Устройство для измерения рабочего отрезка объективов

(46) 23.10.83. Бюл,(72) Т, М. Айсии, В, П болотский, Ю, П. Зем ский, Б. А. Смирнов (53) 535.818(088,8) . 39Асташкин, А, Д, Заков, А. В. ПодобрянФ. П. Хлебников 375124, 250 - 201,ельство СССРМ 11 02 1972 п оОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСНОМУ СВИ ЕТЕП(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО ОТРЕЗКА ОБЪЕКТИВОВ, содержащее оптически связанные источник света, конденсор, тест-объект, оптику переноса изображения тест-объекта в плоскость анализа, диск анализатора с растром; нри-, вод диска анализатора, . фотоприемник,блок выделения информационных сигналов с двумя выходами, блок сканирования изображения тест-объекта вдоль оптической оси оптической системы с дополнительным приводом, вход блока выделения информа- ционных сигналов подключен к фотоприемнику, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона к повышения производительности измерений, оно снабжено двумя фильтраминижних частот, блоком формирования управляющих сигналов, преобразователем положения, двумя блоками запоминающими, блоком усреднения, блоком экстремума, индикатором,первый и второй информационные входы блока формирования управляющих сигналов подключены к выходам фильтров нижних частот, входы которых подключены к первому и второму выходам блока выделения информационных си.гналов, преобразователь положения связан с блоком сканирования, выход преобразователя положения соединен с информационными входами блоков запоминающих, выходы которых соединены с входамк блока усреднения, выход которого соединен с инФормационным входом кндикатара, вход блока экстремума подключен к выходу преобразователя положения, выход соединен с первыми входами блоков запоминания, третьим входом блока формирования управляющих сигналов и первым управляющим входом индикатора, второй управляющий вход которого подключен к первому управляющему выходу блока формирования управляющих сигналов, второй и третий управляющие выходы которого соединены соответственно с вторымк управляющими входами блоков запоминания.2. Устройство по п, 1, отличающееся тем, что блок сканирования выполнен в виде цилиндра, ось вращения которого не совпадает с его геометрической осью, а по верхность цилиндра выполнена зеркальной э преобразователь положения состоит из сельскн-датчика, сельскн-приемника, генератора, синхронного детектора и фазовра- ю щателя, выход генератора соединен с уп- Ъ равляющим входом сельсин-датчика и входом фазовращателя, выход которого сое-, Е дкнеи с управляющим входом синхронного детектора, информационный вход которого подключен к выходу сельскн-приемнкка, вход которого подключен к выходу сельсин датчика. Ж3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования управляющих сигналов состоит из делителя, компаратора, триггера, двух формирователей и узла задержки, выход делителя соединен с первым входом компаратора, выход которого соединек со счетным входом триггера, выход которого соединен с входами формирователей, выходы которых являются вторым к третьим управляющими выходами блока, выход второго формирователя соединен с входом узла задержки, выход которого является первым управляющкм выходом блока, вход делителя, второй вход компарзтора и вход установки нуля триггера являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока.15 45 50 55 Изобретение относится к измерительнойтехнике и может быть использовано притехнологических измерениях рабочего отрезка объективов, в частности длиннофокусных объективов, при их сборке.Известно устройство, содержащее опти.чески связанные источник света, конден.сор, тест-объект, оптику переноса изображения тест-объекта в плоскость анализа,барабан анализатора с растром, нанесенным на барабан, привод анализатора, фотоприемник, индикатор.Устройство также содержит дополнительный источник света, дополнительный фотоприемник, фазочувствительный детектор,входы которого подключены к фотоприемни- .кам, а выход соединен с индикатором идополнительный привод, вход которогоподключен к выходу фазочувствительногодетектора, а выход связан с контролируемым объективом 11,Недостатком устройства является огра ниченный диапазон измерения, связанныйс тем, что при.больших расфокусировкахуменьшается разность электрических сигналов, снимаемых с фотоприемника при"сканировании плоскости анализа, что приводит к потере чувствительности фазовойсистемы управления перемещением контролируемого объектива.