RU162944U1

RU162944U1 - DEVICE FOR CONTROL OF LENS DECENTRATION

Info

Publication number: RU162944U1
Application number: RU2015155135/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Вензель; Андрей Александрович Семенов
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2016-06-27

Abstract

Устройство для контроля децентрировки линз, включающее осветитель, размещенные на оптической оси конденсор, марку в виде перекрестия, светоделитель, объектив, двухканальный блок фокусировки, установленный с возможностью осевого линейного перемещения фокусирующих элементов, и приемную систему, причем элементы блока фокусировки расположены так, что предметные точки объектива совпадают с центрами кривизны поверхностей измеряемой детали, отличающееся тем, что в устройстве по ходу луча в прямом ходе после конденсора дополнительно установлена зеркальная система поворота излучения, выходное зеркало которой, марка и светоделитель размещены в центральной зоне объектива, а за светоделителем установлен двухканальный блок фокусировки с фокусирующими элементами в виде двух двухгранных уголковых отражателей, и объектив, в обратном ходе - объектив, двухканальный блок фокусировки, светоделитель, дополнительно установленные система переноса изображения, микрообъектив и зеркальная система поворота изображения, и приемная система, выполненная в виде матричного приемника, при этом задний отрезок конденсора и передний отрезок системы переноса изображения выполнены более 1/2 величины диаметра объектива, а коэффициент экранирования объектива - не более 15%.A device for controlling the decentration of lenses, including a illuminator, a condenser placed on the optical axis, a crosshair mark, a beam splitter, a lens, a two-channel focusing unit mounted with the possibility of axial linear movement of the focusing elements, and a receiving system, and the focusing unit elements are arranged so that the subject the lens points coincide with the centers of curvature of the surfaces of the measured part, characterized in that in the device along the beam in the forward direction after the condenser Lena has a mirror radiation rotation system, the output mirror of which, the brand and the beam splitter are located in the central zone of the lens, and behind the beam splitter there is a two-channel focusing unit with focusing elements in the form of two two-sided corner reflectors, and the lens, in the reverse direction, is a lens, two-channel focusing block, and a beam splitter , an additionally installed image transfer system, a micro lens and a mirror image rotation system, and a receiving system made in the form of a matrix receiver, at m condenser rear segment and a front segment of the image transfer system are made more than 1/2 of the magnitude of the lens diameter and the lens shielding factor - less than 15%.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использована для измерения децентрировки линз при их центрировании.The invention relates to the field of measuring technology, to measuring devices characterized by optical measuring instruments, and can be used to measure the decentration of the lenses when they are centered.

Известно устройство для контроля децентрировки - автоколлимационная труба Забелина [Белоглазов А.А., Орнис А.Н. Коллимационные и автоколлимационные устройства для контроля центрирования линз. ОМП, 1972, №10, С. 57-62], состоящая из источника света, размещенных по ходу луча в прямом ходе конденсора, светоделителя, марки в виде перекрестия, прорезанного в отражающем покрытии светоделителя, объектива, установленного с возможностью линейного осевого перемещения, и размещенные по ходу луча в обратном ходе объектив, светоделитель и микроскоп. Источник света через конденсор освещает марку. Объектив при помощи линейного перемещения устанавливается таким образом, чтобы марка проецировалась в центр кривизны исследуемой детали. В этом случае пучок света отражается от поверхности детали, проходит в обратном ходе объектив, отражается от покрытия светоделителя и попадает в микроскоп. Разделение освещающего и отраженного от детали пучков на светоделителе происходит за счет небольшого смещения с оси отраженного пучка. Положение изображения марки в поле зрения микроскопа зависит от децентрировки детали (смещение изображения пропорционально децентрировке) и увеличения системы объектив - микроскоп.A device for controlling decentration is known - a Zabelin autocollimation tube [Beloglazov A.A., Ornis A.N. Collimation and auto-collimation devices for controlling lens centering. OMP, 1972, No. 10, P. 57-62], consisting of a light source placed along the beam in the forward course of the condenser, a beam splitter, a crosshair mark cut in the reflective coating of the beam splitter, an objective mounted with linear axial movement, and a lens, a beam splitter, and a microscope placed in the reverse direction along the beam. A light source through a condenser illuminates the brand. Using linear displacement, the lens is mounted so that the mark is projected into the center of curvature of the part under study. In this case, the light beam is reflected from the surface of the part, the lens passes in the reverse direction, is reflected from the beam splitter coating and gets into the microscope. The separation of the beams illuminating and reflected from the part on the beam splitter occurs due to a small displacement from the axis of the reflected beam. The position of the image of the brand in the field of view of the microscope depends on the decentration of the part (the displacement of the image is proportional to decentration) and the increase in the lens-microscope system.

