ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемая полезная модель относится к оптике, в частности к области измерения и контроля оптических свойств различных оптических элементов и узлов и может быть использована в оптическом приборостроении, в оптической промышленности и, в особенности, в производстве асферической оптики.
Известны различные устройства для картографирования оптических объектов. В одних устройствах, как например в описанном в патенте США 4 810 895 (Oded Kafri, Ilana Glatt "Method and Apparatus for Optical Examination of an Object Particularly by Moire Ray Deflection Mapping" Patent US 4810895, Mar.7, 1989) приборе для картографирования оптических объектов используется метод измерения отклонения объектом лучей света посредством получения и анализа муарового узора. В этом устройстве для определения оптические свойства объекта создается расходящийся пучок прямого света от точечного источника, этот пучок пропускается сквозь первую оптическую систему, включающую исследуемый (измеряемый) объект. Эта система возвращает свет, отраженный от исследуемого объекта в виде сходящегося пучка обратно к точечному источнику, причем он не достигает точечного источника, будучи отклонен во вторую оптическую систему, которая коллимирует этот пучок отраженного света. После этого коллимированный пучок проходит сквозь первый и второй линейчатые растры или решетки Рончи, ориентированные соответствующим образом друг относительно друга, с целью получения муарового узора, анализ которого дает информацию об оптических свойствах исследуемого объекта.
В патенте США №5825476 (Mark Abitbol et. al. "Apparatus for mapping Optical Elements," Patent US 5825476, Oct. 20, 1998) описывается устройство на базе классического метода Шака-Гартмана (Hartmann, J., "Bemerkungen uber den Bau und die Justirung von Spectrographen," Zt. Instrumentenkd., 20, 47 (1900), Shack, R.V. and B.C.Platt, "Production and Use of a Lenticular Hartmann Screen" J. Opt. Soc. Am., 61, 656 (1971)) позволяющее картографировать оптические свойства объектов. Это устройство
содежит источник света, освещающий оптический объект, матрицу микролинз, которая делит пучок света, прошедший сквозь объект, на множество световых пучков. Последние проецируют на матовый экран соответствующее число микро-изображений источника света, которые фиксируются видеокамерой и направляются в компьютер для обработки и сравнения результатов с контрольным изображением.
Патент США №6496253 и соответствующий европейский патент №1061329 (Р.A.Vokhmin "Method and System for Automatic Non-Contact Measurements of Optical Properties of Optical Objects," Patent US 6075591, Dec. 17, 2002) содержат описание метода и устройства дла автоматического бесконтактного картографирования оптических объектов. В описанном методе оптические свойства объектов измеряются посредством системы, состоящей из источника света, освещающего прецезионный контрольный геометрический растр в виде сетчатого или клеточного поля. Изображение растра фиксируется сквозь исследуемый объект с помощью расположенной на оптической оси системы видеокамеры, снабженной объективом, и впоследствии обрабатывается с помощью компьютера методом сравнения с изображением растра, полученным в отсутствие объкта, для получения информации об оптических свойствах исследуемого объекта.
Основными недостатками вышеперечисленных устройств являются, во-первых, достаточно низкое пространственное разрешение, составляющее 20-30 точек на диаметре линзы. То есть такие измерения дают усредненные по достаточно большой площади значения измеряемых величин, что, например, при диаметре прогрессивной линзы 70-75 мм, дает пространственное разрешение, соизмеримое с размерами коридора нормального зрения с плавно меняющейся диоптрийностью, характерная ширина которого, являющаяся одной из важнейших величин для таких линз, может не превышать 3,5 мм. Вторым, хотя и менее критичным, недостатком вышеуказанных систем является относительно большой объем необходимых вычислений про обработке изображений с целью получения топологических карт измеряемых оптических объектов, что требует достаточно большого машинного времени, чем ограничивает возможности применения таких систем для оперативного контроля оптических объектов в процессе их производства.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является прибор, описанный в патенте США №6075591 и в соответствующем европейском патенте №0856728,
предназначенный для обнаружения дефектов оптических объектов, представляющих собой мелкомасштабные локальные изменения оптичесой силы объекта, такие как волны, лунки и бугорки на поверхности отражающих и преломляющих элементов и неоднородности показателя преломления материала оптических элементов, работающих на пропускание. Описанный прибор содержит осветительное устройство, создающее расходящийся пучок зондирующего излучения, освещяющего исследуемый оптический объект таким образом, что каждая его точка освещается под единственным углом падающего излучения и формирующий таким образом теневой узор объекта на проекционном экране, фотографирующе устройство в виде цифровой видеокамеры с объективом, имеющим малое относительное отверстие, фиксирует изображение теневого узора сквозь исследуемый объект таким образом, что лучи, формирующие указанное изображение, проходят через каждую точку оптического объекта под тем же углом, под которым она освещалась, устройство обработки изображения в виде компьютера с устройством сопряжения с видеокамерой и соответствующим программным обеспечением осуществляет анализ полученного изображения. ("Optical Method and Apparatus for Detecting Low Frequency Defects" Patent US 6075591, Jun. 13, 2000, прототип).
