Устройство для автоматического центрирования линз

ТЕНИ СКОиг 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРКг 1458750, кл, 6 01 М 11/02, 1987,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИГО ЦЕНТРИРОВАНИЯ ЛИНЗ 1610266 А 1(57) Изобретение относится к из ной технике. Цель изобретения - ние точности центрирования стабилизации чувствительности ус Источник 16 света формирует пото ния, фокусируемого объективом 6 хность центрируемой линзы дефокусировке светового пятна н ности центрируемой линзы 2 пр смещение автоколлимационного и ния светового пятна, формируемо меритель- повышеза счет тройства. к излучена повер 2. Г 1 ри а поверхоисходит зображеГо свето1610266 делителем 8 и дополнительным фокусирующим объективом 17 по поверхности однокоординатного фотоприемника 18. Блок 30 управления фокусированием формирует сигнал управления, Фокусирующий объектив 6 перемещается приводом 7 фокусирования. Децентрировэние линзы 2 при вращении ее приводом 4 вращения преобразуется во вращение светового пятна по поверхности двухкоординатного фотоприемника 11. С помощью блока 19 определеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического центрирования линз.Цель изобретения - повышение точности центрирования путем стабилизации чувствительностии устройства.На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - 5 - схема перемещения светового пятна по четырехквадрантному фотоприемнику; на фиг.6 - временные диаграммы сигналов, фомируемых на выходах отдельных узлов устройства.Устройство для автоматического центрирования линз содержит узел 1 установки линзы с линзой 2, включающей кольцевой патрон 3 и кинематически связанный с приводом 4 вращения линз. Соосно с осью 5 вращения узла 1 установлен с возможностью осевого перемещения фокусирующий объектив 6, кинематически связанный с приводом 7 фокусирования. По одну сторону оси 5 последовательно установлены светоделитель 8, дополнительный обьектив 9, диафрагма 10, расположенная в фокусе объектива 9, и двухкоординатный фотоприемник 11, выполненный в виде четырехквадрантного фотодиода со светочувствительнымиплощадками 12-15, точка пересечения линии раздела которых, принимаемая за начало декартовой системы координат, совмещена с оптической осью обьектива 9. По другую сторону оси 5 установлен источник 16 света. По ходу отраженного светоделителем 8 светового пучка установлены второй дополнительный объектив 17 и в его фокусе однокоординатный фотоприемник 18, выполненный в виде сдвоенного фотодиода, Оптические оси объективов 6, 9 и 17 и источника 16 света расположены в одной плоскости, а оптическая ось объектива 6, совпадающая с осью 5 вращения узла 1 установки линзы расположена. ния координат пятна, блока 50 управления перемещением линзы привод 49 перемещения линзы перемещает линзу 2 в положение, при котором смещение центра светового пятна относительно координатных осей двухкоординатного фотоприемника 11 равно нулю. Блок 40 управления приводом вращения с помощью привода 4 вращения вращает узел 1 установки линзы, на котором установлена центрируемая линза 2,6 ил,на середине расстояния между параллельными оптическими осями объектива 9 и источника 16 света. Двухкоординатный фотоприемник 11 ориентирован так, что ли ния раздела светочувствительных площадок12 и 13 совпадает с плоскостью размещения оптических осей объектива 9 и источника 16света и обозначает положительное направление координаты У, э линия раздела свето чувствительности площадок 13 и 14обозначает положительное направление координаты Х. Выходы фотоприемника 11 подключены к входам блока 19 определения координат пятна (БОКП), сЬдержащего четы ре усилителя 20-23, четыре компаратора24 - 27, переключатель 28 и элемент ИЛИ 29.