RU2003065C1 - Способ измерени и контрол рабочих отрезков объективов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  измерени  и контрол  рабочих отрезков объективоа Сущность изобретени  заключаетс  в том, что контролируемый объектив освещают параллельным пучком лучей, ограниченным по диаметру до размера D. а после объектива устанавливают дополнительную линзу, передний фокус кото2 рой размещают вблизи Зсщнего фокуса контролируемого объектива и, измер   диаметр пучка по крайней мере в одном сечении, определ ют величину несовпадени  фокусов контролируемого объектива и дополнительной линзы X по формуле Устройство содержит установленную в ходе параллельного пучка диафрагму 2, за испытуемым объективом размещен светоделитель 5. а в каждом из каналов - дополнительную линзу 6 или 7. матричный фотоприемник 8, 9; входы фотоприемников обочх каналов подключены к формирователю импульсов 10, а выходы фотоприемников - к смесител м- преобразовател м 11,12, выходы которых подключены к входам схемы управлени  13, котора  подключена к схеме регистрации 14. 2 ел и 1 зпф- лы, 3 ил.

Description

ts

fc) f

&

С)

еч

О

}s-ni

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может быть использовано дл  измерени  и контрол  рабочих объективов .

Широко известны различные способы измерени  и контрол  рабочих отрезков объектипоп: визуальный, фотографический, интерференционный и устройство дл  их осуществлени .

При визуальном способе наблюдательным микроскопом последовательно навод тс  на опорный торец объектива и на изобретение объективом бесконечно удаленного предмета.

По величине перемешивани  микроскопа определ ют рабочий отрезок объектива. Основные недостатки этого способа и устройства заключаютс  в следующем; субьектив- ность определени  резкого изображени , больша  трудоемкость, утомл емость оператора и необходимость его высокой квалификации .

При фотографическом способе провер емый объектив устанавливают опорным торцом на фотокамеру, на известном рассто нии от опорного торца располагают фотопленку. Фотографируют бесконечно удаленный предмет , пленку про вл ют и исследуют.

Нодоста гки способа и устройства: субъективность в расшифровке пленки, мала  производительность, неэкономичность.

Интерференционный способ реализовано устройстве на основе интерферометра Тваймана-Грина. Ввод т в ветвь интерферометра эталонный обьективи по нему юстируют интерферометр. Затем, вместо эталонного объектива став т контролируемый объектив. Перемещают контролируемый объектив вдоль своей оси до получени  интерференционной картины как с эталонным объективом, По величине перемещени  контролируемого объектива определ ют рабочий отрезок объектива. Недостаток способа и устройства , высокие требовани  к юстировке, чувствительность к внешним механическим воздействи м, низка  производительность, обусловленна  как необходимостью юстировки схемы, так и необходимостью перемещени  контролируемого объектива.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  фотоэлектрический способ измерени  рабочих, отрезков объектива и устройство дл  его осуществлени , содержащее последовательно установленные источник параллельного света, представл ющий из себ  осветитель и коллиматор, в фокусе объектива которого установлен тест-объектив, бази- ровочное приспособление дл  размещени  контролируемого объектива, направл юща ,

по которой перемещаетс  базировочное приспособление, механизм перемещени  базировочного приспособлени , устройство дл  измерени  величины перемещени  базировочного приспособлени  с контролируемым объективом (шкала), приемный тест, одноплощадный фотоприемник и регистрирующий прибор.

Контролируемый объектив устанавливают в базировочное приспособление, на объектив направл етс  пучок параллельного света от источника. Предварительно устройство юстируют так, чтобы рисунок приемного теста совпадал с изображением тест-объекта.

Перемещают контролируемый объектив вдоль оптической оси до получени  максимального или минимального сигнала и снимают отсчет по шкале.