В этом приборе осветительное устройство выполнено в виде точечного источника света и полупрозрачного зеркала, расположенного на оптической оси прибора и направляющего зондирующее излучение вдоль этой оси на исследуемый оптический объект. Для обеспечения условия равенства углов падения лучей, освещающих исследуемый оптический объект, и лучей, используемых для фотографической регистрации, точечный источник излучения и входная апертура объектива видеокамеры должны располагаться на оптической оси системы и на одинаковом расстоянии от исследуемого оптического объекта, т.е. должны совпадать в пространстве. Применение полупрозрачного зеркала позволяет обеспечить требуемое взаимное расположение точечного источника и фотографирующего устройства, лучи света, используемые для построения изображения теневой картинки, к которому проходят сквозь полупрозрачное зеркало. При этом предлагаются различные варианты построения прибора, которые могут быть применены для контроля как прозрачных преломляющих так и отражающих оптических объектов, имеющих большой диапазон оптических характаристик. Указывается также, что этот прибор может быть использован для локальных, с высокой плотностью, измерений и картографирования
оптических объектов. Здесь и далее термин локальные измерения означает, что измерения могут осуществляться для каждой точки или, точнее, для каждой элементарной площадки объекта, размеры которой определяются величиной пикселя цифрового фотографирующего устройства, отдельно и независимо от соседних точек.
Такому прибору для картографирования оптических объектов присущи следующие недостатки. Невозможность отличить вариации яркости изображения теневого узора, вызванные изменениями сферической и цилиндрической диоптрийностей, позволяет исследовать только объекты, для которых заведомо извесно, что у них отсутствует либо сферическая, либо цилиндрическая диоптрийность. Действительно, положительные изменения и сферической и цилиндрической диоптрийностей оба сопровождаются увеличением яркости теневой картинки и не позволяют отличить первое от второго. Более того, описанное устройство позволяет измерять только относительные величины оптической силы объектов, поскольку приведенные в описании патента формулы содержат неопределенные константы, зависящие не только от параметров системы, но и от характеристик исследуемого оптического объекта, вообще говоря, неизвестных, таких как их коэффициенты пропускания и отражения. Кроме того, поскольку величина измеряемого фокусного расстояния несколько изменяется в зависимости от способа измерения, а именно, в каком пучке - коллимированном, расходящемся или сходящемся - происходят измерения, стандартным считается измерение в коллимированном пучке. В данной же системе предлагается измерять оптическую силу в расходящемся пучке, что не соответствует общепринятым нормам.
Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу локальных с высокой плотностью измерений и картографирования прозрачных преломляющих и отражающих оптических объектов, имеющих одновременно сферическую и цилиндрическую составляющие оптической силы.
Поставленная техническая задача по первому варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для измерения оптических свойств и картографирования преломляющих оптических объектов, содержащем осветительное устройство, исследуемый оптический объект, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство выполнено в виде точечного источника, создающего расходящийся
световой пучок и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и точечного источника, исследуемый оптический объект, располагается на оптической оси прибора после светоделительного элемента осветительного устройства так, чтобы его оптическая ось была параллельна оптической оси прибора или составляла с ней небольшой угол, проекционный экран, расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фото-камеры с объективом, имеющим малое относительное отверстие, при этом точечный источник и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы мнимое изображение точечного источника в светоделительном элементе совпадало со входной апертурой объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображений и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с цифровым фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений, оптическая схема прибора содержит коллимирующее устройство, выполненное в виде одиночной пложительной линзы или линзовой системы с минимумом сферических аберраций и расположенное на оптической оси прибора между светоделительным элементом и оптическим объектом на расстоянии от входной апертуры объектива фотографирующего устройства, равном фокусному расстоянию коллимирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде подвижного устройства, перемещаемого вдоль оптической оси системы и снабженного позиционирующим устройством с электромеханическим приводом, управляемым устройством обработки изображений и управления через устройство ввода-вывода.
