Все перечисленные устройства, несмотря на массу положительных свойств (высокая точность и производительность, малые габариты, объективность полученных результатов), имеют один существенный недостаток – наличие подвижных механических элементов, которые могут снизить точность измерения и производительность труда. В связи с этим целесообразно рассмотреть возможность исключения из схемы измерения подвижных элементов.

Решение данной задачи возможно при использовании позиционно-чувствительных элементов в виде линеек фотодиодов или линеек на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Однако в настоящее время размеры таких линеек ограничены и поэтому желательно проанализировать возможность их применения.

На первый взгляд, можно было бы установить в двух измерительных плоскостях по две линейки таким образом, чтобы расстояние между краями линеек было немного больше расстояния между щелями непрозрачного экрана коллиматора (между параллельными пучками лучей). Однако в силу конструктивных особенностей фотоприемных устройств они имеют сравнительно большой поперечный габарит и фотоприемные устройства первой измерительной плоскости будут закрывать фотоприемные устройства второй измерительной плоскости. Для выхода из этого тупикового положения за контролируемым компонентом установим блок призм (рис. 8), состоящий из двух склеенных призм с полупрозрачной гранью склейки, который разделит пучки лучей и создаст две измерительные плоскости. Если фотоприемные устройства приклеить входными стеклянными плоскостями к выходным граням блока призм, то создается жесткая, стабильная система.

Рисунок 8

Выведем рабочую формулу для определения фокусного расстояния линзы с помощью устройства, построенного на основе описанного выше блока призм.

Из рис. 8 видно, что

где f '_л – фокусное расстояние контролируемой линзы;
      а – расстояние между щелями непрозрачного экрана.

Задачей блока призм является создание двух измерительных плоскостей, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Для фиксирования смещения узкого пучка лучей на выходных гранях призмы приклеены два фотоприемных устройства, светочувствительные площадки которых как раз и образуют эти измерительные плоскости, в которых происходит снятие отсчета смещения пучка (отрезки х, у) от нулевого положения. На основании полученных данных, из свойства редуцированной пластинки, определяется tgα

где у, х – величины смещения светового пучка в двух измерительных плоскостях;
      d₁ – расстояние от входной грани призмы до первой измерительной плоскости;
      d ' – расстояние от входной грани призмы до второй измерительной плоскости;
      n – показатель преломления стекла призм.

Расстояние d ' удобно выбрать таким, чтобы соблюдалось равенство d ' = d₁/n. Тогда d '/n = d/n². Отсюда получим

.

При отсутствии контролируемого компонента можно контролировать параллельность узких пучков лучей. Расстояние между узкими пучками лучей на выходе коллиматора (расстояние между центрами щелей непрозрачного экрана 5), должно быть равно расстоянию, измеренному при помощи фотоэлектронных устройств. Эти же отсчеты по каждому из устройств можно принять за нулевые и использовать при дальнейших расчетах.

Практически, описанный метод можно реализовать на устройстве, представленном на рис. 9. Источник света 1 при помощи конденсора 2 освещает равномерным параллельным пучком щель 4, установленную в передней фокальной плоскости объектива коллиматора 3. Из широкого пучка лучей, сформированного объективом коллиматора, непрозрачный экран 5 с щелями вырезает два узких пучка лучей, расположенных на расстоянии а друг от друга. При отсутствии контролируемого компонента 6 узкие пучки параллельных лучей попадут в призменный блок 7, состоящий из двух призм с полупрозрачной гранью склейки. На выходных гранях блока приклеены фотоприемные устройства 8 и 9, которые в данный момент фиксируют нулевое значение расходимости (сходимости) светового пучка. Если в параллельный ход лучей установить линзу, то световой пучок отклонится от своего первоначального положения на некоторый угол α, который и определит фокусное расстояние контролируемой детали. Данные о смещении будут зафиксированы фотоприемными устройствами в двух измерительных плоскостях. Полученная информация передается в блок обработки 10, 11 и 12, где по рабочей формуле вычисляется значение фокусного расстояния контролируемой детали. Полученные результаты выводятся на цифровое табло 13 или блок цифропечати 14.

Рисунок 9

Для исключения влияния децентрировки контролируемой детали относительно оптической оси устройства на точность измерения, устройство имеет две измерительные ветви, симметричные оптической оси коллиматора, которые определяют пары значений х, х' и у, у'. Выводятся их средние значения х_ср, у_ср и фокусное расстояние линзы определяется по формуле

.

Как и в предыдущих, описанных выше, случаях вместо непрозрачного экрана с двумя щелями, установленного за объективом коллиматора, которые вырезают из широкого пучка два узких пучка лучей, можно установить непрозрачный экран с одним центральным отверстием, установленным на оптической оси коллиматора, и блок призм, состоящей из ромб-призмы и прямоугольной призмы с полупрозрачной гранью склейки. Такая схема имеет все перечисленные выше преимущества.