SU1525664A1 - Устройство дл контрол фокусировки проекционного объектива - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам проекционной фотопечати. Цель изобретени  - повышение точности устройства контрол  фокусировки. Устройство работает по принципу измерени  разности фаз между двум  сигналами, полученными в результате модул ции светового потока периодическим растром 2. Устройство содержит монохроматический источник 1, линзу 3, два электрооптических кристалла 4. Один из них установлен в +1 пор дке дифракции и соединен с пр мым выходом генератора пилообразного напр жени . Второй установлен в -1 пор дке и соединен с инвертирующим выходом генератора. В результате кристаллы создают такую фазовую задержку, котора  приводит к линейному перемещению изображени  растра 2 в плоскости аналогичного анализирующего растра 11. Фотоприемники 17,18, расположенные за отверсти ми 15 и 16 в фокальной плоскости линзы 12, регистрируют периодический сигнал, фаза которого зависит от положени  плоскости фокусировки. Фильтры 19 и 20, установленные на выходе фотоприемников, устран ют искажени  сигнала, вызванные обратным ходом. Дл  получени  максимального сигнала с фотоприемников энерги  светового пучка перераспредел етс  в пространстве рассеивателем 6. 4 ил.

Description

/

fff

ел ю ел

О) О5 4

(риг.1

, 3 , .152

Изобретение относитс  к устройст- вам проекционной фотопечати, в част- -ности к фотоэлектрическим устройствам контрол  отклонений фотопластины от плоскости резкого изображени  в системах с автофокусировкой.

Цель изобретени  повышение точности устройства.

На фиг, 1 изображена оптическа  схема предлагаемого устройства совместно с проекционным объективом и пластиной;.на фиг. 2а - сигнал на выходе генератора пилообразного напр жени ; на фиг, 26 - смгнал на выходе фотоприемников; на фиг,2в - сигнал на выходе полосового фильтра; на фиг, 3 - распределение световых пучков в зрачке проекционного объектива j на фиг. 4 световые пучки вбли зи анализирующего растра ; Устройство (фиг, 1) содержит осве- /титель (монохроматический источник) 1 -и расположенные последовательно по ходу луча предметный растр 2, линзу 3 два электрооптических кристалла k с нанесенными на их поверхность электродами 5 и рассеиватель 6, Электрооптические кристаллы 4 расположены вблизи фокальной плоскости линзы 3 так, что лучи, образующие 1 дифрак- ционны.й пор док растра 2 проход т через один кристалл, а образующие -1 дифракционный пор док - через второй кристалл ,

Электрооптические кристаллы k изготавливают из материала со значительным электрооптическим эффектом. Электроды 5 нанос т так, чтобы обеспечить при приложении к ним электрического напр жени  пропорциональное изменение коэффициента преломлени  материала кристаллов 4, Так, при .использовании материала типа КДР электроды 5 могут быть нанесены на грани кристал

лов А, перпендикул рно оптической оси OZ материала и параллельные направлению распространени  света, т„е„ опти ческой оси устройства.

Электроды 5 кристаллов k присоединены к противофазным выходам генератора 7 пилообразного напр жени ,

Рассеиватель 6 расположен в : кости, сопр женной с предметным pact-- ром 2,

Далее по ходу лучей устройство содержит полупрозрачное зеркало 8, про-- екционный объектив 9 и фотолластину 10. которые образуют систему, стро fO

5

0

5

0

35

щую автоколлимационное изображение предмета, расположенного в плоскости рассеивател  6, в плоскость анализирующего растра 11J расположенного в плоскости, сопр женной с рассеива- телем б.

За анализирующим растром 11 расположена коллективна  линза 12 и.апер- турна  диафрагма 13 расположенна  в плоскости, сопр женной со зрачком I проекционного объектива 9.

Апертурна  диафрагма 13 имеет два .отверсти  15 и 1б, расположенных децентрированно по разные стороны от оптической оси.

Непосредственно за отверсти ми 15 и 16 расположены фотоприемники 17 и 18, выходы которых соединены через полосовые фильтры 19 и 20 соответственно с входами измерител  21 разности фаз,

Устройство работает следующим образом .

Линза 3 строит изображение предметного растра 2 (фиг. 1) на рассеиватель 6, Вместе с тем, линза 3 собирает в электрооптические кристаллы k световые пучки, образующие -)-1 и -1 дифракционные пор дки соответственно.

