Устройство для определения величины и знака дефокусировки

Устройство для определения величины и знака дефокусировки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И ЗНАКА ДЕФОКУСИРОВКИ для систем с переключающимися фокусными расстояниями, содержащее коллиматор, расположенное на оптической оси фотоприемное устройство, связанные с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток , подключенный вместе с фотоприемным устройством к регистрирующему прибору, отличающееся тем, что, с целью-сокращения времени и повышения точности измерений, модуляторы выпоошены в виде двух соосных, параллельных и развернутых друг относительно друга на 180° полудисков , разнесенных по оси вращения на расстояние 5 и наклоненных к ней под углом об arctg - : где расстояние между осью вращения модуляторов и оптической осью, 5 зона смещения плоскости изображения .при переключении фокусных расстояний , причем каждьй модулятор выполнен в виде растра из прозрачных и непрозрачных полос с щагом на расстоянии S/ cos о от его центра , равным диаметру изображения точечного тест-объекта соответственно для каждого значения фокусного расстояния.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) С 03 В 3/00 .

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3653388/24-10 (22) 11.10.83 (46) 30.05.85. Вюл. N - 20 (72) А.M.Äóáèíoâñêèé и N.Ä.Ñòåðèí (53) 535.8(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 883843; кл. 5 03 В 3/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

У 382049, кл, G 03 В 3/00, 1970. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЕЛИЧИНЫ И ЗНАКА ДЕФОКУСИРОВКИ .для систем с переключающимися фокусными расстояниями, содержащее коллиматор, расположенное на оптической оси фотоприемное устройство, связанные с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток, подключенный вместе с фотоприемным устройством к регистрирующему прибору, о т л и ч а ю щ е е с я

„„SU„„1158963 тем, что, с целью -сокращения времени и повышения точности измерений, модуляторы выполнены в виде двух соосных, параллельных и развернутых друг относительно друга на 180 полудисков, разнесенных по оси вращения на расстояние и наклоненных к ней

E под углом с = arctg —: где расстояние между осью вращения модуляторов и оптической осью, 5 зона смещения плоскости изображения при переключении фокусных расстояний, причем каждый модулятор выполнен в виде растра из прозрачных и непрозрачных полос с шагом на расстоянии S/ cosA от его центра, равным диаметру изображения точечного тест-объекта соответственно для каждого значения фокусного расстояния.

1 l I S8

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано при определении величины и знака дефокусировки оптических систем с переключаемым фокусным расстоянием.

Известны устройства для определения дефокусировки оптической системы, а также устройства для автоматической фокусировки оптических устройств, которые также могут быть >О использованы для определения величины и знака дефокусировки Е13.

Недостатком такого устройства является сложность, обусловленная наличием дополнительных оптических элементов и нескольких фотоприемников. Кроме того, при создании двух изображений трудно добиться одинакоьых характеристик фотоприемных каналов, особенно при их нестабиль- 2п ности во времени, что может вы- . звать ошибки в определении плоскости фокусировки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 2 устройство для определения величины и знака дефокусировки, содержащее коллиматор, расположенное на оптической оси фотоприемное устройство, связанное с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток, подключенный вместе с фотоприемным устройством к регистрирующему прибору 2 1.

Недостатком данного устройства

35 является наличие в нем диафрагм.

Поскольку при переключении в оптической системе фокусного расстояния возможны сдвиги иэображения тестобъекта как вдоль оптической оси, так4 и в плоскости, ей перпендикулярной, то всегда будут возникать трудности с выставкой диафрагм, что потребует большего времени на измерение дефокусировки и отразится на их точности.

Цель изобретения — сокращение времени и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения величины и знака дефокусировки для систем с переключаемым фокусным расстоянием, содержащем коллиматор, расположенное на оптической оси фотоприемное устройство, связанные Ы с электроприводом два модулятора и генератор опорных меток, подключенный вместе с фотоприемным устройст963 вом к регистрирующему прибору, модуляторы выполнены в виде двух соосных параллельных и развернутых друг относительно друга на 180 полудисков, разнесенных по оси вращения на расстояние 5 и наклоненных к ней под углом с = arctg 1/S, где 1 — расстояние между осью вращения модулятора и оптической осью, 5 — зона смещения плоскости изображения при переключении фокусных расстояний, причем каждый модулятор выполнен в виде растра из прозрачных и непрозрачных радиальных полос с шагом на расстоянии 9 /созе от его центра, равным диаметру изображения точечного тестобъекта еоответственно для каждого значения фокусного расстояния .

На фиг.l изображена блок-схема устройства; на фиг.2 — растр первого модулятора; на фиг.3 — растр второго модулятора; на фиг,4 — эпюры напряжений на выходе фотоприемного устройства и генератора опорных меток.

Устройство состоит из коллиматора

l с точечной диафрагмой, исследуемой оптической системы 2 с переключаемым оптическим компонентом 3 для дискретного изменения фокусного расстояния системы, фотоприемного устройства 4,. расположенного на оси оптической системы позади плоскости фокусировки, регистрирующего прибора

5, например двухлучевого осциллографа, электропривода 6, на валу которого установлен генератор 7 опорных меток, первый 8 и второй 9 модуляторы. Между регистрирующим прибором 5

"и выходом фотоприемного устройства 4 для удобства измерений могут быть включены два узкополосных фильтра

10 и Il, коммутируемые переключающим устройством 12.