Выход светочувствительной площадки 15 через усилитель 20 подключен к первому входу компаратора 24, выход площадки 12 20 через усилитель 21 подключен к первомувходу компаратора 25, выход площадки 13 через усилитель 22 подключен к первому входу компаратора 26, а выход площадки 14 через усилитель 23 подключен к первому 25 входу компаратора 27. Выход усилителя 20подключен также к второму входу компаратора 27, выход усилителя 21 - ко второму входу компаратора 24, выход усилителя 22 - к второму входу компаратора 25, а выход 30 усилителя 23 - к второму входу компаратора26, Выходы компараторов 24 и 26 подключены к входам элемента ИЛИ 29, выход которого является первым выходом БОКП 19, выход компаратора 25 подключен к нор мально замкнутому контакту переключателя28, выход компаратора 27 подключен к нормально разомкнутому контакту переключателя 28, а выход переключателя контакта переключателя 28 является вторым выходом 40 БОКП 19. Выходы сдвоенного фотодиода 18подключены к входам блока 30 управления фокусированием (БУФ), выход которого подключен к входу привода 7 фокусирова 161026610 20 25 30 35 40 45 50 55 ния. БУФ 30 содержит усилители 31 и 32, компаратор ЗЗ, триггеры 34 и 35, коммутатор 36, элементы И 37 и НЕ 38. Входы усилителей 31 и 32 являются первым и вторым входами БУФ 30 и подключены к выходам первой и второй площадок сдвоенного фотоприемника 18, а выходы - к входам компаратора 33, выход которого подключен к входу элемента Н Е 38, установочному входу триггера 34 и первому входу коммутатора 36, выход которого является первым выходом БУФ 30 и подключен к приводу 7 фокусирования. Выход элемента НЕ 38 подключен к второму входу коммутатора 36 и к второму входу элемента И 37, к первому входу которого подключен выход триггера 34, Выход элемента И 37 подключен к установочному входу триггера 35, выход которого подключен к запрещающему входу коммутатора 36, а также является вторым выходом БУФ 30. Соединенные между собой входы сброса триггеров 34 и 35 являются третьим входом БУФ 30 и подключены к выходу элемента ИЛ И 39. Устройство содержит также блок 40 управления приводом вращения (БУПВ), подключенный входом к второму выходу блока 19 определения координат, а выходом - к приводу 4 вращения, БУПВ 40 содержит триггеры 41 и 42, коммутатор 43, элементы НЕ 44, И 45, ИЛИ 46 и формирователь 47, Установочный вход триггера 41, соединенный с входом элемента НЕ 44, является первым входом БУПВ 40 и соединен с вторым выходом БОКП 19. Выход триггера 41 подключен к первому входу элемента И 45, к второму входу которого подключен выход элемента НЕ 44, а выход элемента И 45 подключен к установочному входу триггера 42, Выход триггера 42 подключен к первому входу элемента ИЛИ 46, выход которого подключен к запрещающему входу коммутатора 43 и к входу формирователя 47, Управляющий вход коммутатора 43 является вторым входом БУПВ 40 и соединен с вторым выходом БУФ 30. Выход коммутатора 43 является первым выходом БУПВ 40 и соединен с приводом 4 вращения. Выход формирователя 47 является вторым выходом БУПВ 40 и соединен с первым входом элемента ИЛИ 39, Выход триггера 42 является третьим выходом БУПВ 40, а соединенные между собой входы сброса триггеров 41 и 42 являются третьим входом БУПВ 40 и подключены к выходу элемента ИЛИ 48. Устройство содержит также привод 49 перемещения линзы 2 и блок 50 управления перемещением линзы (БУПЛ), подключенный входом к первому выходу БОКП 19, а выходом - к приводу 49 перемещения, БУПЛ 50 содержит триггеры 51 и 52,двухразрядный счетчик. выполненный на двух счетных триггерах 52 и 54, коммутатор 55, элементы И 56 и 57, элемент НЕ 58 и формирователь 59 импульса, Соединенные между собой вход элемента НЕ 58 и установочный вход триггера 51 подключены к выходу элемента И 56, первый вход которого является первым входом БУПЛ 50 и соединен с первым выходом БОКП 19. Выхадтриггера 51 подключен к первому входу элемента И 57, к второму входу. которого подключен выход элемента НЕ 58, выход элемента И 57 подключен к установочному входу триггера 52, выход которого подключен к второму входу коммутатора 55 и к входу формирователя 59. В ыход коммутатора 55 является первым выходом БУПЛ 50 и соединен с