SU1004796A1 - Устройство дл измерени рабочего отрезка объективов - Google Patents

Description

() УСТРОЙСТВО дл  ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО ОТРЕЗКА ОБЪЕКТИВОВ

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  технического измерени  и аттестационного контрол  величины отрезка объективов в услови х серийного и массового производства, в частности при контроле и юстировке объективов, установленных в съемочные камеры с Известно устройство, содержащее источник света, оптическую систему, механизм перемеи.ечи  элемента оптической системы f I 3Недостатком устройства  вл етс  субъективность контрол  и мала  производительность с Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  уст ройство, содержащее источник света, тест-объект, оптическую систему пере носа изображени  тест-объекта в плос кость анализа, механизм перемещени , св занный с объективом, микрооб ектив с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток , одна из которых нормирующа , фотоприемник, два канала обработки сигнала, каждый из которых состоит из узкополосного фильтра, детектора и фильтра нижних частот, причем узкополосный фильтр, имеющий полосу пропускани , соответствующую частоте нормирующей штриховой решетки растра, подключен к первому каналу, фазовую схему управлени  механизмом перемещени  объектива, генератор опорного напр жени , св занный с приводом микрообъектива и первым входом фазовой схемы, два ключа, компаратор и источник опорного напр жени , выходы фильтрв нижних частот соединены с информационными входами ключей, управл ющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены GO вторым входом фазовой схемы управлени , второй вод компарагора подключен к выходу фильтра ниж них частот второго канала 2. В известном устройстве первый вх компаратора подключен к источнику опорного напр жени ™ Недостатком устройства  вл етс  зависимость точности измерений от светопропускани  объектива, величины диафрагмировани  объективу, стабильности светового потока источник света, а также от качества объекти ва, т.е, его коэффициента передачи модул ции на высокой пространствен ной частоте о При контроле рабочего отрезка в юстировке объектива, установленного в съемочную камеру, величина све тового потока зависит от отражающей способности пленки, котора  не норм руетс  и может измен тьс  в значительных пределах. Указанные обсто тельства привод т к тому, что при дальней фокусировке (при низкочастотной пространственной фильтрации изображени  тес объекта, и модул ции низкочастотного сигнала), след ща  система может обладать недостаточной чувствительностью , т;е, не фокусировать, не т нуть объектив издалека, а при ближней фокусировке (при высокочастотной пространственной фильтрации изображени  тест-объекта и модул ции высокочастотного сигнала), при уменьшении высокочастотного сигнала , по вл етс  статическа  ошибка измерени , так как не хватает чувствительности и след ща  система н дот гивает объектив до положени  совмещени  его фокальной плоскости с плоскостью анализа о При большем высокочастотном сигнале возможно возникновение автоколебаний из-за перерегулировани , вы зываемого инерционностью узлов меха низма перемещени  объектива Данные недостатки вызваны изменением низкочастотного и высокочаст ного сигналов из-за изменени  величины светового потока, попадающего на фотоприемник (фиг. 2а), а дл  вы сокочастотного сигнала из-за различ ного качества изображени  тест-объекта , формируемого объективом, т.е. качества объектива. Кроме того, в известном устройстве не оптимизировано врем  контрол , так как при дальней фокусировке след ща  система при модул ции низкочастотного сигнала вначале фокусирует объектив с малой скоРОСТЫ9 , затем скорость возрастает, затем вновь уменьшаетс , при близкой фокусировке, npvi модул ции высокочастотного сигнала скорость фокусировки также переменна. Изменени  скорости фокусировки аызвань изменением наклона расфокусировочных кривых, формируемых при перемещении объектива, и как следствие , изменением глубины модул ции низкочастотного и высокочастотного сигналов, привод щие к изменению управл ющего напр жени , поступающего на механизм перемещени  объектива о Целью изобретени   вл етс  повышение точности и быстродействи  измерений ,,. . Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство снабжено управл емым усилителем, делителем, двум  источниками опорного напр жени , двум  дифференциальными усилител ми, двум  дополнительными ключами, двум  дополнительными фильтрами нижних частот, блоком выделени  модул , вход управл емого усилител  подключен к фотоприемнику , выход соединен с входами узкополосных фильтров, дополнительные источники опорного напр жени  через дифференциальный усилитель и первый дополнительный ключ водном случае и дифференциальный усилитепь, фильтр нижних частот и второй дополнительный ключ в другом случае соединены с управл ющим входом управл емого усилител , выход фазовой схемы управлени  через дополнительный фильтр нижних частот и блок выделени  модул  соединен с дифференциальным усилителем, вход фильтра нижних частот первого канала через делитель соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен с управл ющими входами первого и второго дополнительных ключей , выход фильтра нижних частот второго канала соединен со входом дифференциального усилител , На 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг„ 2 эпюры напр жений, формируемых п-ри фокусировании, на выходе некоторых основных узлов„ Устройство содержит источник 1 света , конденсор 2, тест-объект 3, выполненный в виде щелевой диафрагмы, полупрозрачный элемент 4, коллиматорный объектив 5, съемочную камеру 6 с фотопленкой 1, установленной в фильмовом канале камеры 6, микрообъектив 8, ДИСК 9 анализатора, при ьод 10, фотоприемник 11, управл емый усилитель 12, полосовые .