Поставленная техническая задача по второму варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для измерения оптических свойств и картографирования фронтальных поверхностей преломляющих оптических объектов с вогнутой сферической известного радиуса кривизны задней повехностью, содержащем осветительное устройство, исследуемый оптический объект, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство выполнено в виде точечного источника, создающего расходящийся световой пучок и светоделительного элемента, расположенного на
оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и точечного источника, исследуемый оптический объект, располагается на оптической оси прибора после светоделительного элемента осветительного устройства, проекционный экран расположен на оптической оси прибора по другую сторону от исследуемого оптического объекта, фотографирующее выполнено устройство в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фото-камеры с объективом, имеющим малое относительное отверстие, при этом, точечный источник и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы мнимое изображение точечного источника в светоделительном элементе совпадало со входной апертурой объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображений и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с цифровым фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений, исследуемый оптический объект расположен так, чтобы центр кривизны его задней поверхности находился на оптической оси прибора и совпадал с положением входной апертуры фотографирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде подвижного устройства, перемещаемого вдоль оптической оси системы и снабженного позиционирующим устройством с электромеханическим приводом, управляемым устройством обработки изображений и управления через устройство ввода-вывода.
Поставленная техническая задача по третьему варианту полезной модели решается за счет того, что в приборе для измерения оптических свойств и картографирования отражающих оптических объектов, содержащем осветительное устройство, исследуемый оптический объект, проекционный экран, фотографирующее устройство и устройство обработки изображений и управления, при этом осветительное устройство выполнено в виде точечного источника, создающего расходящийся световой пучок и светоделительного элемента, расположенного на оптической оси прибора под углом к ней, равным половине угла между осями прибора и точечного источника, исследуемый оптический объект располагается на оптической оси прибора после светоделительного элемента осветительного устройства так, чтобы его оптическая ось составляла с оптической осью прибора достаточно большой угол около 45°, проекционный экран, расположен на расстоянии от иследуемого оптического объекта, превышающем 0,7 его диаметра, так, что его ось составляет с
осью прибора угол, равный удвоенному углу между оптическими осями объекта и прибора и пересекается с последней вблизи поверхности исследуемого оптического объекта, фотографирующее устройство выполнено в виде расположенной на оптической оси прибора цифровой видео- или фото-камеры с объективом, имеющим малое относительное отверстие, при этом точечный источник и входная апертура объектива фотографирующего устройства равноудалены от светоделительного элемента и размещены таким образом, чтобы мнимое изображение точечного источника в светоделительном элементе совпадало со входной апертурой объектива фотографирующего устройства, устройство обработки изображений и управления выполнено в виде компьютера, содержащего устройство сопряжения с цифровым фотографирующим устройством, устройство ввода-вывода и программное обеспечение, предназначенное для анализа полученных изображений, оптическая схема прибора содержит коллимирующее устройство, расположенное на оптической оси прибора, между светоделительным элементом и оптическим объектом и выполненное в виде одиночной положительной линзы или линзовой системы с минимумом сферических аберраций и расположенное на оптической оси прибора между светоделительным элементом и оптическим объектом на расстоянии от входной апертуры объектива фотографирующего устройства, равном фокусному расстоянию коллимирующего устройства, а проекционный экран выполнен в виде подвижного устройства, перемещаемого вдоль оси экрана перпендикулярно плоскости его поверхности и снабженного позиционирующим устройством с электромеханическим приводом, управляемым устройством обработки изображений и управления через устройство ввода-вывода.
Схема конструкции прибора по первому варианту представлена на фиг.1.
Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из точечного источника излучения 1 и светоделительного элемента 2, коллимирующее устройство 3, исследуемый оптический объект 4, фиксируемый на оси прибора держателем 5, подвижный вдоль оси OO' проекционный экран 6 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 7, позиционирующее устройство 8, содержащее каретку 9, скользящую по направляющим 10, приводной механизм 11 и электродвигатель 12, цифровое фотографирующе устройство в виде цифровой видео- или фото-камеры 13 с объективом 14, устройство обработки изображения и
управления, выполненное в виде компьютера 15, содержащего устройство 16 сопряжения с фотографирующим устройством 13 и устройство ввода-вывода 17, предназначенное для управления компонентами системы, такими как осветительное, позиционирующее и цифровое фотографирующее устройства, при этом проекционный экран 6, исследуемый оптический объект 4, коллимирующее устройство 3, светоделительный элемент 2 и цифровое фотографирующе устройство 13 с объективом 14 расположены вдоль вдоль общей оптической оси OO' прибора, а подвижный проекционный экран 6 может быть зафиксирован на заданных расстояниях от оптического объекта 4.