При достоинствах трубы Забелина, таких как высокая светосила, малые потери света и большой диапазон фокусировки, что позволяет применять ее при контроле широкой номенклатуры выпуклых и вогнутых, зеркальных и просветленных деталей, она имеет следующие недостатки:With the advantages of the Zabelin pipe, such as high aperture, low light loss and a large focusing range, which allows it to be used to control a wide range of convex and concave, mirror and enlightened parts, it has the following disadvantages:

для совмещения изображения марки с центром кривизны детали используется перемещение объектива, что приводит к росту габаритов трубы (в реальных образцах перемещение объектива составляет приблизительно полтора фокусных расстояния);to combine the brand image with the center of curvature of the part, lens movement is used, which leads to an increase in the dimensions of the pipe (in real samples, the lens movement is approximately one and a half focal lengths);

измерения децентрировки поверхностей линзы производится последовательно итерационным способом, что требует постоянной перефокусировки трубы, или использования двух труб с разных сторон линзы.decentralization of the lens surfaces is measured successively in an iterative manner, which requires constant refocusing of the pipe, or the use of two pipes on different sides of the lens.

В техническом решении, взятом нами за прототип [Русинов М.М., Юстировка оптических систем, М., Недра, 1969 г. стр. 221], для одновременного наблюдения автоколлимационных изображений марки от двух поверхностей линзы используется труба с разрезанным объективом.In the technical solution that we took as a prototype [MM Rusinov, Adjustment of optical systems, M., Nedra, 1969 p. 221], for the simultaneous observation of autocollimation images of the brand from two lens surfaces, a tube with a cut lens is used.

Прототип состоит из источника света, размещенных по ходу луча конденсора в прямом ходе марки, светоделителя, первого объектива, сфокусированного на бесконечность, двухканального блока фокусировки с фокусирующими элементами в виде двух установленных с возможностью линейного осевого перемещения половинок второго объектива, размещенных в обратном ходе двух половинок второго объектива, первого объектива, светоделителя, приемной системы в виде окуляра.The prototype consists of a light source, placed along the condenser beam in the forward direction of the brand, a beam splitter, the first infinity focused lens, a two-channel focusing unit with focusing elements in the form of two axially mounted halves of the second lens placed in the opposite direction of the two halves the second lens, the first lens, a beam splitter, a receiving system in the form of an eyepiece.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Источник света через конденсор освещает марку, затем лучи проходят светоделитель, объектив, половинки разрезанного объектива, расположенные так, что создают два изображения марки в плоскости центров кривизны поверхностей контролируемой детали. Изображения марки, создаваемые половинками объектива, переносятся в предметную плоскость окуляра. В поле окуляра появляются два изображения марки, положение которых зависит от децентрировки поверхностей детали и увеличения системы объективы - окуляр.A light source through the condenser illuminates the brand, then the beams pass through the beam splitter, the lens, the halves of the cut lens, arranged so that they create two images of the brand in the plane of the centers of curvature of the surfaces of the controlled part. Images of the brand created by the halves of the lens are transferred to the subject plane of the eyepiece. Two brand images appear in the eyepiece field, the position of which depends on the decentration of the surfaces of the part and the increase in the lens system - the eyepiece.

Данное решение позволяет одновременно наблюдать два автоколлимационных изображения марки, что повышает удобство в работе с трубой.This solution allows you to simultaneously observe two autocollimation images of the brand, which increases the convenience in working with the pipe.