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее оптически связанный источниксвета, конденсор, тест-объект, оптику переноса изображения тест-объекта в плоскостьанализа; диск анализатора с,растром, привод диска анализатора, фотоприемник, блоквыделения информационных сигналов сдвумя выходами, блок сканирования иэображения тест-объекта вдоль оптическойоси оптической системы с дополнительнымприводом, вход блока выделения информационных сигналов подключен к фотоприемнику.Устройство также содержит сумматор,фазочувствительный . детектор, генератор,привод контролируемого объектива, входысумматора подключены к выходам блокавыделения информационных сигналов, выход сумматора соединен с первым входомфаэочувствительного детектора, второйвход которого подключен к выходу генератора, вход которого связан с дополнительным приводом, выход фазочувствнтельногодетектора связан с приводом контролируемого объектива 12,Изображение тест-объекта подвергается пространственной фильтрации надвух пространственных частотах - опорнойи измерительной, иа выходе фотоприемника формируется сигнал сложного спектра,первые гармонические составляющие которого выделяются полосовыми фильтрами,детектируются детекторами. При сканировании плоскости изображения на выделенные информационные сигналы накладывается огибающая, фаза которой зависит от положения контролируемого объектива,Огибающие суммируются сумматором и подаются на первый вход фазочувствительного детектора, на второй вход которого подается опорный сигнал с генератора.Сигнал с выхода фазочувствительного детектора .определяется положением контролируемого объектива, т. е. положением его фокальной плоскости относительно крайних положений плоскостей сканирования. В случае, если фокальная плоскость объектива находится между плоскостями сканирования, то огибающая не содержит сигнал с частотой сканирования, а содержит вторую гармонику, и постоянная со- ставляющая сигнала на выходе фазочувствительного детектора равна нулю, контролируемый объектив не перемещается.Если фокальная плоскость объектива смещена относительно середины плоскостей сканирования, в огибающей появляется первая гармоника, величина которой зависит от крутизны расфокуснровочной кривой, т. е. кривой, связывающей величину сигнала на выходе фильтра с величиной расфокусировки (смещением объектива) .Фаза огибающей зависит от знака смещения объектива.Очевидно, что при таком формировании огибающей, его величина, а следовательно и чувствительность следящей системы зависит от двух факторов - крутизны расфокусировочной кривой и амплитуды сканирования.Амплитуда, сканирования определяется высшей пространственной частотой, на которой осуществляется пространственная фильтрация иэображения тест-объекта,Чем выше пространственная частота, тем выше точность фокусирования, так как при повышении пространственной частоты, увеличивается наклон расфокусировочной кривой,Для увеличения диапазона измерения используется опорная частота пространственной фильтрации.Однако при больших расфокусировках, глубина модуляции оказывается настолько малой, что устройство теряет чувствительность.Недостатком устройства также является ограниченное быстродействие следящей системы.Для контроля объективов, выпускаемых массовым пронзводствомт повышение быстродействия увеличивает производительность н снижает трудоемкость изготовления объективов, так как для одинаковойз программы требуется меньшее количество приборов.Целью изобретения является расширение диапазона и повышение производительности измерений.Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее оптически связанные источник света, конденсор, тест-объект, оптику переноса изображения тест-объекта в плоскость анализа, диск анализатора с" растром, привод диска анализатора, фото приемник, блок выделения информационных сигналов с двумя выходами, блоком ска- . нирования изображения тест-объекта вдоль оптической оси оптической системы с дополнительным приводом, вход блока выделения информационных сигналов подклю 15 чен к фотоприемнику, снабжено двумя фильтрами нижних частот, блоком формирования управляющих сигналов, преобразователем положения, двумя блоками запоминающими, блоком усреднения, блоком 20 экстремума, индикатором, первый и второй информационный входы блока формирования управляющих сигналов подключе-, ны к выходам фильтров нижних частот, входы которых подключены к первому и вто.