Недостаток способа и уст ройства: необходимость перемещени  контролируемого объектива, на что затрачиваетс  значительное врем , кроме того, наличие механического перемещени  снижает эксплуатационную1 надежность устройства из-за износа направл ющей , Целью изобретени   вл етс  повышение эксплуатационной надежности и снижение трудоемкости.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе, в котором объектив

освещает параллельным пучком света в изобретении перед контролируемым объективом ограничивают параллельный пучок до размера D, а после объектива устанавливают дополнительную линзу, перемеща  ее

передний фокус в области заднего фокуса, контролируемого объектива, измер ют размер D пучка, по крайней мере, в одном сечении, при использовании положительной линзы, не совпадающим с ее задней

фокальной плоскостью, определ ют величину X из соотношени :

45

(|г2у)(1+Ь-2 х f414)-f-(s-2y)где X - смещение фокальной плоскости контролируемого объектива от номинального положени ;

foG1 - фокусное рассто ние контролируемого объектива;

fo переднее фокусное рассто ние дополнительной линзы;

2у- расходимость входного параллельного пучка;

L,- рассто ние от дополнительной линзы до измер емого сечени  гп чка лучей и по

величине X суд т о величине рабочего отрезка объектива,

Цель достигаетс  также за счет того, что пучок после дополнительной линзы дел т на два, определ ют размеры сечений каждого пучка Di1 и Da1 с помощью матричных фотоприемников и по полученным данным опрб- дел ют величину смещени  задней фокальной плоскости контролируемого объектива из соотношени :

Di

х f06

хйН(

(i)-f(IH;

()

(1+Ј)-f()Li ,.l-2 рассто ние от дополнительной линзы до фотоприемников.

В устройство дл  измерени  рабочихот- рез ков объективов в известное, содержащее источник параллельного пучка лучей и базировочное приспособление дл  разме- а1ени  контролируемого объектива, введена диафрагма с диаметром, меньшим диаметра объектива, а за объективом размещены светоделитель, в ходе лучей прошедшего и отраженного от него, соответственно, установлены положительна  и отрицательна  линза, передний фокус каждой из которых совмещен с задней фокальной плоскостью испытуемого объектива, за каждой из линз размещен матричный фотоприемник, оба фотоприемника подключены к формирователю импульсов и к смесител м-преобразовател м , выходы которых соединены с входами схемы регистрации разностного сигнала, котора , в свою очередь, подключена к входам узла индикации.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ .и устройство отличаютс  от прототипа отсутствием продольного перемещени  контролируемого объектива дл  совмещени  фокальной плоскости объектива с измерительным устройством и соответственно отсутствием в устройстве узлом дл  осуществлени  этой цели: предметного и приемного тестов, устройства и механизма перемещени  и введением в схему измерени  устройства дополнительных линз и матричных фотоприемников.

Таким образом, предлагаемое решений отвечает критерию новизна.

Сравнение за вл емого решени  с другими техническими решени ми показало, 5 что способов контрол  рабочих отрезков объективов без продольной фокусировки не существует.

Известен однако, способ измерени  фокусных рассто ний линз, основанный на из- 0 мерении размеров сечени  параллельного пучка лучей до измер емой линзы и размера сечени  пучка лучей в задней фокальной плоскости дополнительной положительной линзй ( который не зависит от величины не5 совпадени  задней фокальной плоскости измер емой линзы и передней фокальной плоскости дополнительной положительной линзы. Введение же в схему вместо положительной линзы, отрицательной сразу же да0 ет зависимость размера сечени  пуч.а лучей в любом месте за отрицательной линзой от величины несовпадени  задней фокальной плоскости контролируемого объектива и передней фокальной плоскости

5 отрицательной линзы. Тот же результат будет и при измерении размера сечени  пучка и за положительной линзой в любом месте, кроме задней фокальной плоскости положительной линзы.

0 На фиг. 1 изображена оптическа  схема устройства; на фиг. 2 - схема, по которой осуществл етс  способ измерени  рабочего отрезка в канале с отрицательной линзой; на фиг. 3 - схема, по которой осуществл ет5 с  способ измерени  рабочего отрезка в канале с положительной линзой.

Способ измерени  и контрол  рабочих отрезков объективов заключающийс  в том, что параллельный лучок лучей, исход щий из

0 источника 1 расходимостью 2 у, проходит диафрагму 2 с поперечным размером D, меньшим светового диаметра контролируемого Объектива 2, падает на контролируемый объектив , установленный на базировочном при5 способлении 4 и фокусируетс  в его задней фокальной плоскости Роб.