Однако такая труба имеет недостатки:However, such a pipe has disadvantages:

не может быть сфокусирована на мнимое изображение предметной точки (расходящийся пучок на выходе разрезанных объективов). Данный недостаток существенен для центрировочных труб, так как приводит к ограничениям при контроле деталей с вогнутой поверхностью (в этом случае деталь приходится устанавливать в расходящемся пучке за предметной точкой объектива), что приводит значительному увеличению габаритов схемы контроля с такой трубой и снижению точности контроля децентрировки из-за уменьшения апертуры объектива;cannot be focused on the imaginary image of the object point (diverging beam at the output of the cut lenses). This drawback is significant for centering pipes, since it leads to limitations when controlling parts with a concave surface (in this case, the part must be installed in a diverging beam behind the objective point of the lens), which leads to a significant increase in the dimensions of the control circuit with such a pipe and a decrease in the accuracy of control of decentration from -for reducing the aperture of the lens;

труба имеет большие габариты из-за того, что фокусировка производится перемещением половинок объектива.the tube has large dimensions due to the fact that focusing is carried out by moving the halves of the lens.

Техническим эффектом заявляемого устройства является увеличение точности контроля центрировки, уменьшение габаритов трубы и габаритов схемы контроля вогнутых деталей.The technical effect of the claimed device is to increase the accuracy of centering control, reducing the dimensions of the pipe and the dimensions of the control circuit of concave parts.

Такой технический результат достигнут, когда в устройстве для контроля децентрировки линз, включающем осветитель, размещенные на оптической оси конденсор, марку в виде перекрестия, светоделитель, объектив, двухканальный блок фокусировки, установленный с возможностью осевого линейного перемещения фокусирующих элементов, и приемную систему, причем элементы блока фокусировки расположены так, что предметные точки объектива совпадают с центрами кривизны поверхностей измеряемой детали, новым является то, что в устройстве по ходу луча в прямом ходе после конденсора дополнительно установлена зеркальная система поворота излучения, выходное зеркало которой, марка и светоделитель размещены в центральной зоне объектива, а за светоделителем установлен двухканальный блок фокусировки с фокусирующими элементами виде двух двухгранных уголковых отражателей, и объектив, в обратном ходе - объектив, блок фокусировки, светоделитель, дополнительно установленные система переноса изображения, микрообъектив, зеркальная система поворота изображения, и приемная система, выполненная в виде матричного приемника, при этом задний отрезок конденсора и передний отрезок системы переноса изображения выполнены более

величины диаметра объектива, а коэффициент экранирования объектива - не более 15%.This technical result was achieved when in a device for controlling the decentration of lenses, including a illuminator, a condenser placed on the optical axis, a crosshair mark, a beam splitter, a lens, a two-channel focusing unit mounted with the possibility of axial linear movement of the focusing elements, and a receiving system, the elements being the focusing unit are located so that the object points of the lens coincide with the centers of curvature of the surfaces of the measured part, the new is that in the device along the beam in straight At the next step after the condenser, a mirror radiation rotation system is additionally installed, the output mirror of which, the brand and the beam splitter are located in the central zone of the lens, and behind the beam splitter there is a two-channel focusing unit with focusing elements in the form of two two-sided corner reflectors, and the lens, in the reverse direction, is a lens, a block focusing, a beam splitter, an additionally installed image transfer system, a micro lens, a mirror image rotation system, and a receiving system made in the form of e matrix receiver, while the rear segment of the condenser and the front segment of the image transfer system are made more

the diameter of the lens, and the lens shielding coefficient is not more than 15%.

Технический эффект получен за счет расширения диапазона фокусировки устройства в область мнимых изображений предметной точки и удвоения хода лучей при фокусировке.The technical effect is obtained by expanding the range of focusing of the device into the region of imaginary images of an object point and doubling the path of rays during focusing.