входом привода 49 перемещения, Первый вход коммутатора 55 подключен к второму входу элемента И 56, является вторым входом БУПЛ 50 и подключен к третьему выходу БУПВ 40. Выход формирователя 59 является вторым выходом БУПЛ 50 и подключен к первому входу элемента ИЛИ 48. Соединенные между собой входы сброса триггеров 51 и 52 являются третьим входом БУПЛ 50 и подключены к выходу элемента ИЛИ 60. Счетный вход триггера 53 является четвертым входом БУПЛ 50 и подключен к первому входу элемента ИЛИ 60. Инверсный выход триггера 53 подключен к счетному входу триггера 54, выход которого подключен к запрещающему входу коммутатора 55, и является третьим выходом БУПЛ 50, подключен к второму входу элемента ИЛИ 46 БУПВ 40. Соединенные между собой входы сброса триггеров 53 и 54 подключены к второму входу элемента ИЛИ 60, Устройство также содержит концевой выключатель 61, переключаемый контакт 62 которого кинематически связан с рабочим органом привода 49 перемещения, формирователь 63, вход и выход которого подключены соответственно к выходу выключателя 61 и к соединенным между собой первому входу элемента ИЛИ 60 и счетному входу триггера 53, и пусковую кнопку 64, выход которой подключен к вторым входам элементов ИЛИ 39, 48 и 60. Объективы 6, 9 и 12, светоделитель 8, диафрагма 10 и источник 16 света образуют блок 65 формирования светового пятна,Автоматическое центрирование линзы осуществляется следующим образом.Центрируемую линзу 2 устанавливают на кольцевой патрон 3 узла 1 установки, совмещая центр кривизны первой поверхности линзы 2 с осью 5 вращения узла 1 усановки, Затем, если вторая поверхность линзы 2 выпуклая, переключающий контактпереключателя 28 устанавливают в положение, изображенное на фиг,1 сплошной линией, а если вторая поверхность линзы 2 вогнутая, контакт 28 переключают в положение, изображенное пунктиром, При этом пучок света от источника 16 формируется объективом 6 в световое пятно на второй поверхности линзы 2, частично отражается от нее и фокусирующим объективом 6 направляетсяя на светоделитель 8. Часть светового пучка отражается от светоделителя 8 и фокусируется объективом 17 в плоскости сдвоенного фотодиода 18. Вторая часть пучка проходит светоделитель 8, направляется объективом 9 в плоскость диафрагмы 10, которая экранирует фооприемник 11 от фоновых пучков лучей, проходит диафрагму 10 и формирует световое пятно в плоскости четырехквадрантного фотодиода 11,При нажатии кнопки 64 пуска обнуляются триггеры 35, 42, 52 и 54 и входы коммутаторов 43 и 55. В этот момент времени сигналы на привод 4 вращения и привод 49 перемещения с первых выходов БУПВ 40 и БУПЛ 50 не поступают, а нулевой сигнал с выхода триггера 35 БУФ 30 снимает запрет с входов коммутатора 36. Сигнал с выхода компаратора 33 через коммутатор 36 приводит в движение привод 7 фокусирования, т.е, осуществляется процесс определения расфокусировки светового пятна на второй поверхности линзы 2 путем измерения угла между осью 5 вращения узла 1 и оптической осью выходящего из объектива 6 пучка света при помощи сдвоенного фотодиода 18 и БУФ 30, Осуществляется перемещение объектива 6 до достижения равенства нулю измеренного угла между осями. При неточной фокусировке объективом 6 светового пучка в точку пересечения поверхности линзы 2 с осью 5 вращения (совпадающей с оптической осью объектива 6) отраженный от поверхности линзы 2 пучок света выходит из объектива 6 не параллельно его оси, а под углом к ней и объектив 17 формирует световое пятно в плоскости сдвоенного фотодиода 18, несимметрично расположенное относительно линии раздела двух светочувствительных площадок, проходящей через ось объектива 17. При этом на одну из площадок сдвоенного фотодиода 18, попадает больший световой поток, чем на другую, причем чем большей угол между осями объектива 6 и выходящего из него пучка, тем больше асимметрия светового пятна относительно линии раздела площадок сдвоенного фотодиода 18. Коэффициенты усиления усилителей 31 и 32 и пороги срабатывания компаратора 33 отрегулированы так, что при попадании большей части светового потока на одну из площадок сдвоенного фотоприемника 18, например нижнюю,на выходе компаратора 33 формируется сигнал "1", при попадании большей части све 5 тового потока на верхнюю площадку навыходе компаратора 33 формируется сигнал"О", а при смещении пятна света с нижнейплощадки на верхнюю в момент строгогоравенства световых потоков на обеих пло 10 щадках, т.