Изображение растра 2, которое строилось бы в плоскости рассеивател  6 линзой 3 в отсутствии электро- оптических кристаллов 4, описываетс  синусоидальной функцией амплитуды:

(1+cos(jx), (1)

0

5

где и - амплитуда светового пол ;

А - амплитуда падающего на растр 2 пол  с учетом увеличени  линзы 3;

СА) пространственна  частота растра 2 с учетом увеличени  линзы 3;

X - координата, перпендикул рна  направлению штрихов растра .

Выражение (1) может быть представлено в виде суммы трех составл ющих:

А А U A- -2exp(jcjx)(-JWx) (2)

Кажда  из составл ющих описывает плоскую волну, распростран ющуюс  в определенном направлении, т.е. дифракционный пор док.

Электрооптические кристаллы 4, раё5 мещенные в ходе лучей +1 и -1 дифракционных пор дков внос т в соответст -, вующие пучки дополнительной фазовый набег, величина которого пропорцио5152566

нальна .величине приложенного к соответствующему электрооптическому кристаллу напр жени .

Поскольку к кристаллу, установленному в ходе лучей +1 пор дка, и к кристаллу, установленному в ходе лучей -1 пор дка, напр жение с выхода генератора 7 поступают в противофазе, то фазовые сдвиги в пор дках будут ю представл ть собой:

,KV; 1 tp-.-KV,

(3)

где Lp, и Ц., - фазовые сдвиги в +1 и -1 дифракционных пор дках соответственно;

К - коэффициент пропорциональности; V - мгновенное значение напр жени  на выходе генератора 7.

По вление дополнительного сдвига фаз приводит к изменению функции распределени  амплитуды:

и А+|ехр ( JQX+JKV) -i-lexp (-jax-j KV)

A(1+cos(wx+KV). . (4)

Из формулы (k) следует, что прило- женное напр жение приводит к смещению изображени  растра 2 на рассеи- вателе 6, пропорциональному величине приложенного напр жени .

Напр жение, прикладываемое к кристаллам 4, поступает с выхода генератора 7 пилообразного напр жени  и имеет временную диаграмму, изображенную на фиг. 2а. Это обеспечивает линейное сканирование изображени .

Максимальное напр жение на выходе генератора 7 (фиг. 1) выбирают таким, чтобы обеспечить смещение изображени  растра на период. При этом максимальное значение фазового сдвига, обеспечиваемого электрооптическими кристаллами будет равно +2 if и -Z il соответственно . В этом случае, если не при- нимать во внимание обратный ход, сканирование выгл дит как непрерывное движение изображени  с посто нной скоростью.

Изображение растра 2 строитьс  на поверхности рассеивател  6, а затем через полупрозрачное зеркало строитс  проекционным объективом 9 на поверхность фотопластины 10. Лучи, отраженные от пластины 10, проход т Jэбъeктив Э, отражаютс  от полу

5

35

20

25

зо

.л

-

прозрачного зеркала 8 и формируют в плоскости анализирующего растра 11 автоколлимационное изображение растра 2.

При сканировании изображени  растра 2 в плоскости рассеивател  6 автоколлимационное изображение предметного растра 2 на анализирующем растре 11 также будет перемещатьс . Анализирующий растр 11 имеет такой же шаг и направление штрихов, как и изображение растра 2. В результате штрихи изображени  предметного растра 2 будут при сканировании перекрыватьс  штрихами анализирующего растра 11, что приводит почти к синусоидальной модул ции светового потока, прошедшего через анализирующий растр 11 (фиг. 26), и соответствующему изменению напр жени  на выходе фотоприемников 17 и 18 (фиг. 1). Отличие формы сигналов от -синусоидальной в основном св зано с наличием обратного хода , во врем  которого изображение предметного растра 2 испытывает скачок , а на сигнале наблюдаетс  короткий импульс. Дл  того, чтобы этот импульс не вли л на работу измерител  21 разности фаз, сигналы пропус-. каютс  через полосовые фильтры 19 и 20, настроенные на частоту сканировани . Форма сигналов на выходе полосовых фильтров 19 и 20 приведена на фиг. 2в.