Принципиальная схема устройства для контроля децентрировки линз приведена на фиг., где источник 1 света, конденсор 2, зеркальная система 3, 4 поворота излучения, марка 5, светоделитель 6, двухканальный блок фокусировки с фокусирующими элементами в виде двухгранных уголковых отражателей 7, 8, объектив 9, система переноса изображения 10, микрообъектив 11, зеркальная система 12 поворота излучения, матричный приемник 13;A schematic diagram of a device for monitoring the decentration of lenses is shown in Fig., Where the light source 1, condenser 2, mirror system 3, 4 rotation radiation, brand 5, beam splitter 6, two-channel focusing unit with focusing elements in the form of dihedral corner reflectors 7, 8, lens 9, an image transfer system 10, a micro lens 11, a mirror rotation system 12, a radiation detector 13;

R₁ и R₂ - радиусы кривизны поверхности детали;R ₁ and R ₂ are the radii of curvature of the surface of the part;

- направление перемещения уголковых отражателей.

- the direction of movement of the corner reflectors.

Заявленная полезная модель работает следующим образом.The claimed utility model works as follows.

Источник 1 света при помощи конденсора 2 и зеркальных отражателей 3, 4 освещает 5 марку 5. Затем пучок излучения проходит светоделитель 6, отражается от уголковых отражателей 7, 8, проходит объектив 9 и отражается от поверхности детали 14, отражатели расположены так, что предметные точки объектива 9 совпадают с центрами кривизны поверхностей детали 14. Отраженные пучки в обратном ходе проходит объектив 9, отражаются от уголковых отражателей 7, 8 и от светоделителя 6. Изображения марки 5, переносятся системой 10 в предметную плоскость микрообъектива 11, затем пучок разворачивается зеркальным отражателем 12 и с увеличением проецируется в плоскость матричного приемника 13.The light source 1 by means of a condenser 2 and mirror reflectors 3, 4 illuminates the 5th mark 5. Then the radiation beam passes the beam splitter 6, is reflected from the corner reflectors 7, 8, the lens 9 passes and is reflected from the surface of the part 14, the reflectors are located so that the object points the lens 9 coincide with the centers of curvature of the surfaces of the part 14. The reflected beams in the reverse pass through the lens 9, are reflected from the corner reflectors 7, 8 and from the beam splitter 6. Images of brand 5 are transferred by the system 10 to the subject plane of the micro-lens 11, then the beam is turned around by a mirror reflector 12 and is projected with magnification into the plane of the matrix receiver 13.

Совместное использование зеркальной системы поворота излучения 3,4 и системы переноса изображения 10 позволило расположить марку 5 и светоделитель 6 перед объективом 9, что уменьшило оптический ход от марки 5 до объектива 9 и позволило фокусировать объектив 9 в область мнимых изображений предметной точки. Такое техническое решение дает возможность повысить точность контроля децентрировки и уменьшить габариты схемы контроля вогнутых поверхностей. Выбор определенных значений заднего отрезка конденсора 2 и переднего отрезка системы переноса 10 исключило дополнительное экранирование рабочего пучка, которое в данном случае определяется размерами светоделителя 6.The joint use of the mirror radiation rotation system 3.4 and the image transfer system 10 made it possible to position the mark 5 and the beam splitter 6 in front of the lens 9, which reduced the optical path from the mark 5 to the lens 9 and made it possible to focus the lens 9 into the region of imaginary images of the subject point. Such a technical solution makes it possible to increase the accuracy of the control of decentration and reduce the dimensions of the control circuit of concave surfaces. The choice of certain values of the rear segment of the condenser 2 and the front segment of the transfer system 10 excluded additional shielding of the working beam, which in this case is determined by the dimensions of the beam splitter 6.

Применение для фокусировки перемещения уголковых отражателей 7, 8, позволяет уменьшить габариты трубы за счет двойного хода в заднем отрезке объектива 9.Application for focusing the movement of corner reflectors 7, 8, allows to reduce the dimensions of the pipe due to the double stroke in the rear segment of the lens 9.