1
2
1
2
a1
a2
b1
b2
Прибор для измерения оптических свойств и картографирования преломляющих оптических объектов по первому варианту работает следующим образом. Излучение от точечного источника 1, создающего расходящийся световой пучок падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении коллимирующего устройства 3 и исследуемого оптического объекта 4. Коллимирующее устройство 3 преобразует указанный расходящийся световой пучок в коллимированный, освещающий исследуемый оптический объект 4 таким образом, что каждая его точка освещается под единственным углом падающего излучения, параллельного оптической оси OO' прибора, и формирующий таким образом на проекционном экране 6, установленном в положение (а), теневой узор объекта 4 в виде распределения яркостей, показанного, например, на фиг.4 и зависящего от оптической силы объекта 4 и ее локальных величин D и D. Таким образом, как легко видеть, различные локальные диоптрийности D и D обеспечивают разницу в оствещенностях B и В в соответствующих им точках проекционного экрана 6. Аналогичный теневой узор с соответствующей вариацией освещенности В и В образуется на проекционном экране, установленном в положении (b).
Цифровое фотографирующее устройство 13 фиксирует сквозь исследуемый оптический объект 4, по меньшей мере, два изображения теневого узора, образованного при различных положениях (а) и (b) проекционного экрана 6, определяемых позиционирующим устройством 8, управлямым устройством обработки изображения и контроля 15 через устройство ввода-вывода 17. Поскольку входная апертура объектива 14 фотографирующего устройства 13 оптически совпадает с точечным источником
1
2
a
b
a
b
излучения 1, то лучи, формирующие изображение указанных теневых узоров на светочувствительной матрице, проходят через каждую точку оптического объекта 4 вдоль того же пути, вдоль которого она освещалась. Поэтому изображения указанных двух теневых узоров имеют один и тот же масштаб и относительное положение точек с локальными диоптрийностями D и D нарушается, более того, является тем же самым на обоих изображениях и совпадает с их положением на изображении оптического объекта 4. Это проиллюстрировано на фиг.4, на которой показаны выходные сигналы S и S цифрового фотографирующего устройства 13 пропорциональные оптическим сигналам, полученным при фотографировании указанных двух теневых узоров. Величины S и S зависят от параметров прибора и характаристик исследуемого оптического объекта 4 и могу быть выражены следующей формулой:
k
k
0k
cyl
eν
sp
Здесь h - расстояния от экрана 6 до исследуемого оптического объекта 4, k=a, b, с... - индекс, указывающий на положение проекционного экрана 6, при котором получен соответствующий сигнал S(r,φ) являющийся функцией координат r,φ (или x,y), Т - коэффициент пропускания оптического объекта 4. S(r,φ) - выходные сигналы видеокамеры 13, полученные при фотографировании проекционного экрана 6 в тех же двух положениях (а) и (b), но без оптического объекта 4. D(r,φ) и D(r,φ) - локальные цилиндрическая и некая «средняя», равная полусумме максимальной и минимальной для данной точки, диоптрийности линзы, выраженные в диоптриях или обратных метрах. При этом сферическая диоптрийность D вычисляется по формуле
Изображение теневого узора передается при посредстве устройства сопряжения 16 в цифровой форме с фотографирующего устройства 13 на компьютер 15 устройства обработки изображения. Алгоритм компьютерной программы анализа полученных изображений с целью определения локальных оптических характеристик исследуемого оптического объекта вклучает в себя определение яркости или уровня серости в точках
a
b
0a
0b
k
измерения, вычисление точных координат этих точек на изображениях и поверхности самого оптического объекта 4 и вычисление локальных оптических характеристик исследуемого объекта 4. Так из указанных выходных сигналов S S посредством их деления на соответствующие S, S могут быть получены нормализованные функции σ(r,φ):
зависящие только от локальных характеристик исследуемого оптического объекта 4 и позволяющие вычислять последние. Эти нормализованные функции для каждой элементарной площадки объекта определямой размерами пикселя, или для каждого пикселя изображений дают следующую систему уранений:
a
b
eν
cyl
eν