фильтры 13 и 1, детекторы 15 и 1б, фильтры 17 и 18 нижних частот, делитель 19, компаратор 20, конденсаторы 21 и 22/ ключи 23 и 2, источники 25 и 2б опо ных напр жений дифференциальные уси лители 27 и 28, ключ 29, фильтр 30. нижних частот, ключ , привод 32, генератор 33 опорного напр жени , фа зочувствительный детектор 3, усилитель 35 мощности, электродвигатель 36, механизм 37 перемещени  (привод) отсчетное устройство 38, фильтр 39 нижних частот, блок 0 выделени  модул , контролируетс  объектив 41 Устройство работает следующим образом . Тело накала источника 1 света про ектируетс  с помощью конденсора 2 с на щелевую диафрагму 3 Изображение щелевой диафрагмы 3, расположенной в фокальной плоскости коллиматорного объектива 3 с помощью полупрозрачного элемента t, коллиматорного объектива 5 контролируемого объекти ва 1, отраженное от фотопленки 7, строитс  в обратном ходе в плоскости анализа, котора  с помощью микрообъектива 8 переноситс  в плоскость, в которой установлен диск 9 анализатора , вращаемой приводом 10 Диск 9 анализатора проводит пространственный анализ спектра изображени  щелевой диафрагмы, имеющий спектр, близкий к непрерывному, Свет вой поток, промодулированный частота ми, определ емыми пространственной частотой нанесенных штриховых решеток на диск 9 анализатора и скоростью его вращени , попадает на фотоприемник И . Генератор 33 опорных напр жений св зан с приводом 32, передающим колебательные движени  микрообъективу 8 о Колеблющийс  микрообъектив осуществл ет глубинное сканирование изображени  щелевой диафрагмы 3, осу ществл   амплитудную модул цию, эле трического сигнала, снимаемого с фотоприемника 11 (фиго 2а). Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника 11, усиливаетс  управл емым усилителем 12, и поступает на полосовые фильтры 13 и k, выдел ющие первые гармонические составл ющие , амплитуда которых св з&на с текущим положением контролируемого объектива tl (фиг, 2а - расфокусировочные кривые дл  двух пространственных частот: № 1 - низка  пространственна  частота, № 2-высока  пространственна  частота). Сигналы с выхода фильтров детектируютс  детекторами 15 и 16, сглаживаютс  фильтрами 17 и 18 нижних частот. Модулирующа  огибающа  отдел етс  от посто нной составл ющей конденсаторами 21, 22 и поступает на информационные выходы ключей 23 и , с выхода которых поступает на второй вход фазочувствительного детектора 3, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 33 опорных напр жений. Напр жение с выхода фазочувствительного детектора З усиливаетс  усилителем 35 мощности и поступает на электродвигатель Зб, который враща сь перемещает механизм 37 перемещени , св занный с контролируемым объективом 1, или коллиматорным объективом 5. При нахождении контролируемого объектива k в положении, соответствующем совмещению фокальной плоскости контролируемого объектива 1 с плоскостью фотопленки 7, при сканировании микрообъективом 8 на конденсаторах 23 и 24 выдел етс  модулирующа  огибающа , перва  гармонически составл юща  которой равна удвоенной частоте сканировани  микрообъектива 8 (фиг 2а). При этом на выходе фазочувствительного детектора 3 формируетс  напр жение, посто нна  составл юща  которого равна нулю и контролируемый объектив tl не перемещаетс . При смещении фокальной плоскости контролируемого объектива 1 относительно плоскости фотопленки 7 на конденсаторах 21 и 22 выдел етс  модулирующа  огибающа , перва  гармоничес-. ка  составл юща  которой равна частоте сканировани  микрообъектива 8, а фаза зависит от знака смещени  фокальной плоскости контролируемого объектива АК На выходе фазочувствительного детектора формируетс  пульсирующее напр жение соответствующего знака (фиг. 2б), которое перемещает контролируемый объектив 41 в положение, соответствующее его фактическому рабочему отрезку, величина которого очи7100 с помощью отсчетного устройтываетс  ства 38. Вместо пленки 7 в устройстве может быть установлено зеркало, с которым может быть св зан механизм 37 перемещени , При значительном смещении контролируемого объектива от положени , соответствующего фактическому рабочему отрезку, напр жение на выходе филь тра 18 нижних частот близко к нулю. При этом устройство работает при модул ции расфокусированной кривой, сформированной на низкой (нормирую-щей ) пространственной частоте (фиг.2а кривых 1,1). При малых смещени х контролируемого объектива 1, на выходе фильтра 18 нижних частот формируетс  напр жение , и устройство работает при модулйции рас:фокусировочной кривой, сфор мированнои на высокой пространственной частоте, у которой помимо основн го центрального максимума, характери зующего фокальную плоскость контролируемого объектива k, симметрично расположены побочные максимумы. При превышении напр жени  на выхо де фильтра 18 нижних частот выходного напр жени  