Устройство для измерения рабочего отрезка объективов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 1 5 . 03, 83 . Б 1 оллетень1 0Дата опубликования описания 1 5 .03 . 83 ва делам лзфбретелик к етхрытий(511) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГООТРЕЗКА ОБЪЕКТИВОВ 10 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для технического измерения и аттестационного контроля величины отрезка объективов в условиях серийного и массового производства, в частности при контроле и юстировке объективов, установленных в съемочные камеры.Известно устройство, содержащее источник света, оптическую систему, механизм перемегечия элемента оптической системы Г 1 1. Недостатком устройства является субъективность контроля и малая производительность,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее источник света, го тест-объект, оптическую систему переноса изображения тест-объекта в плоскость анализа, механизм перемещения, связанный с объективом, микрообьектив с приводом, диск анализаторас растром в виде расположенных нанесовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормирующая,фотоприемник, два канала обработкисигнала, каждый из которых состоит изузкополосного фильтра, детектора ифильтра нижних частот, причем узкополосный фильтр, имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нормирующей штриховой решетки растра,подключен к первому каналу, фазовуюсхему управления механизмом перемещения объектива, генератор опорногонапряжения, связанный с приводоммикрообъектива и первым входом фазовой схемы, два ключа, компаратор иисточник опорного напряжения, выходыФильтра нижних частот соединены синформационными входами ключей, управляющие входы которых подключенык выходу компаратора, а выходы соединены со вторым входом Фазовой схемы управления, второй оод компара1 О 15 зо 25 зо 35 4 О 45 50 55 3 1 ООтора подключен к выходу фильтра нижних частот второго канала21,В известном устройстве первый входкомпаратора подключен к источникуопорного напряжения.Недостатком устройства являетсязависимость точности измерений отсветопропускания объектива, величины диафрагмирования объектива, стабильности светового потока источникасвета, а также от качества объектива, т,е, его коэффициента передачимодуляции на высокой пространственной частоте.При контроле рабочего отрезка вюстировке объектива, установленного в съемочную камеру, величина светового потока зависит от отражающейспособности пленки, которая не нормируется и может изменяться в значительных пределах,Указанные обстоятельства приводят к тому, что при дальней фокусировке (при низкочастотной пространственной фильтрации изображения тестобъекта, и модуляции низкочастотного сигнала), следящая система можетобладать недостаточной чувствительностью, т,е, не фокусировать, "нетянуть" объектив "издалека", а приближней фокусировке (при высокочастотной пространственной фильтрацииизображения тест-объекта и модуляции высокочастотного сигнала), приуменьшении высокочастотного сигнала, появляется статическая ошибкаизмерения, так как не хватает чувствительности и следящая система "недотягивает" объектив до положениясовмещения его фокальной плоскостис плоскостью анализа.При большем высокочастотном сигнале возможно возникновение автоколебаний из-за перерегулирования, вызываемого инерционностью узлов механизма перемещения объектива,Данные недостатки вызваны изменением низкочастотного и высокочастотного сигналов из-за изменения величины светового потока, попадающегона фотоприемник (фиг. 2 а), а для высокочастотного сигнала из-за различного качества изображения тест-объекта, формируемого объективом, т.е.качества объектива,Кроме того, в известном устройстве не оптимизировано время контроля, так как при "дальней" фокусировке следящая система при модуля 796 4 ции низкочастотного сигнала вначалефокусирует объектив с малой скоростью, затем скорость возрастает,затем вновь уменьшается, при "близкой" фокусировке, при модуляции высокочастотного сигнала скорость Фокусировки также переменна.