cyl
Здесь и далее подразумевается, что Т, σ, σ, D и D являются функциями координат r, φ точки измерения. Легко видеть, что для каждой точки оптического объекта 4 имеются два независимых уравнения с двумя неизвестными D и D, которые легко могут быть разрешены относительно этих переменных:
a
b
c
Обычно величина пропускания простых и достаточно тонких объктов, таких как лизы имеют незначительное поглощение, и величина пропускания определяется отражением на поверхностях линзы и практически неизменна по всей апертуре. Если же суммарные потери Т в объеме исследуемого оптического объекта 4 и на его поверхностях неизвестны или не могут быть измерены каким-либо независимым методом, это может быть осуществлено с помощью предлагаемой полезной модели. Для этой цели достаточно получить изображения исследуемого оптического объекта 4 не при двух а при трех различных положениях (а), (b) и (с) проекционного экрана 6, характеризуемых расстояниями от оптического объекта h, h и h, что позволит получить дополнительное уравнение:
Уравнения (1) совместно с (5) образуют систему, решение которой дается теми же выражениями (2)-(4), где пропускание объекта Т находится по следующей формуле:
Это дает возможность найти для каждой точки или, точнее, для каждой элементарной площадки исследуемого оптического объекта 4, размеры которой определяются величиной пикселя цифрового фотографирующего устройства 13, отдельно и независимо от соседних точек все три величины: сферическую и цилиндрическую диоптрийности или оптические силы и пропускание оптического объекта 4 и позволяет построить карты их распределения по апертуре объекта. На фиг.5 представлен пример изображения теневого узора, образованного прогрессивной линзой, карты сферической и цилиндрической оптической силы которой приведены на фиг.6 и фиг.7
k
k
Если оптическая система фиг.1 имеет небольшую расстройку, т.е. расстояние от коллимирующего устройства 3 до объектива 13 отличается от фокусного расстояния F коллимирующего  устройства 3 на величину x(r)≪F, являющуюся функцией радиуса, что справедливо, например, для удаленных от оптической оси точек оптического объекта 4 при наличии у коллимирующего устройства 3 сферической аберрации, такая растройка может оказать влияние на результаты измерения. Результаты расстройки могут быть учтены простой заменой в вышеприведенных выражениях значений расстояний h на соответствующие им величины Н:
k
Где, помимо известных обозначений, L есть расстояние от точечного источника 1 до проекционного экрана 6. Величина расстройки x(r) является характеристикой прибора и не зависит от параметров исследуемых оптических объектов, она может быть заложена в программу обработки изображения и использована во всех последующих измерениях.
Схема конструкции прибора по второму варианту, представлена на фиг.2.
Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из точечного источника излучения 1 и светоделительного элемента 2, исследуемый оптический объект 3 с задней вогнутой сферической поверхностью 4 и анализируемой передней поверхностью 5, фиксированный на оси прибора держателем 6, подвижный вдоль оси OO'проекционный экран 7 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 8, позиционирующее устройство 9, содержащее каретку 10, скользящую по направляющим 11, приводной механизм 12 и электродвигатель 13, цифровое фотографирующе устройство в виде цифровой видео- или фото-камеры 14 с объективом 15, устройство обработки изображения и управления, выполненное в виде компьютера 16, содержащего устройство 17 сопряжения с фотографирующим устройством 14 и устройство ввода-вывода 18, предназначенное для управления компонентами системы, такими как осветительное, позиционирующее и цифровое
фотографирующее устройства, при этом проекционный экран 7, исследуемый оптический объект 3, светоделительный элемент 2 и цифровое фотографирующе устройство 14 с объективом 15 расположены вдоль вдоль общей оптической оси OO' прибора., а подвижный проекционный экран 7 может быть зафиксирован на заданных расстояниях от оптического объекта 3, при этом исследуемый оптический объект 3 зафиксирован на оси прибора держателем 6 на расстоянии R от входной апертуры объектива 15, где R - радиус кривизны задней вогнутой сферической поверхности 4 объекта 3.