На пути сход щегос  пучка лучей установлен светоделитель 5, который делит пучок лучей на два пучка.

0 На оси устройства, в ходе лучей, отраженных светоделителем, расположена отрицательна  линза 6. иа оси устройства, в ходе лучей прошедших светоделитель, расположена положительна  линза 7 так. что их

5 передние фокальные плоскости совпадают с номинальным положением задней фокальной плоскости контролируемого объекти -а Роб.ном. После прохождени  линз 6, 7 пучки лучей падают на матричные фотоприемники

О и 9, расположенные на рассто нии Li и La от глрвн ых плоскостей линз б, 7.

С матричных фотоириемникоа снимаютс  сигналы, пропорциональные размерам сечений пучков, падающих на фотоприемники.

При смещении задней фокальной плоскости контролируемого объектива на величину X от поминального положени , т.е, при изменении рабочего отрезка контролируемого объектива относительно номинального значени  на величину X, размер сечени  пуска лучей, падающих на фотоприемник 8, будет

° --x()()

- C-U- ft-)

и соответственно на фотоприемнике 9 будет (Ј-2у)(,+ф-2хх

-f

U . (D

)f2l7u

2y

Дл  повышени  точности контрол  величина X определ етс  по разности размеров сечений пучков на фотоприемниках 8, 9

/rt x

V/

е-М-е -)-8

-2„Ц2-(),

где fi - переднее фокусное рассто ние отрицательной линзы;

fz - переднее фокусное рассто ние положительной линзы.

Сигналы с каждого из фотоприемников 8, 9 представл ют собой разделенную по выходам последовательность импульсов с четных и нечетных матриц фотодиодов, сканирование которых осуществл етс  формирователем импульсов 10, Сигналы с этих выходов поступают на смеси гели-преобразователи 11, 12, которые формируют результирующий сигнал с каждого фотоприемника, компарируют их по пороговому уровню и

преобразуют в сигналы ТТЛ-логики. Узел управлени  13 осуществл ет поочередную тактируемую формирователем импульсов 10 выдачу этих сигналов на схему регистрации разностного сигнала 14. Схема регистрации разностного сигнала 14 выдел ет разностный сигнал двоичной формы, кодирует , запоминает его и выдает на входы узла индикации 15. Узел индикации 15отображает отклонение величины рабочего отрезка контролируемого объектива от номинально- го положени  с указанием знака отклонени . Таким образом, предложенный способ и устройство измерени  и контрол  рабочих

отрезков объективов не требует продольной фокусировки контролируемого объектива при измерении, следовательно, нет механических или электромеханических узлов дл  этой цели, а следовательно, нет износа зтих

узлов, поэтому эксплуатационна  надеж- носгь выше, чем у прототипа.

Поскольку исключаетс  продольна  фокусировка объектива, то врем  контрол  рабочего отрезка меньше, чем у прототипа.

Способ и устройство могут быть осуществлены на практике при задании определенных значений fi и f2.

Пример 1, U - 1-2 0, т е. фотоприемники расположены в непосредственной

близости от пинз, тогда:

Д$ D2 - D I - 2Х (-Ј- - 2у) - V06 }

-(f2+fi)(jr-2y| -4yfU . 4 ТобI

При мамой расходимости параллельно- 4Q го пучка лучей:

ПрИ fi -f2

45

foe

Пусть: fod1 100 мм D 20 мм ДО1 0,4Х 50 При шаге матричного фото прием пика, равном 0,025 мм, цена делени  С устройства будет:

с-$- «миге-м.

т.е. устройство будет фиксировать изменение величины рабочего отрезка с дискретностью 0,0625 мм.

Если расходимость параллельного пучка значительно отличаетс  от нул , то выбирают:

4yF06

Л

fo6

-2у

j

Пример 2. Li f и 12 Ь - h} т.е. фотоприемники располагают: один в передней фокальной плоскости отрицательной линзы, другой - в задней фокальной плоскости положительной линзы.