е. в момент равенства нулю угламежду осями объектива 6 и выходящего изнего пучка (момент точной фокусировки светового пятна на поверхности линзы 2), навыходе компаратора 33 формируется пере 15 ход сигнала из "1" в "0".Если при нажатии кнопки 64 большаячасть светового пятна приходилась на верхнюю площадку сдвоенного фотоприемника18, то на выходе компаратора 33 формиру-.20 ется "0", на второй вход коммутатора 36 свыхода элемента НЕ 38 поступает сигнал"1", привод 7 фокусирования перемещаетобъектив 6 вверх, световое пятно на сдвоенном фотоприемнике 18 смещается вниз к25 линии раздела его площадок до тех пор,пока компаратор 33 не перебросится в "1".С этого момента сигнал "1" с выхода компаратора 33 переводит триггер 34 из "0". атакже поступает на первый вход коммутато 30 ра 36,Привод 7 начинает перемещать объектив 6 вниз, пятно света начинает смещатьсявверх до момента перехода сигнала на выходе компаратора 33 из "1" в "0". При этом35 с выхода элемента НЕ 38 на второй входэлемента И 37 поступает сигнал "1", а таккак на выходе триггера 34 до этого был установлен сигнал "1", то на выходе второготриггера 35 формируется сигнал ."1", входы40 коммутатора 36 блокируются, привод 7 останавливается, а сигнал "1" на входе коммутатора 43 БУПВ 40 включает привод 4вращения узла 1, Если в момент, включениякнопки 64 большая часть пятна излучения45 приходилась на нижнюю площадку фотоприемника 18 то на выходе компаратора ЗЗотрабатывается сигнал "1", соответственно;объектив 6 перемещается вниз до моментаперехода на выходе компаратора 33 сигнала50 из "1" в "0", входы коммутатора 36 блокируются, привод 7 фокусирования останавливается и включается привод 4 вращенця.Процесс фокусирования всегда заканчивается перемещением объектива 6 вниз и55 переходом сигнала на выходе компаратора33 из "1" в "0", чтоуменьшает погрешностьфокусировки, обусловленную мертвыми ходами привода 7, и погрешностью, вызываемой гистерезисом компаратора 33, Послеэтого линза 2 начинает вращаться и при10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 наличии децентрировки линзы 2 световое пятно также описывает окружность в плоскости четырехквадрантного фотодиода 11 вокругточки пересечения линий раздела его площадок. На фиг.2 - 5 позицией 65 показано положение, которое в общем случае может занимать энергетический центр светового пятна в плоскости фотоприемника 11 в момент начала вращения линзы 2, а пунктирной окружностью со стрелкой показано смещение светового пятна при вращении линзы 2. Определение координат Х и У энергетического центра светового пятна в БОКП 19 осуществляется следующим образом,Коэффициенты усиления усилителей 21 и 22 и пороги срабатывания компаратора 25 отрегулированы так, что при попадании большей части светового потока на площадку 12 фотоприемника 11 на выходе компаратора 25 формируется сигнал "1", при попадании большей части светового потока на площадку 13 на выходе компаратора 25 формируется сигнал "0", а при смещении пятна с площадки 12 на площадку 13 в момент строгого равенства нулю координаты Х энергетического центра светового пятна (на фиг,2 - 4 обозначено позициями 66 и 68 для линз с выпуклой второй поверхностью) на выходе компаратора 25 происходит переход сигнала из "1" в "0". Аналогично на выходе компаратора 27 сигнал переходит из"1" в "О" при смещении светового пятна с площадки 14 на площадку 15 в момент строгого равенства нулю координаты Х для линз с вогнутой второй поверхностью (позиции 66 и 68 на фиг,5). Пороги срабатываний компараторов 24 и 26 отрегулированы так, что на их выходах сигнал переходит из "1" в "0" в момент равенства световых потоков, попадающих на площадки 15 и 12 (при смещении пятна с площадки 15 на площадку 12) и, соответственно, попадающих на площадки 13 и 14 при смещении пятна с площадки 13 на площадку 14), т,е. в момент равенства нулю координаты У энергетического центра светового пятна (на фиг.