Прибор по второму варианту работает следующим образом. Излучение от точечного источника 1, создающего расходящийся световой пучок падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении исследуемого оптического объекта 3, проходит к измерянмой фронтальной поверхности объекта 5, пересекая заднюю поверхность 4 без преломления, и, после преломления на фронтальной поверхности 5, достигает проекционного экрана 7, формируя таким образом на проекционном экране 7 теневой узор объекта 3 в виде распределения яркостей, зависящего от оптической силы фронтальной поверхности 5 объекта 3 и ее локальных величин. Аналогично, лучи света, рассеянного проекционным экраном 7 назад к исследуемому оптическому объекту 3 и фотографирующему устойству 14, преломляются фронтальной поверхностью и достигают объектива 15 фотографирующего устройства 14 без преломления на задней поверхности 4. Цифровое фотографирующе устройство 14 фиксирует сквозь исследуемый оптический объект 3, по меньшей мере, два изображения теневых узоров, образованных при различных положениях (а) и (b) проекционного экрана 7, определяемых позиционирующим устройством 9, управлямым устройством обработки изображения и контроля 16 через устройство ввода-вывода 18. Изображение теневого узора передается при посредстве устройства сопряжения 17 в цифровой форме с фотографирующего устройства 14 на компьютер 16 устройства обработки изображения. Программное обеспечение устройства обработки изображений включает в себя алгоритм анализа полученных изображений с целью определения локальных оптических характеристик фронтальной поверхности 5 исследуемого оптического объекта 3.
Схема конструкции прибора по третьему варианту представлена на фиг.3.
Прибор содержит в себе осветительное устройство, состоящее из точечного источника излучения 1 и светоделительного элемента 2, коллимирующее устройство 3, исследуемый оптический объект 4, фиксируемый на оси прибора держателем 5 после коллимирущего устройства 3 так, чтобы оптическая ось QQ' объекта 4 составляла с оптической осью прибора угол около 45°, подвижный проекционный экран 6 в виде вращающегося диска, закрепленного на валу электродвигателя 7, расположен так, что его ось составляет с осью прибора угол, равный удвоенному углу между оптическими осями исследуемого оптического объекта 4 и прибора и пересекающийся с последней вблизи поверхности объекта 4, позиционирующее устройство 8, обеспечивающее перемещение проекционного экрана 6 перпендикулярно плоскости его поверхности и содержащее каретку 9, скользящую по направляющим 10, приводной механизм 11, и электродвигатель 12, цифровое фотографирующе устройство в виде цифровой видео- или фото-камеры 13 с объективом 14, устройство обработки изображения и управления, выполненное в виде компьютера 15, содержащего устройство 16 сопряжения с фотографирующим устройством 13 и устройство ввода-вывода 17, предназначенное для управления компонентами системы, такими как осветительное, позиционирующее и цифровое фотографирующее устройства, при этом исследуемый оптический объект 4, коллимирующее устройство 3, светоделительный элемент 2 и цифровое фотографирующе устройство 13 расположены вдоль вдоль общей оптической оси OO' прибора, а подвижный проекционный экран 6 может быть зафиксирован на заданных расстояниях от оптического объекта 4.
Прибор по третьему варианту работает следующим образом. Излучение от точечного источника 1, создающего расходящийся световой пучок падает на светоделительный элемент 2 и частично проходит сквозь него и далее не используется, а частично отражается вдоль оптической оси прибора в направлении коллимирующего устройства 3 и исследуемого оптического объекта 4. Коллимирующее устройство 3 преобразует указанный расходящийся световой пучок в коллимированный, освещающий исследуемый оптический объект 4 таким образом, что каждая его точка освещается под единственным углом падающего излучения, параллельного оптической оси OO' прибора, которое, после отражения зеркальной поверхностью объекта 4, достигает проекционного экрана 6, формируя таким образом на проекционном экране 6 теневой узор объекта 3 в виде распределения яркостей, зависящего от оптической силы
зеркальной поверхности объекта 3 и ее локальных величин. Аналогично, лучи света, рассеянного проекционным экраном б назад к  исследуемому оптическому объекту 4, отражаются его зеркальной поверхностью и, проходя сквозь коллимирующее устройство 3 и светоделительный элемент 2, достигают объектива 14, фотографирующего устройства 13. Цифровое фотографирующе устройство 13 фиксирует, по меньшей мере, два изображения теневых узоров, отраженных исследуемым оптическим объектом 4 и образованных при различных положениях (а) и (b) проекционного экрана 6. Изображение теневого узора передается при посредстве устройства сопряжения 16 в цифровой форме с фотографирующего устройства 14 на компьютер 15 устройства обработки изображений. Программное обеспечение устройства обработки изображений включает в себя алгоритм анализа полученных изображений с целью определения локальных оптических характеристик зеркальной поверхности исследуемого отражающего оптического объекта 4.