Изменения скорости фокусировкивызваны изменением наклона расфокусировочных кривых, формируемых приперемещении объектива, и как следствие, изменением глубины модуляциинизкочастотного и высокочастотногосигналов, приводящие к изменению управляющего напряжения, поступающегона механизм перемещения объективаЦелью изобретения является повышение точности и быстродействия измерений,Указанная цель достигается тем,что устройство снабжено управляемымусилителем, делителем, двумя источниками опорного напряжения, двумя дифФеренциальными усилителями, двумя дополнительными ключами, двумя дополнительными фильтрами нижних частот,блоком выделения модуля, вход управляемого усилителя подключен к Фотоприемнику, выход соединен с входами узкополосных фильтров, дополнительные источники опорного напряжения через дифференциальный усилитель и первый дополнительныйключ водном случаеи дифФеренциальный усилитепь, Фильтр нижних частот и второй дополнительный ключ в другом случае соединены с управляющим входом управляемого усилителя,выход фазовой схемы управления через дополнительный фильтр нижних частоти блок выделения модуля соединен сдифференциальным усилителем, входфильтра нижних частот первого канала через делитель соединен с первымвходом компаратора, выход которогосоединен с управляющими входами первого и второго дополнительных ключей, выход фильтра нижних частот второго канала соединен со входом дифференциального усилителя,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг, 2эпюры напряжений, формируемых при фокусировании на выходе некоторых основных узлов.Устройство содержит источник 1 света, конденсор 2, тест-объект 3, выполненный в виде щелевой диафрагмы, полупрозрачный элемент ч, коллиматор5 10047ный объектив 5, съемочную камеру 6с фотопленкой 7, установленной вфильмовом канале камеры 6, микрообъектив 8, диск" 9 анализатора, привод 10, фотоприемник 11, управляемый усилитель 12, полосовые .фильтры13 и 14, детекторы 15 и 16, фильтры17 и 18 нижних частот, делитель 19,компаратор 20, конденсаторы 21 и 22ключи 23 и 24, источники 25 и 26 опор.1 Оных напряжений дифференциальные уси"улители 27 и 26, ключ 29, фильтр 30.нижних частот, ключ 31, привод 32генератор 33 опорного напряжения, Фазоцувствительный детектор 34, усилитель 35 мощности, электродвигатель36, механизм 37 перемещения (привод),отсчетное устройство 38, фильтр 39нижних частот, блок 40 выделения модуля, контролируется объектив 41, 20Устройство работает следующим образом.Тело накала источника 1 света проектируется с помощью конденсора 2на щелевую диафрагму 3, Изображениещелевой диафрагмы 3, расположеннойв фокальной плоскости коллиматорного объектива 5, с помощью полупрозрачного элемента 4, коллиматорногообъектива 5, контролируемого объекти- зОва 41, отраженное от Фотопленки 7,строится в обратном ходе в плоскостианализа, которая с помощью микрообьектива 8 переносится в плоскость, вкоторой установлен диск 9 анализатора, вращаемой приводом 10.Диск 9 анализатора проводит пространственный анализ спектра изображения щелевой диафрагмы, имеющийспектр, близкий к нвпрерывному, Свето.щвой поток, промодулированный частотами, определяемыми пространственнойчастотой нанесенных штриховых решеток на диск 9 анализатора и скоростью его вращения, попадает на фотоприемник 11,Генератор 33 опорных напряжений связан с приводом 32, передающим колебательные движения микрообьективу 8. Колеблющийся микрообъективосуществляет глубинное сканированиеизображения щелевой диафрагмы 3, осуществляя амплитудную модуляцию, электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11 (фиг, 2 а).55Электрический сигнал, снимаемый сфотоприемника 11, усиливается управ"ляемым усилителем 12, и поступаетна полосовые фильтры 13 и 14, выде 96 бляющие первые гармонические составляющие, амплитуда которых связана с текущим положением контролируемого объектива 41 (фиг, 2 а - расфокусировочные кривые для двух пространственных частот; Ю 1 - низкая пространственная цастота, У 2 - высокая пространственная частота)Сигналы с выхода фильтров детектируются детекторами 15 и 16, сглаживаются фильтрами 17 и 18 нижних частот. Иодулирующая огибающая отделяется от постоянной составляющей конденсаторами 21, 22 и поступает на информационные выходы ключей 23 и 24, с выхода которых поступает на второй вход фазоцувствительного детектора 34, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 33 опорных напряжений.Напряжение с выхода фазочувствительного детектора 34 усиливается усилителем 35 мощности и поступает на электродвигатель 36, который вращаясь перемещает механизм 37 переме" щения, связанный с контролируемым объективом 41, или коллиматорным объективом 5При нахождении контролируемого объектива 41 в положении, соответствующем совмещению фокальной плоскости контролируемого объектива 41 с плоскостью фотопленки 7, при сканировании микрообъективом 8 на конденсаторах 23 и 24 выделяется модулирующая огибающая, первая гармонически составляющая которой равна удвоенной частоте сканирования микрообъектива 8 (фиг. 2 а). При этом на выходе фазочувствительного детектора 34 Формируется напряжение, постоянная составляющая которого равна нулю и контролируемый объектив 41 не перемещается.