Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп

Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АНИЕ

С©мз Советсник

Сощналнстнчесннк республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ7ВЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт; санд-ву (22) аявлено 12.03. 80 (21) 2893691/25-28 (51)M. Кл. с присоединением заявки М

G O»1/OO ЪвударетвеаыФ квмктвт

CCCP ве двлам вэвврвтвнмй н втврытвй (23) ПриоритетОпубликовано 30.12.81. Бюллетень JA 48 (53) УД К531. 715.27(088.8) дата онублнкованнв описании 30 12 81

Л. C. Привер, А.А. Потапов и А,8. Егорыче в

1 (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт при кл математики и кибернетики (71) Заявитель (54) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

МИКРОСКОП

Изобретение относится к оптикоэлектронной измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения перемещения по двум координатам.

Известен двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп, содержащий осветитель, расположенные последовательно по ходу его лучей оптическую систему, вибратор со щелевой диафрагмой, разделитель световых потоков и отсчетный преобразователь с компенсатором и блоком регистрации f1 ).

Недостатком такого микроскопа является сложность конструкции разделиiS теля световых потоков, который требует при работе точных и трудоемких регулировок.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является двух20 координатный фотоэлектрический микроскоп, содержащий осветитель, располо" женные последовательно по ходу его ,лучей оптическую систему, вибратор, разделитель световых потоков, фотоприемники и отсчетный преобразователь с компенсатором и блок регистрации.

Оптическая система состоит из светоделительной пластины, объектива, диафрагмы со щелью с приводом от вибратора. Разделитель световых потоков выполнен в виде объектива, в переднем фокусе которого размещена диафрагма, щелевой контур которой подобен штриховым фигурам, выполненным на объекте, и светоделителя с зеркальной патоской,:. расположенной в заднем фокусе объектива (2).

Недостатком такого микроскопа является сложность оптической системы и низкая точность измерения деформаций, обусловленная значительным ослаблением,световых потоков в оптическом тракте из-за наличия светоделительных элементов и диффузионного отражения света от шкалы со штрихом. Другим недостатком микроскопа является низ кая стабильность, вызванная дрейфом центра колебаний вибратора, который приводит к изменению амплитуды сканирования вибратора. Поэтому приборы подобного типа могут работать только в режиме нуль-индикатора, а отсчет показаний возможен только при нали1 чии в них оптического компенсатора и сложной системы автоматического управ. ления им.

Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, ито оптическая система выполнена в виде последовательно расположенных по. ходу световых лучеи диафрагмы, сканатора, объектива и располагаемого на контролируемом объекте выпуклого зеркала, оптический центр которого находится в плоскости изображения объектива, фотоприемники расположены крестообразно на диафрагме оптической системы со стороны сканатора, диа фрагма оптической системы выполнена с точечным отверстием, а сканатор " в виде оптического клина, установлен- ного с возможностью вращения вокруг оси оптической системы.

На фиг. 1 изображена оптическая схема фотоэлектрического микроскопа; на фиг. 2 " ход лучей в фотоэлектрическом микроскопе при отсутствии смешения объекта; на фиг. 3 - то же, при наличии смещения объекта; на фиг. 4вид А-А на фиг.1; на фиг. 5 - блок регистрации.

Микроскоп содержит осветитель 1, оптическую систему, включающую в себя диафрагму 2 с точечным отверстием, сканатор 3, объектив 4 и выпуклое зеркало, устанавливаемое на контролируемом объекте 6. На диафрагме 2 со стороны, обращенной к объективу

4, расположены крестообразно четыре" фотоприемника 7-10.

Осветитель 1 установлен в неподвижном корпусе 11, сканатор 3 выпол нен в виде оптического клина, уста-. новленного с возможностью вращения вокруг оси О-О оптической системы.

Сканатор 3 установлен во вращающемся полом цилиндре 12.