делител  19, вход кото рого подключен к выходу фильтра 17 нижних частот, срабатывает компаратор 20, выходной сигнал с которого запирает ключ 23 и отпирает ключ 24, При этом происходит переключение каналов, выдел ющих огибающие. Уровень срабатывани  компаратора 20 устанавливаетс  выше амплитуды побочных максимумов нэ расфокусировочной кривой дл  высокой пространственной частоты. Подключение делител  19 к выходу фильтра 17 нижних частот приводит к независимости момента переключени  каналов от величины светового потока , поступающего на фотоприемник, и от величины коэффициента усилени  управл емого усилител  12„ Таким образом, при значительных расфокусировках работа устройства ос новываетс  на модул ции расфокусиров НОИ кривой, полученной при анализе изображени  щелевой диафрагмы 3 на низкой (нормирующей) пространственной частоте, затем на модул ции расфокусировочной кривой, полученной при анализе изображени  щелевой диa iparMbi на высокой пространственной частота, с исключением вли ни  побоч ных Мг11 ilVf.iOB. При работе устройства на низкой пространственной частоте пульсирующее двухпол рное напр жение, снимаемое с выхода фазочувствительного детектора З, сглаживаетс  фильтром 39 нижних частот и поступает на вход блока 0 выделени  модул , выходной сигнал с которого поступает на второй вход дифференциального усилител  27. На первый вход дифференциального усилител  27 подаетс  напр жение с . источника 25 опорных напр жений. Выходное напр жение дифференциального убилител  27 через открытый ключ 29, управл емый компаратором 20 , поступает на управл ющий вход управл емого усилител  12о При фокусировании на низкой пространственной частоте коэффициент усилени  управл емого усилител  12 нелинейно измен етс , обеспечива  максимальную скорость перемещени  контролируемого объектива. Величина скорости задаетс  уровнем напр жени , формируемого источника 25 опорного напр жени , и не зависит от величины светового потока, попадающего на фотоприемник 11 (фиг, 2в). Блок 0 выделени  модул  обеспечивает формирование однопол рного напр жени , поступающего на вход дифференциального усилител  27 из двухпол рного. При фокусировке на высокой пространственной частоте напр жение, снимаемое с фильтра 18 нижних частот, поступает на второй вход дифференциального усилители 28. На первый вход дифференциального усилител  28 подаетс  напр жение с источника 26 опорных напр жений. Выходное напр жение дифференциального усилител  28 через фильтр 30 нижних частот и открытый ключ 31, управл емый компаратором 20, поступает на управл ющий вход управл емого усилител  12. Ключ 29 при этом закрыт. При фокусирований на высокой пространственной частоте коэффициент усилени  управл емого усилител  12 нелинейно измен етс , обеспечива  неизменность амплитуды центрального максимума расфокусировочной кривой, при изменении величины светового потока , попадающего на фотоприемник 11, а также при изменении качества объектива , привод 1чего к изменению амплитуды центрального максимумаУровень поддерживаемой ампитуды устанавливаетс  величиной нэпр жкчи , формируемого источником 26 опорного напр жени .При этом поддерживаетс  посто нна  чувствительность след щей системы при точном фокусировании, и максимальна  скорость фокусировани , При автоматической установке вели чины рабочего отрезка объектива 1 механизм 37 перемещени  замен етс  приводом 37, св занным с юстировочны 1ССЯТьцом контролируемого объектива 41 При этом происходит перемещение не всего объектива 1, а одного из его компонентов (линзы). Объектив остаетс  неподвижным, а автоматически происходит установка его рабочего отрезка путем .перемещени  одного из оптических компонентов. Возможна реализаци  устройства, по которому управл емым усилителем выпол н етс  не усилитель 12, а усилитель 35 мощности, с управл ющим входом которого соедин ютс  выходы ключей 29 и 31. В устройстве последовательно осуществл ютс  два взаимосв занных режи ма работы след щей системы. Причем эти режимы об зательно взаимосв заны так как если использовать только пе вый режим работы, то после окончани  фокусировани  на низкой пространственной частоте нельз  установить, определенную посто нную чувствительность след щей системы из-за причин, указанных в критике прототипа (по вление статической ошибки или перерегулирование - возникновение автоколебаний).

Посто нное поддерживание амплитуды максимума высокочастотного сигнала также не возможно, так как такой сигнал формируетс  только после окончани  фокусировани  на низкой пространственной частоте,

Только после окончани  фокусировани  по низкой пространственной частоте (первый режим) устанавливаетс  определенна  чувствительность след щей системы, отличающейс  от чувствительности в первом режиме,, так как критерии оптимизации чувствительности дл  первого и второго режимов различны.

Использование предлагаемого устройства позвол ет на его основе проектировать приборы дл  контрол  и автоматической установки рабочих отрезков объективов при их юстировке, в частности объективов, установленных в съемочные камеры, в услови х серийного и массового производства, обладающие высокой точностью измерени .

Claims (1)

1. Бардин А„Н. Сборка и юстировка оптических приборов, М., Высша  школа , 1968, с. 262,

., Авторское свидетельство СССР № 879357, кл. G 01 М 11/00, 1979 (прототип).