З - 5 обозначено по-, зицией 67), При этом сигнал на выходе каждого из компараторов 24 и 26 изменяется неодинаково при смещениях светового пятна в прямом или обратном направлении изза гистерезиса порогов срабатывания: из "1" в "0" и из "0" в "1" диаграммы изменения сигналов 024 и 026 на фиг.б). Так как выходы компараторов 24 и 26 объединены по входам элемента ИЛИ 29, то на его выходе сигнал 02 д изменяется также неодинаково.Диаграмма, изображенная сплошной линией, характеризует изменение сигнала 02 д при центрировании выпуклых линз(смещение пятна справа налево), диаграмма, изображенная пунктирной линией, характеризует изменение сигнала 02 д при центрировании вогнутых линз. Стрелками на диаграммах показано направление перемещения светового пятна, Сигнал "1" на выходе элемента ИЛИ 29 при перемещении пятна от периферийной части фотоприемника 11 к его центру переходит в "0" в момент равенства нулю координаты У, придальнейшем перемещении пятна сигнал ".0" на некотором отрезке сохранится, а затем переходит в "1". В начальный момент вращения линзы 2 (например, линзы с выпуклой поверхностью, тогда на второй выход БОКП 19 подключен выход компаратора 25) на первый вход БУПВ 40 с привода 4 вращения поступает сигнал "0", затем при переходе светового пятна на площадку 12 сигнал на выходе компаратора 25 и, соответственно, на первом входе БУПВ 40 переходит в "1", выход триггера 41 переключается в "1", При дальнейшем вращении линзы 2 в момент, когда световое пятно занимает положение, обозначенное на фиг,2-4 позицией 66, сигнал на выходе компаратора 25 переходит иэ "1" в "0", триггер 42 перебрасывается в "1", закрывая вход коммутатора 43, снимая запрет с входов коммутатора 36 и посылая сигнал "1" на первый вход коммутатора 55 и второй вход элемента И 56 БУПЛ 50, т.е. в этот момент останавливается привод 4 вращения, включается в работу привод 7 фокусирования и начинается поступательное перемещение рабочего органа привода 49 перемещения, а сигнал "1", поступивший на второй вход элемента И 56 с элемента ИЛИ 29, переходит на установочный вход триггера 51 и переключает его выход в "1".От начала перемещения рабочего органа привода 49 до момента его контакта с линзой 2 проходит некоторое время, так как в исходном состоянии рабочий орган расположен на некотором расстоянии от кромки линзы 2. За этот отрезок времени осуществляется процесс повторного фокусирования светового пятна на поверхности линзы 2 аналогично описанному. Положение линзы 2 в этот момент изображено на фиг,1 пунктирной линией, ход отраженного пучка света в этом случае также показан пунктирной линией, Затем под действием рабочего органа привода 49 линза 2 перемещается по кромке кольцевого патрона 3, при этом световое пятно на фотоприемнике 11 смещается из положения, обозначенного позицией 66, в сторону его центра. Так как направление координаты У совпадает с направлением перемещения рабочего органа привода 49, то теоретически при перемещении лин 1610266 12зы 2 световое пятно смещается по оси У (фиг.2) и в момент, когда координата У энергетического центра пятна становится равной нулю, а пятно занимает гголожение, показанное позицией 69 на фиг.2, на выходе элемента ИЛИ 29 БОКП 19 сигнал переходит из "1" в "0", на второй вход элемента И 57 БУПЛ 50 поступает сигнал "1", триггер 52 перебрасывается в "1", которая поступает на второй вход коммутатора 55 и через формирователь 59 и элемент ИЛИ 48 переводит в "0" выход триггера 42, снимая сигнал за. прета с входа коммутатора 43. В этот момент перемещение