С корпусом 11 соединен тубус 13, в котором установлен объектив 4.Блок регистрации на каждой .иэ координат содержит усилители 14, формирователи 15 импульсов, триггер 16, интегри рующую RC"öåïîNêó 17 и регистрирующий прибор 18. женных фотоприемников 8, 10 (7, 9) соответствуют одной иэ координат конт-. ролируемого объекта 6. Ее определение производится с помощью блока регистрации (фиг. 5). В случае отсутствия смещения на контролируемом объекте 6 центр окружности сканирования совпадает с центром диафрагмы

ЗО 2. Импульсы с фотоприемников 8, 10 следуют через одинаковые интервалы, и сигнал с триггера 16 имеет вид меандра с постоянной составляющей, равной нулю. При наличии смещения контролируемого объекта б оптический центр выпуклого зеркала 5 сдвинется, например вправо (фиг. 3), на расстояние х. Путем построения изображения по законам геометрической оптики и простых расчетов видно, что изображение (а точнее центр сканирования) сместится влево на расстояние д у 2х-, 4S Где cf = АО у т ОС ° ApH этом импульсы с фотоприемников 10, 8 следуют через различные интервалы и интегрирующая RC"цепочка 17 выделяет из сигнала триггера 16 постоянную составляющую, >в пропорциональную смещению х. При этом величина К = — равна увеличению

23 фотоэлектрического микроскопа.

SS з о !

26

3 4

Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп работает следующим образом.

Для пояснения работы рассмотрим ход лучей в микроскопе без учета влияния сканатора 3 - оптического клина.

Лучи света, выходящие иэ точечного отверстия диафрагмы 2, образуют изобра. жение световой марки в точке С, в которой находится оптический центр выпуклого (сферического) зеркала 5.

Отраженные лучи возвращаются в точку

А, образуя в ней действительное изображение (фиг. 1). Оптический клин отклоняет световые лучи, и изображение оказывается в точке В (Фиг. 2), которое сканирует по окружности при вращении оптического клина-сканатора 3. Световое пятно В поочередно пересекает фотоприемники 7-10, в которых возникают импульсы (фиг. 2 и 4), ;Сигналы с двух противоположно располоОптический тракт данного микроско" па обладает высоким коэффициентом передачи иэ-за отсутствия светоделительных элементов и использования зеркального отражения от выпуклого зеркала, расположенного на контролируемом

S 89 объекте, что позволяет применять в качестве фотоприемников фотодиоды.

Применение вращающегося клина для сканирования практически исключает дрейф нуля, ибо смещения оси вращения клина в первом приближении на влияют на ход лучей в приборе. Кроме того, вращающийся клин в качестве сканатора обеспечивает постоянство амплитуды сканирования, что дает возможность проводить отсчет показаний, т.е. измерение перемещений по двум координатам, а не только нуль-индикацию. .При круговом сканировании смещение х пропорционально напряжению на выходе интегрирующей RC-цепочки и выражается следующим равенством В х =* х sfn—

О 2 V где V - амплитуда сигнала на выходе

О триггера 16; хо - амплитуда сканирования.

При х 4<х х = — - -в V

7 х о 2Чо

Использование в описываемом двухкоординатном фотоэлектрическом микроскопе оптической системы, выполненной в виде. последовательно расположенных по ходу лучеи диафрагмы с "точечным" отверстием, сканатора, выполненного в виде вращающегося оптичес. кого клина, объектива и выпуклого зеркала, оптический центр которого расположен в плоскости изображения объектива, и расположение фотоприем" . ников коестообразно на диафрагме оптической системы со стороны сканатора выгодно отличает изобретение от уже известных, так как позволяет осуществить измерение по двум коор" динатам с более простой, а следовательно, и дешевой оптической системой.

Предварительные испытания показали, что точность описываемого микроскопа превышает точность известных двухкоординатных фотоэлектрических микроскопов. формула изобретения

Двухкоординатный фотоэлектрический микроскоп, содержащий осветитель, оптическую систему, фотоприемники

15 и блок регистрации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения конструкции, оптическая система выполнена в виде последовательно распо5В ложенных по ходу световых лучей диафрагмы, сканатора, объектива и распо лагаемого на контролируемом объекте выпуклого зеркала, оптический центр которого находится в плоскости изоб25 ражения объектива, фотоприемники расположены крестообразно на диафрагме оптической системы со стороны сканатора, диафрагма оптической системы выполнена с точечным отверстием, а

5Е сканатор - в виде оптического клина, установленного с возможностью вращения вокруг оси оптической системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

М 363859, кл. G 01 B 7/16, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 587322, кл. G 01 В 11/00, 1978 (прототип).

11

Редактор С.Тараненко

Составитель Л. Лобэова . Техред:Т. Иаточка Корректор H. Демчик,Заказ 11463/61 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 м«» «»« »«ююе ееме меюею

Филиал ППП "Патент",r Ужгород, ул. Проектная, 4