По схеме (см. фиг.) создан макет устройства для контроля децентрировки линз. Фокусное расстояние объектива 9 f=400 мм, световой диаметр d=80 мм. В качестве источника 1 света использовался полупроводниковый лазер видимого диапазона (λ=0,635 мкм.), двухгранные уголковые отражатели 7, 8 имели точностью 2 угл. сек.According to the scheme (see Fig.), A mock device was created to control the decentration of the lenses. The focal length of the lens 9 f = 400 mm, the light diameter d = 80 mm. The visible light semiconductor laser (λ = 0.635 μm.) Was used as the light source 1, the dihedral corner reflectors 7, 8 had an accuracy of 2 angles. sec

Система переноса изображения 10 имела увеличение К=1 и передний отрезок S=50 мм, задний отрезок конденсора 2 составлял S=90 мм, микрообъектив 11 имел увеличение 20 крат, фотоприемником 13 служила цифровая матрица формата 6,4×5,2 мм. Марка 5 выполнена фотолитографическим способом в виде перекрестия, в качестве светоделителя 6 использовался кубик с размером грани 8 мм.The image transfer system 10 had an increase of K = 1 and the front segment S = 50 mm, the rear segment of the condenser 2 was S = 90 mm, the micro lens 11 had a magnification of 20 times, and the photodetector 13 was a 6.4 × 5.2 mm digital matrix. Mark 5 was made by a photolithographic method in the form of a crosshair; a cube with a face size of 8 mm was used as a beam splitter 6.

Перемещение элементов блока фокусировки 7, 8 осуществлялось относительно фокальной точки объектива 9 на 300 мм. к объективу, что соответствует изменению положения предметной точки объектива от +800 мм до ∞, и от ∞ до минус 200 мм.The elements of the focusing unit 7, 8 were moved relative to the focal point of the lens 9 by 300 mm. to the lens, which corresponds to a change in the position of the objective point of the lens from +800 mm to ∞, and from ∞ to minus 200 mm.

Использование конденсора 2 и системы переноса 10 с указанными параметрами позволило минимизировать потери света от экранирования объектива 9, которое в данном случае определяется только размерами светоделителя 6. При указанном размере светоделительного кубика коэффициент экранирования не превышает 15%.The use of a condenser 2 and a transfer system 10 with the indicated parameters made it possible to minimize the light loss from shielding of the lens 9, which in this case is determined only by the sizes of the beam splitter 6. At the indicated size of the beam splitter, the screening coefficient does not exceed 15%.

Отражательный элемент 4 и светоделитель 6 с маркой 5 в виде единой сборки отцентрированы относительно оси объектива 9 и приклеены в центральной зоне к линзе объектива 9. Благодаря такому размещению марки 5 значительно расширен диапазон фокусировки устройства в область мнимых изображений предметной точки, что позволяет с большей точностью контролировать вогнутые поверхности и уменьшает габариты схемы контроля.The reflecting element 4 and the beam splitter 6 with a mark 5 in the form of a single assembly are centered around the axis of the lens 9 and glued in the central area to the lens of the lens 9. Thanks to this placement of the mark 5, the range of focusing of the device in the region of imaginary images of the subject point is significantly expanded, which allows more accuracy control concave surfaces and reduces the size of the control circuit.

Отражательные элементы 3 и 12 применены для уменьшения габаритов системы.Reflective elements 3 and 12 are used to reduce the size of the system.

Чувствительность трубы к децентрировке составила менее 1 мкм.The sensitivity of the pipe to decentration was less than 1 μm.

Предлагается использование предложенной автоколлимационной центрировочной трубы при изготовлении высококачественных объективов различного спектрального диапазона.It is proposed to use the proposed autocollimation centering tube in the manufacture of high-quality lenses of various spectral ranges.

Claims

A device for controlling the decentration of lenses, including a illuminator, a condenser placed on the optical axis, a crosshair mark, a beam splitter, a lens, a two-channel focusing unit mounted with the possibility of axial linear movement of the focusing elements, and a receiving system, and the focusing unit elements are arranged so that the subject the lens points coincide with the centers of curvature of the surfaces of the measured part, characterized in that in the device along the beam in the forward direction after the condenser Lena has a mirror radiation rotation system, the output mirror of which, the brand and the beam splitter are located in the central zone of the lens, and behind the beam splitter there is a two-channel focusing unit with focusing elements in the form of two two-sided corner reflectors, and the lens, in the reverse direction, is a lens, two-channel focusing block, and a beam splitter , an additionally installed image transfer system, a micro lens and a mirror image rotation system, and a receiving system made in the form of a matrix receiver, at m condenser rear segment and a front segment of the image transfer system are made more than 1/2 of the magnitude of the lens diameter and the lens shielding factor - less than 15%.