Свет, прошедший через анализирующий растр 11, собираетс  коллективной линзой 12, котора  в плоскости апертурной диафрагмы 13 строит изображение зрачка I t объектива 9. Апер- турна  диафрагма 13 содержит два отверсти  15 и 1б, расположенные децен- трированно относительно оптической оси так, 41 о они накладываютс  на изображение зрачка Ц обьектива 9 без виньетировани  (фиг. 3). Рассеи- ватель 6 (фиг. 1) при этом измен ет угловое распределение падающего на него света так, чтобы максимальное количество света попадало в отверсти  15 и 1б (фиг. 3). При этом световое п тно 22 в отсутствии рассеивател  преобразуетс  в световое п тно 23.

Рассеиватель 6 (фиг. 1) может быть выполнен в виде комбинации из дифракционной решетки и матовой пластинки .

7 .152566

При точной фокусировке плоскость (фиг« 4а) , в которой построено изображение предметного растра 2 (), совпадает с плоскостью, в которой установлен анализирующий растр 11 (фиг. а).

Пучки лучей 25 и 26, выдел емые отверсти ми 15 и 1б (фиг,О в апер-. турной диафрагме 13, стро т изобра- |(- жени  предметного растра 2 в плоскости 2k (фиг, 4а} . В ЭТОЙ плоское- . ти окна анализирующего растра М совпадают с пучками 25 и 2б и, следова- тельнО; начальные растры 11 совпа- дают с пучками 25 и 2б и, следовательно , начальные фазы сигналов, ;соответствующих световым пучкам 25 и 26, прошедших анализирующих растр 11, будут одинаковы,20

В результате сигналы с фотоприемников 17 i-i 18 (фиг. 1) не имеют друг j относительно друга фазового сдвига. Соответственно не будут иметь фазового сдвиге и сигналы на выходах поло 25 соаых фи льтров 19 и 20. В результате измеритель 21 разности фаз, на выходы которого поданы эти сигналы, будет регистрировать нулевой сдвиг

Фа:

соответствующий то|-1ной фокуси40

ровке.

При расфокусировке5 т.е. смещении фрточувств.ггельной пластины 10 вдоль оптической оси, плоскость 2А (фигДб) в которой строитс  изображение предметного растра 2 (фиг. 1), окажетс  смещенной относительно анализирующего растра 11 и в его плоскости пучки 25 и 2б (фиг. 4б) уже не совпадут друг с другом. Соответственно окажутс  сдвинутыми и начальные фазь сигналов, соответствующих световым пучкам 25 и 26. прошедших анализирующий растр 11. Это приводит к по влению фазового сдвига между сигналами фотоприемни- . ков 17 и 18 (фиг. 1), причем знак разности фаз указывает направление, а величина пропорциональна величине расфокусировки. Сигналы с выходов фотоприемников 17 и 18 проход т,через полосовые фильтры 19 и 20 на ды измерител  21 разности фаз показани  которого будут пропорциональны

(- 0

5

0

0

8

сдвигу фаз и соответственно величине расфокусировки.

В предлагаемом устройстве сканирование осуществл етс  с помощью электрооптических кристаллов 4 (фиг.1). Это обеспечивает высокую стабильность частоты сканировани  и отсутствие неконтролируемых смещений изображени  предметного растра.

В результате случайна  погрешность определ етс  только фотоэлектрическими шумами фотоприемников 17 и 18.

Дополнительными достоинствами предлагаемого устройства  вл етс  высокое быстродействие, ограниченное только быстродействием измерител  разности фаз, а также отсутствие движущихс  частей, что обеспечивает высокую надежность и долгове- ность предлагаемого устройства.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  контрол  фокусиров- и проекционного объектива, содержащее последовательно расположенные осветитель , предметный растр, автоколлиг мационную оптическую систему, анализирующий растр, апертурную диафрагму, выполненную в виде двух расположенных по разные стороны от оптической оси отверстий, за из которых установлен фотоприемник, причем фотоприемники соединены со схемой измерени  разности фаз, отличаю щее- с  - тем, что, с целью повышени  точности, в него введены линза расположенна  за предметным, растром, два электрооптических кристалла с электродами, расположенными симметрично относительно оптической оси в ходе лучей +1 и -1 дифракционных пор дков предметного растра, генератор пилообразного напр жени , пр мой зыход которого соединен с электродами первого кристалла, а инвертирующий выход - с электродами второго, и два полосовых фильтра, включенные между фотоприемниками и схемой измерени  разности фаз, а в качестве осветител  использован монохроматический источник излучени .

   / L

   . zz

   Физ.га

   Фии5

   Риг.28

   14

   ,-Xx