Устройство работает следующим образом.

Оптическая система 2 создает изображение диафрагмы коллиматора 1 в плоскости фокусировки, пересечение которой с оптической осью системы обозначено на фиг,l точкой О, .Зона вбзможнаго перемещения этой точки вдоль оптической оси за счет технологических и конструктивных погрешностей оптической системы, а также при включении компонента 3, дискретно изменяющего фокусное расстояние, обозначено буквой 5 . Ось модулятора параллельна оптической оси з 1158

O. и отстоит от нее на расстояние, оба модулятора 8 и 9 наклонены к оптической оси под углом .

Размер рабочей эоны первого модулятора между точками А и М выбран таким, чтобы при вращении модулятора от электропривода 6, он полностью проходил через все точки зоны 5 .

Этот размер составляет S /cps d..

Размер рабочей зоны вто! .эго модуля- 10 тора 9 находится между точками В и и и также равен S/cps с! .

Расстояние между модуляторами

8 и 9 выбрано таким, чтобы каждый из них своей рабочей зоной полностью перекрывал зону S. Из фиг.! видно, что это расстояние равно S.

Расстояние P между оптической осью и осью модулятора выбирается из соотношения 3 = 5 о

Размер изображения тест-объекта при прочих равных условиях пропопционален фокусному расстоянию оптической системы. Первый модулятор 8 предназначен для анализа иэображения, получаемого при меньшем фокусном расстоянии оптической системы 2, а второй модулятор 9 — при большем фокусном расстоянии. Соответственно, шаг растра В„(фиг,2) модулятора 8 на расстоянии от его центра, равном 5/cos еС, т.е. в тех точках, которые пересекают прн вращении модулятора оптическую ось, равен расчетному размеру изоб.ражения тест-объекта при установленном меньшем значении фокусного расстояния, а шаг % растра модулятора 9 (фиг.3 } — при большем значении фокусного расстояния. Очевидно, что Ь /Ь = jz/j

40 где („и ) — значения дискретных фокусных расстояний.

Когда в оптической системе 2 установлено малое расстояние, пер- 45 вый модулятор 8 последовательно проходит вдоль оптической оси всю жизону возможного смещения изображения

Сигнал с фотоприемного устройства 4 подается на первый вход $0 регистрирующего прибора (двухлучевого осциллографа 5 1, а на второй его вход подается сигнал с генератора 1 опорных меток.

Генератор 7 опорных меток может И быть выполнен в виде излучателя и фотоприемника, между которыми помащен закрепленный на оси электропри963 4 вода диск с прорезями. Импульсные сигналы генератора 7 создают на экране осциллографа. масштабную сетку, идентифицирующую линейные смещения вдоль оптической оси в пределах эоны 5. Шаг масштабной сетки выбирается исходя из требуемой точностй измерения.

В силу того, что модулятор 8 пересекает своей рабочей зоной, отстоящей от его центра на величину 5/соМ всю область смещений 5 по оптической оси, происходит анализ изображения вдоль оптической оси в зоне 1.

В точке, определяемой пересечением плоскости изображения с оптической осью, размер иэображения равен шагу растра Ь„. Это соответствует .наибольшей величине модуляции сигнала с фотоприемного устройства 4. В осталь,ных точках зоны 5 размер изображения точечного тест-объекта больше шага b,. за счет расфокусировки, что вызывает уменьшение глубины модуляции и соответственно уменьшение сигнала с фото" приемного устройства 4.

Таким образом, в точке, соответст" вующей фокальной плоскости,фиксируется максимальное значение сигнала.

На фиг.4 изображены эпюры напряжений на экране осциллографа. На эпюре !

3 показано напряжение при малом фокусном расстоянии, а на эпюре !4— опорные метки. Из эпюр видно, что фокальная плоскость соответствует точке F„. Для того, чтобы из сигнала, снимаемого с фотоприемного устройства

4, исключить составляющую, определяемую модуляцией вторым модулятором

9, между выходом фотоприемного устройства 4 и входом осциллографа

5 можно включить фильтр 10, настро-, енный на частоту сигнала, определяемого частотой вращения модулятора и пространственной частотой растра ... модулятора 8. При этом за счет изменения частоты при переходе от модулятора 8 к модулятору 9 на вход осциллографа подает сигнал только с частотой модуляции, соответствующей работе модулятора 8.

При измерении дефокусировки, spsиикающей. при включении большего фокусного расстояния, переключателем

12 может быть включен фильтр ll настроенный на частоту, пропорциональную пространственной частоте растра модулятора 9. При этом устрой1158963

Роа. 3

Риа, Я

Рие. Ф

ВНИИПИ Заказ 3584/46 l Тираж 448 Подписное филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ство работает аналогично описанному случаю, соответствующему малому фокусному расстоянию.

На эпюре 15 показано напряжение на выходе фотоприемного. устройства для данного случая. Из нее видно, что фокальная плоскость соответствует точке Fz,, Таким образом, расстояние между точками Г„ и определяет величину и знак дефокусировки, возникающий при дискретном перемещении фокусного расстояния..В результате измерения можно легко определить величину и

5 направления юстировочной подвижки компонента 3 оптической системы 2 для совмещения фокальных плоскостей.

Данное устройство позволяет сократить время измерений при одновременном повышении их точности.