При смещении фокальной плоскости контролируемого объектива 41 относительно плоскости фотопленки 7 на конденсаторах 21 и 22 выделяется модулирующая огибающая, первая гармоническая составляющая которой равна частоте сканирования микрообъектива 8, а фаза зависит от знака смещения фокальной плоскости контролируемого объектива 41. На выходе Фазоцувствительного детектора 34 формируется пульсирующее напряжение соответствующего знака (фиг, 2 б), которое перемещает контролируемый объектив 41 в положение, соответствующее его фактическому ра" бочему отрезку, величина которого счи 7 100479тывается с помощью отсцетного устройства 38. Вместо пленки 7 в устройствеможет быть установлено зеркало, с которым может быть связан механизм 37перемещения, 5При значительном смещении контролируемого объектива от положения,соответствующего фактицескому рабоцему отрезку, напряжение на выходе фильтра 18 нижних частот близко к нулю. оПри этом устройство работает при мо-дуляции расфокусированной кривой,сформированной на низкой (нормирующей) простоанственной частоте (фиг,2 а,кривых 1,1 ),35При малых смещениях контролируемого объектива 41, на выходе фильтра18 нижних частот формируется напряжение, и устройство работает при модуляции расфокусировочной кривой, сфор Омированной на высокой пространственной частоте, у которой помимо основного центрального максимума, характеризующего фокальную плоскость контролируемого объектива 41, симметричнорасположены побочные максимумы.При превышении напряжения на выходе фильтра 18 нижних частот выходного напряжения делителя 19, вход которого подключен к выходу фильтра 17нижних частот, срабатывает компаратор 20, выходной сигнал с которогозапирает ключ 23 и отпирает ключ 24,При этом происходит переключениеканалов, выделяющих огибающие. Уро 35вень срабатывания компаратора 20 устанавливается выше амплитуды побочных максимумов нэ расфокусировочнойкривой для высокой пространственнойчастоты.Подключение делителя 19 к выходуфильтра 17 нижних частот приводит кнезависимости момента переключенияканалов от величины светового потока, поступающего на фотоприемник, и45от величины коэффициента усиленияуправляемого усилителя 12.Таким образом, при значительныхрасфокусировках работа устройства основывается на модуляции расфокусировочной кривой, полученной при анализеизображения щелевой диафрагмы 3 нанизкой (нормирующей) пространственной частоте, затем на модуляции расфокусировочной кривой, полученнойпри анализе изображения щелевой диафрагмы на высокой пространственнойчастоте, с исключением влияния побочных ма 1моя. При работе устройства на низкой пространственной частоте пульсирую" щее двухполярное напряжение, снимаемое с выхода фазочувствительного детектора 34, сглаживается фильтром 39 нижних частот и поступает на вход блока 40 выделения модуля, выходной сигнал с которого поступает на второй вход дифференциального усилителя 27. На первый вход дифференциального усилителя 27 подается напряжение систочника 25 опорных напряжений. Выходное напряжение дифференциального усилителя 27 через открытый ключ 29, управляемый компаратором 20, поступает на управляющий вход управляемого усилителя 12.При фокусировании на низкой пространственной частоте коэффициент усиления управляемого усилителя 12 нелинейно изменяется, обеспечивая максимальную скорость перемещения контролируемого объектива. Величина скорости задается уровнем напряжения, формируемого источника 25 опорного напряжения, и не зависит от величины светового потока, попадающего на фотоприемник 11 (фиг, 2 в). Блок 40 выделения модуля обеспечивает формирование однополярного напряжения, поступающего на вход дифференциального усилителя 27 из двухполярного.При фокусировке на высокой пространственной частоте напряжение, снимаемое с фильтра 18 нижних частот, поступает на второй вход дифференциального усилителя 28. На первый вход дифференциального усилителя 28 подается напряжение с источника 26 опорных напряжений, Выходное напряжение дифференциального усилителя 28 через фильтр 30 нижних частот и открытый ключ 31, управляемый компаратором 20, поступает на управляющий вход управляемого усилителя 12. Ключ 29 при этом закрыт.При фокусировании на высокой пространственной частоте коэффициент усиления управляемого усилителя 12 нелинейно изменяется, обеспечивая неизменность амплитуды центрального максимума расфокусировочной кривой, при изменении величины светового потока, попадающего на фотоприемник 11, а также при изменении качества объектива 41, приводящего к изменению амплитуды центрального максимума.