рому выходам блока выделения информационных сигналов, преобразователь по- . ложения связан с блоком скаиированя, выход преобразователя положения соединен с информационными входами блоков, запоминающих, выходы которых соединены с входами блока усреднения, выход которого соединен с информационным входом индикатора, вход блока эстремума подключен к выходу преобразователя положения, выход соединен с первыми входами блоков запоминания, третьим входом блока 35 формирования управляющих сигналов и первым управляющим входом индикатора, второй управляющий вход которого подключен к первому управляющему выходу блока формирования управляющих сигна , лов, второй и третий управляющие входы которого соединены соответственно с вторыми управляющими входами блоков запоминания. Блок сканирования выполнен в видЕ 45 цилиндра, ось вращения которого не совпадает с его геометрической осью, а поверхность цилиндра выполнена зеркальной, преобразователь положения состоит из сельсин-датчика, сельсин-приемника, гене. ратора, синхронного детектора и фазовращателя, выход генератора соединен с управляющим входом сельсин.датчика и входом .фазовращателя, выход которого соединен с управляющим входом синхронного детектора, информационный вход которого 55 подключен к выходу сельсйн-приемника, вход которого подключен к выходу сельсиндатчика. 4Кроме того, блок формирования управляющих сигналов состоит из делителя, компаратора, .триггера, двух формирователейи узла задержки, выход делителя соединенс первым входом компаратора, выход которого соединен со счетным входом триггера, выход которого соединен с входамиформирователей, выходы которых являютсявторым и третьим управляющими выходамиблока, выход второго формирователя соединен с входом узла задержки, выход которого является первым управляющим выхо.дом блока, вход делителя, второй входкомпаратора и вход установки нуля триг.гера являются соответственно первымвторым и третьим входами блока,На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы; на фиг. 3графики, поясняющие уменьшение динамической погрешности измерения.,Устройство содержит источниксвета,конденсор, 2, щелевую диафрагму 3 (тестобъект) полупрозрачный элемент 4, объектив 5 коллиматора, микрообъектив б,диск 7 анализатора, привод 8, фотоприемник 9, блок 1 О выделения информационных сигналов, состоящих из полосовыхфильтров 11, 12 детекторов 13, 14. фильтры 15, 16 нижних частот, блок 17 формирования управляющих сигналов, состоящийиз делителя 18, компаратора 19, триггера20, формирователей 21, 22, узла 23 за-.держки, блок 24 сканирования, содержащий зеркальный цилиндр 25, дополнительный привод 26, датчик 27 положения,состоящим из сельсин датчика 28, сельсинприемника 29, синхронного детектора 30,генератора 31, фазовращателя 32, блоки33, 34 запоминающие блок 35 усреднения,блок 36 экстремума, состоящим из фильтра 37 нижних частот, узла 38 дифференцирования, нуль органа 39, формирователя 40, индикатор 41, блок уставки 42, конт.ролируется объектив 43.Устройство работает следующим образом.Изображение щелевой диафрагмы 3,освещаемои осветителем, состоящим изисточника света 1 и конденсора 2, строится с помощью полупрозрачного элемента 4,объектива 5 коллиматора, контролируемогообъектива 43 на поверхности зеркальногоцилиндра 25.Отраженные от поверхности зеркального цилиндра 25 световые пучки с помощьюконтролируемого объектива 43, объектива5 коллиматора строят в плоскости микро-.объектива 6 изображение щелевой диафрагмы 3, которое переносится микрообъективом 6 в плоскость, в которой установлендиск 7 анализатора, вращаемый приводом 8.На диск 7 анализатора нанесены растровые решетки, которые осуществляют про5странственную фильтрацию изображениящелевой диафрагмы 3. Решетки растрананесены на диск 7 анализатора с двумячастотами - нормирующей и измерительной.Частота нанесения измерительной решеткивыше частоты нанесения нормирующей ре.щетки. Конкретные значения частот выбираются в зависимости от типа контролируемого объектива, его фокусного расстояния, а также качества контролируемогообъектива, т. е. коэффициента передачимодуляции на выбранной пространственной частоте,Изображение щелевой диафрагмы 3зпрошедшее пространственную фильтрациюрастровыми решетками, нанесенными надиск 7 анализатора попадает на фотоприемник 9, где. преобразуется в электрический сигнал сложного спектра.Первые гармонические составляющиеэлектрического сигнала сложного спектравыделяются полосовыми фильтрами 11, 12н детектируются детекторами 13, Ф 4 блока О выделения информационного сигнала.Напряжения, выделяемые блоком 10выделения информационного сигнала сглаживаются фильтрами 15, 16 нижних частоти поступают на информационные входыблока 17 формирования управляющих сигналов,Сигнал, соответствующий расфокусировочной кривой, формируемый при пространственной фильтрации на низкой пространственной частоте (фиг. 2, диаграмма 15)поступает на вход делителя 18, с выходакоторого поступает на первый вход компаратора 19,Сигнал,. соответствующий расфокусировочной кривой, формируемой при пространственной фильтрации изображения щелевойдиафрагмы 3 иа высокой пространственнойчастоте (фиг, 2, диаграмма 16) поступаетна второй вход компаратора 19.