующего испытуемого объектива, для чего необходимо установить его на устройство. При этом срабатывает переключатель 47 и начинается описанный процесс автоматического измерения. При определении положения фокальной плоскости «+» расфокусированного объектива 3 в начальный момент времени (момент установки объектива 3 в устройство и срабатывания переключателя 47) Ат ) ) А6 (фиг. 4), поэтому сигнал 44 соответствует «1», на коммутатор 20, устройство 21 и счетчик 22 поступает сигнал Uzp, а на шаговый двигатель 17 поступают импульсы U2p. Шаговый двигатель 17 при помощи механизма 16 перемещает узел 15, компенсируя «+» расфокусировку объектива 3. Разность значений амплитуд Ат и А6 уменьшается и в момент времени tz становится равной нулю, компаратор 24 опрокидывается в «О», устройство 21 (триггер 36) перебрасывается в «1», шаговый двигатель останавливается, счет импульсов прекращается, т.е. процесс измерения заканчивается и на цифровом индикаторе 23 считывается измеренная величина расфокусировки объектива 3. После этого в момент времени t3 испытываемый объектив 3 убирают из устройства, срабатывает переключатель 47, сигнал 1!48" запирает элементы И 49 и 50 (т.е. запирает выходы блока 19 сравнения), сигнал U4g пр сбрасывает в «О» триггер 36 и счетчик 22 и разрешает прохождение импульсов от генератора 46 через элементы И 44 и 45. При этом преобразователь 42 подает сигнал на установочный вход триггера 43, сигнал U4z.р на прямом выходе которого разрешает прохождение импульсов через элемент И 45, а сигнал !)43ин на инверсном выходе запирает элемент И 44. На коммутатор 20 и устройство 21 (элемент И 35) поступает сигнал U4s, на шаговый двигатель поступают импульсы 42о, узел 15 перемещается вместе с кинематически с ним связанным подвижным контактом преобразователя 42.