Уровень поддерживаемой амп 1 итуды устанавливается величиной напряжения,Формула изобретения 9 100179формируемого исгочником 26 опорногонапряжения,. При этом поддерживаетсяпостоянная чувствительность следящейсистемы при точном фокусировании, имаксимальная скорость фокусирования,При автоматической установке величины рабочего отрезка объектива 1 г 1механизм 37 перемещения заменяетсяприводом 37, связанным с юстировочнымкоЛьцом контролируемого объективаПри этом происходит перемещениене всего объектива гг 1 а одного иэего компонентов (линзы). Объективостается неподвижным, а автоматически происходит установка его рабочего отрезка путем перемещения одного из оптических компонентов.Возможна реализация устройства, покоторому управляемым усилителем выполняется не усилитель 12, а усилитель35 мощности с управляющим входомкоторого соединяются выходы ключей29 и 31.В устройстве последовательно осуществляются два взаимосвязанных режима работы следящей системы. Причемэти режимы обязательно взаимосвязаны,так как если использовать только первый режим работы, то после окончанияфокусирования на низкой пространственной частоте нельзя установить определенную постоянную чувствительностьследящей системы из-за причин, указанных в критике прототипа (появлениестатической ошибки или перерегулиро 35вание - возникновение автоколебаний),Постоянное поддерживание амплитуды максимума высокочастотного сигналатакже не возможно, так как такой сигнал формируется только после окончания фокусирования на низкой пространственной частоте,Только после окончания фокусирования йо низкой пространственной частоте (первый режим) устанавливается оп 45ределенная чувствительность следящейсистемы, отличающейся от чувствительности в первом режиме так как критерии оптимизации чувствительности дляпервого и второго режимов различны.Использование предлагаемого устройства позволяет на его основе проектировать приборы для контроля и автоматической установки рабочих отрезков объективов при их юстировке, вчастности объективов, установленныхв съемочные камеры, в условиях серийного и массового производства, обладающие высокой точностью измерения,б 10сокращенным временем измерения оптимизированной чувствительностью засчет автоматического нелинейного изменения коэффициента усиления в сле"дующих друг эа другом двух режимовработы по разным критериям. Внедрение приборов повышает качество и производительность механосборочных работ. Устройство для измерения рабочего отрезка объективов, содержащее источник света, тест-объект, оптическую систему переноса изображения тест- объекта в плоскость анализа, механизм перемещения, связанный с объективом, микрообъектив с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормйрующая, фотоприемник, два канала отработки сигнала, каждый иэ которых состоит из узкополосного фильтра, детектора и фильтра нижних частот, причем узкополосный фильтр имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нормирующей штриховой решетки растра, подключен к первому каналу, фазовую схему управления механизмом перемещения объектива, генератор опорного напряжения, связанный с приводом микрообъектива и первым . входом фазовой схемы, два ключа, компаратор, источник опорного напряжения, выходы фильтров нижних частот соединены с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены со вторым входом фазовой схемы управления, второй вход компаратора подключен к выходу фильтра нижних частот второго канала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений устройство снабжено управляемым усилителем, делителем, двумя дополнительными источниками опорного напряжения, двумя дифференциальными усилителями, двумя дополнительными ключами, двумя дополнитель. ными фильтрами нижних частот, блоком выделения модуля, вход управляемого усилителя подключен к фотоприемнику, выход соединен с выходами узкополос-. ных фильтров, дополнительные источни" ки опорного напряжения через диффе 11 10047 ренциальный усилитель, и первый дополнительный ключ в одном случае и дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот и второй дополнительный ключ в другом случае соединены с упФравляющим входом управляемого усилителя, выход фазовой схемы управления через дополнительный фильтр нижних частот и блок выделения модуля соединен с дифференциальным усилителем, 1 о выход фильтра нижних частот первого канала через делитель соединен с первым входом компаратора, выход которо 96 12го соединен с управляющими входамипервого и второго дополнительных ключей, выход фильтра нижних частотвторого канала соединен со входом,дифференциального усилителяИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бардин А.Н, Сборка и юстировкаоптических приборов, Н., нВысщая школа", 1968, с. 262,2. Авторское свидетельство СССРУ 879357, кл. С 01 И 11/00, 1979