При работе устройства, дополнительныйпривод 26, связанный с блоком 24 сканирования, выполненным в виде зеркальногоцилиндра 25, осуществляет его вращение,При вращении зеркального цилиндра 25происходит сканирование плоскости изображения щелевой диафрагмы 3 вдоль оптической оси оптической системы, осуществляемое по синусоидальному закону, так какось вращения зеркального цилиндра 25не совпадает с его геометрической осью.Закон сканирования определяется выражениемск = 1 с юозхз 1 п и (1)где Ьв - текущее смещение изображениящелевой диафрагмы 3;1 са - максимальное смещение изображения щелевой диафрагмы 3.А -угол поворота зеркального барабана.50 55 Тогда текущее смещение изображения щелевой диафрагмы 3 и выходное напряжение огибающей, формируемой на выходе синхронного детектора 30 из (2) определяется выражением.Бвых = -тОвыщахс= Кс,Ьс вахгде К - масштабный коэффициент. За один оборот зеркального барабана 25происходит сканирование в двух направлениях (фиг. 2, кривая диаграмма 24), т.е.изменяется знак сканирования.На выходе фильтров 15, 16 нижних частот за один оборот зеркального барабана 25, дважды формируются две огибающие, две расфокусировочные кривые (фиг, 2, диаграммы 15 и 16).При превышении напряжения огибаю О щей на выходе фильтра 16 нижних частотопределенного опорного уровня, соответствующего, например, уровню, близкому к точке перегиба огибающей (фиг. 2, диаграмма 16, точка 1 а),срабатывает компаратор 19 (фиг. 2, диаграмма 19), выходной сигнал с которого передним фронтом перебрасывает триггер 20 (фиг, 2, диаграмма 20), из нулевого в единичное состояние.По переднему фронту сигнала, снимаемого с триггера 20, формирователь 22 форр 0 мирует импульсный сигнал управления(фиг, 2, диаграмма 22), поступающий на выход .блока 17 формирования управляющего сигнала.Положение блока 24 сканирования фиксируется датчиком 27 положения, состоягцего из сельсин датчика 28, сельсин-приемника 29, синхронного детектора 30, генератора 31 и фазовращателя 32.Генератор 31 формирует сигналы, поступающие на сельсин-датчик 28, На выходе 50 сельсиндатчика 28 в зависимости от положения его вала, связанного с блоком 24 сканирования, формируются модулированные сигналы, поступающие на сельсин-приемник, на выходе которого формируется амплитудно-модулированные сигналы (фиг. 2, З 5 диаграмма 29), поступающие на вход синхронного детектора 30, на второй вход которого через фазовращатель 32 поступают сигналы с генератора 31.Синхронный детектор 30 осуществляетдетектирование сигналов, снимаемых с сельеин-приемника 29 с учетом фазы.На входе синхронного детектора 30 формируется сигнал (фиг. 2, диаграмма 30), огибающая которого определяется выражением45 Овых = 1-)вых щах 3 Пб, й)тдеУвык-текущее выходное напряжение;выхмзх-максимальное выходное напряжение;6 - угол поворота сельсин датчика.1049768 7При формировании первого управляю.щего сигнала формирователем 22, текущее положение плоскости сканирования, представленное в виде напряжения фиксируется блочном 33 запоминающим, выполненным, например, в виде динамического запоминающего устройства.При изменении направления сканирования, при превышении огибающей на выходе фильтра 16 нижних частот опорного уровня соответствующего уровню, близкому к точке перегиба огибающей (фиг. 2, диаграмма 16, точка 2 б) компаратор 19 повторно срабатывает, выходной сигнал с компаратора 19 перебрасывает триггер 20 в нулевое состояние,По заднему фронту сигнала, снимаемого с триггера 20, формирователь 23 формирует второй управляющий сигнал поступающий 1 на выход блока 17 управляющих сигналов (фиг. 2, диаграмма 21).При этом текущее положение плоскости сканирования, представленное в виде царня. 20 жения фиксируется блоком 34 запоминающим, также выполненным, например, в виде динамического запоминающего устройства,Сигналы с выходов блоков 33, 34 запоминающих поступают на вход блока усреднения, выполненного, например, в ниде аналогового сумматора, осуществляющего усреднение амплитуд входных сигналов путем суммирования с определенным масштабным коэффициентом, например, 0,5.ЫЬыю 1 Явыи 2 С (а)сСЩЯ. И,меь ю сщ=ъ 2 2чьи унапряженце на выходе блоков 33, 34запоминания;1 си(4 а) положение плоскостей сканцрова(в) ния в момент формирования первого ц второго управляющего импульсов;ЬсР-среднее положение плоскости сканирования.Сигнал, сформированный формирователем 21 задерживается узлом 23 задержки и поступает на управляющий вход индикатора 41 осуществляющего считывание и индикацию среднего положения плоскостей сканирования относительно отсчетной базы, которая может регулироваться блоком 42 уставки, при аттестации устройства с помощью эталонного объектива с номинальным рабочим, отрезком.