линзы 2 прекращается, привод 49 начинает перемещение рабочего органа в обратном направлении (в исходное состояние), а привод 4 начинает вращение узла 1 с линзой 2,В момент равенства нулю координаты У. световое пятно может незначительно сместиться от центра фотоприемника 11 и занять положение, обозначенное на фиг.3-5 позицией 67. Это может произойти вследствие разности коэффициентов трения в различных участках контакта линзы 2 с торцом патрона 3, Поэтому после первого цикла центрирования линзы 2 автоматически начинается второй цикл с операции вращения линзы 2, который проводится аналогично описанному, при этом счетчик, выполненныйй на триггерах 53 и 54, подсчитывает число циклов и после окончания второго цикла сигналов "1" на выходе триггера 54 блокирует входы коммутаторов 43 и 55, завершая процесс автоматического центрирования линзы 2, Счетчик работает следующим образом, При возвращении рабочего органа привода 49 в исходное состояние замыкается контакт 62 выключателя 61, формирователь 63 посылает импульс "1" через элемент ИЛИ 60 на вход сброса триггера 52, входы коммутатора 55 обнуля ются, привод 49 останавливается. Одновременно импульс от формирователя 63 поступает на счетный вход триггера 53, на инверсном выходе которого сигнал переходит из "1" в "0". Так как триггеры 53 и 54 переключаются переходом сигнала на счетном входе из "0" в "1", на выходе триггера 54 остается сигнал "0". После окончания второго цикла центрирования линзы 2 импульс от формирователя 63 переключает выход триггера 54 в "1", которая блокирует входы коммутаторов 43,и 55,Центрирование линз с вогнутыми по 50 по ходу двух пучков света установлены двадополнительных фокусирующих объектива, один из которых оптически связан с двухкоординатным, а другой - . с однокоординатным фотоприемниками. 10202530 35 40 45 верхностями осуществляется аналогично при переключении контакта переключателя 28 в положение, показанное на фиг.1пунктирной линией, при этом изменяются на 180 направления координат Х и У на фотоприемнике 11 (фиг.5).Использование устройства позволяетповысить точность автоматического центрирования линз за счет предварительной фокусировки изображения светового пятна наповерхности центрируемой линзы.Формула изобретения Устройство для автоматического центрирования линз, содержащее узел установки линзы с приводом вращения, оптически связанные источник света, блок формирования светового пятна и двухкоординатный фотоприемник, блок определения координат пятна, входы которого подключены к двухкоординатному фотоприемнику, блокуправления перемещением линзы, управляющий вход которого подключен к выходу блока определения координат пятна, привод перемещения линзы, вход которого подключен к выходу блока управления перемещением линзы, блок управленияприводом вращения, вход и выход которого подключены соответственно к выходу блока определения координат пятна и входу привода вращения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности центрирования за счет автоматической стабилизации чувствительности устройства, оно снабжено однокоординатным фотоприемником, блоком управления фокусированием, вход которого. подключен к однокоординатному фотоприемнику, приводом фокусирования, вход которого подключен к выходу блока управления фокусированием, блок формирования светового пятна выполнен в виде фокусирующего объектива, связанного с приводом фокусирования и расположенного между источником света и узлом установки линзы соосно с осью его вращения, оптическая ось источника света смещена относительно оптической оси фокусирующего объектива, между фокусирующим объективом и двухкоординатным фотоприемником установлен светоделитель, после которого1610266 Составитель Т.АйсинРедактор А.Огар Техред М.Моргентал Корре С.Ше оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 3728 Тираж 485ВНИИПИ Государственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рау Подписноеениям и открытиям при ГКНТкая наб., 4/5