Тогда:

f-j --1у X-MyfU-f fo61

+ (°-2y|fi;

Uo6

D2 f2

-5fU

2y

При малой расходимости 2 у 0 и при

f I -f2

Если расходимость параллельного пучка значительна, то выбирают:

-Т2 f 1 +

4yfU f-2У

fU

Если фокусное рассто ние foe контролируемого объектива значительно колеблетФормула изобретени 

Claims (3)

1. Способ измерени  и контрол  рабочих отрезков объективов, при котором контролируемый объектив освещают параллельным пучком света, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  времени контрол , перед контролируемым объективом ограничивают параллельный пучок до размера D, а после объектива устанавливают дополнительную линзу, размеща  ее передний фокус в области заднего фокуса контролируемого объектива, измер ют размер D1 пучка по крайней мере в одном сечении при использовании положительной линзы, не совпадающем с ее задней фокальной плоскостью, определ ют величину X из соотношени 

с , то с фотоприемника, расположенного за положительной линзой, снимают сигнал пропорциональный f06 , и после его обработки в электронной схеме используют дл  корректировки информации, сн той с обоих фотоприемников, т.к.

2f-2y-D или при малых расходммост х:

Пример 3. Используетс  только один канал, с положительной или отрицательной линзой и соответственно с одним фотоприемником . Габариты такого устройства меньше , чем в примерах 1 и 2, но примен ть такое исполнение можно только при небольших требовани х к точности контрол  рабочих отрезков, т.к. коэффициент пропорциональности перед X в два раза меньше, чем в примерах 1 и 2, и будет иметь место зависимость от колебаний мощности излучени  осветител  и светопропускани  контролируемого объектива.

Кроме того, здесь нельз  устанавливать фотоприемник вблизи задней фокальной плоскости положительной линзы.

{56} Креопалова Г. В, и др. Оптические измерени . М.: Машиностроение, 1987, с. 165-169.

Там же, с. 169-170.

Кривов зЛ. М. Практика оптической измерительной лаборатории, 1974, с. 202-203.

D -(fe) .)-(&)

где X - смещение фокальной плоскости контролируемого объектива от номинального положени ;

fo6 фокусное рассто ние контролируемого объектива;

fn - переднее фокусное рассто ние дополнительной линзы; 2у - расходимость входного параллельного пучка; L - рассто ние от дополнительной линзы

до измер емого сечени  пучка лучей, и по величине X суд т о величине рабочего трезка объектива.

2. Способ по п.1, отличающийс  тем, что пучок после дополнительной линзы дол т на два, определ ют размеры сечений каждою пучка помощью матричных фотоприемников и по полученным данным определ ют величину смещени  заднем фокальной плоскости контролируе мого объектива из соотношений

,

fo62)

14D , -2x-lu(n)-f-(2

(Ц(1 --arWl-i-rb lTv2

1 Тл I I toG

где , 1-2 - рассто ние от дополнительной линзы до фотоприемников.

3. Устройство дл  измерени  и коптро- и лл рабочих отрезков объективов, содержащее источник параллельного пучка лучей и Оазмророчное приспособление дл  размещени  контролируемого объектива, отлича о

0

5

и

о

ющийс  тем, что, с целью уменьшени  времени контрол  и увеличени  эксплуатационной надежности, перед контролируемымобъективомдополнительно установлена диафрагма, размер которой меньше светового диаметра контролируемого объектива, а за объективами размещен светоделитель, в ходе прошедшего и отраженного от него лучей соответственно установлены перва  и втора  дополнительные линзы, передний фокус каждой из которых совмещен с номинальным положением задней фокальной плоскости испытуемого объектива, за каждой из линз размещен матричный фотоприемник, входы обоих фотоприемников подключены к формирователю импульсов, выходы фотоприемников подключены к смесител м- преобразовател м, выходы которых подключены к пходам схемы управлени , выходы которой соединены с входом схе-. мы регистрации разностного сигнала, вц,- ходы которой подключены к входам узла индикации.

ffluej