Таким образом, на выходе индикатора 41 индицируется значение, рабочего отрезка объектива относительно эталонного значения,Калибровка диапазона измерения может осуществляться, например, путем изменения масштабного коэффициента блока 35 усреднения с помощью эталонного объектива с известной величиной рабочего отрезка.Сигнал, снимаемый с синхронного детектора 30 поступает на вход фильтра 37 ниж 35 40 45 50 55 8них частот блока 36 экстремума, дифференцируется узлом 38 дифференцирования, с выхода которого поступает на вход нуль- органа 39, формирующего прямоугольный сигнал, передний фронт которого совпадает с одним нз крайних положений блока 24 сканирования.По переднему фронту сигнала, снимаемого с выхода нудь-органа 39, формирователь 40 формирует сигнал сброса, сбрасывающий триггер 20, блоки 33, 34 запоминающие и индикатор 41 (фиг. 2, диаграммы 37, 38, 39, 40), в исходное состояние. Работа устройства может проходить как в непрерывном, так и в старт-стопном режиме.Из фиг. 2, диаграмма 15 видно, что диапазон измерения рабочего отрезка объективов не ограничивается диапазоном, при котором присутствует сигнал на выходе фильтров 15, 16 нижних частот, т.е. фактчески может быть любым и определяется диапазоном сканирования блока 24 сканирования.Использование пространственной фильтрации на двух пространственных частотах, фильтров 15, 1 б нижних частот, делителя 18 и компаратора 19 дает возможность осуществлять следящее компарирование при котором относительный уровень компарирования не зависит ат яркости источника 1 света, изменения чувствительности фотоприемника 9, изменения светопропускания контролируемого объектива 43.Введение фильтров 15, 16 нижних частот исключает ложное срабатывание компарат.ра 19, однако создает временную задору.ку. Временную задержку также создают по. лосовые фильтры 11, 12.Г 1 рн этом управляющие импульсы формируются с задержкой, что приводит к тому, что блоки 33, 34 запоминания фиксируют положение плоскости сканирования также с задержкой.На фиг. За представлен график из которого видно, что при одной и той же временной задержке, ошибка пространственной фиксации положения плоскости сканирования изменяется при синусоидальном законе сканирования, т.е. возникает динамическая погрешность измерения.При линейном законе сканирования ошиб ка пространственной фиксации положения плоскости сканирования не изменяется, т.е. возникает систематическая погрешность, которая может быть учтена при калибровке устройства.Формирование первого управляющего сигнала при сканировании в одном из направлений, а второго управляющего сигнала при сканировании в противоположном на. правлении значительно уменьшает динамическую погрешность измерения, так как при одном направлении сканцровагп 4 я погреш.1049768 ность имеет один знак, при изменении направления сканирования погрешность имеет противоположный знак (фиг. Зб),При усреднении двух результатов измерения погрешности, в значительной мере компенсируют друг друга, так как имеют разные знаки, хотя абсолютная величина каждой нз них изменяется в зависимости от величины рабочего отрезка контролируе. мого объектива, Сннусоидальный закон сканирования осуществить значительно проще, чем линейный при осуществлении которого уменьшается быстродействие устройства.При линейном законе сканирования используется датчик положения с линейной передаточной характеристикой и цифровым выходом. Блоки 33, 34 запоминания выполняются в виде буферных регистров, блок 35 усреднения выполняется в виде цифрового юсумматора, а блок 36 экстремума выполняет.ся в виде дешифратора, формирующего импульсный сигнал при достижении блоком 34 сканирования граничного (крайнего) положения.Следует отметить, что формированиедвух управляющих сигналов, считывание двух результатов измерения с их последующим усреднением, позволяет измерять рабочие отрезки объективов, характеризующихся различным качеством изображения, так как расширение расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты с одновременным уменьшением максимального значения при ухудшении качества изображе ния, изменяет промежуточные результатыизмерения при формировании каждого из двух управляющих импульсов, однако их среднее значение не изменяется.1049768 Нал. сяонир,ч Ф иь ОЮь Оав Фи Соста Техред Тираж 8 витель В. ВасснИ. Верес73нного кбмитетений и оч крРаушская нУжгород, ул,Государстве елам изобрет сква, Ж - 35, Патент, г. тий д. 4/5роектная, 13035, Милиал ППП Редактор А. ШандорЗаказ 8404/39ВНИИ в Корректо Подписно СССР