RU2705177C1 - Autocollimation device for centering optical elements - Google Patents
Autocollimation device for centering optical elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705177C1 RU2705177C1 RU2019107314A RU2019107314A RU2705177C1 RU 2705177 C1 RU2705177 C1 RU 2705177C1 RU 2019107314 A RU2019107314 A RU 2019107314A RU 2019107314 A RU2019107314 A RU 2019107314A RU 2705177 C1 RU2705177 C1 RU 2705177C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- laser
- beam splitter
- micro
- optical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся оптическими средствами измерений, и может быть использовано для измерения децентрировки оптических элементов, в том числе выполненных из материалов для инфракрасной (ИК) области спектра, непрозрачных в видимой области спектра, и асферических.The invention relates to the field of measuring equipment, to measuring devices characterized by optical measuring instruments, and can be used to measure decentration of optical elements, including those made of materials for the infrared (IR) region of the spectrum, opaque in the visible region of the spectrum, and aspherical.
Центрировка линз видимого диапазона чаще всего производится при помощи автоколлимационного микроскопа Забелина [1], причем обе поверхности центрируются с одной стороны линзы, что в случае непрозрачных в видимом диапазоне ИК линз невозможно.The centering of the visible range lenses is most often performed using a Zabelin autocollimation microscope [1], both surfaces being centered on one side of the lens, which is impossible in the case of opaque IR lenses.
В настоящее время бурно развивается тепловизионная техника среднего и дальнего ИК диапазонов спектра. При создании ИК оптических систем центрировка оптических элементов (линз), выполненных из материалов, непрозрачных в видимой области спектра, представляет значительную проблему. Допуски на децентрировку линз в оптических системах ИК диапазона спектра весьма высоки, что связано с высоким показателем преломления материалов и большим относительным отверстием оптических систем этого спектрального диапазона.Currently, the thermal imaging technology of the middle and far infrared spectral ranges is rapidly developing. When creating IR optical systems, the alignment of optical elements (lenses) made of materials opaque in the visible region of the spectrum is a significant problem. Tolerances for decentralization of lenses in optical systems of the IR spectral range are very high, which is associated with a high refractive index of materials and a large relative aperture of optical systems in this spectral range.
Существуют устройства, работающие в видимом диапазоне спектра, для центрировки ИК линз с использованием дополнительных линз, прозрачных в видимой области спектра, см. [2] и [3]. Однако, они пригодны только для относительно малогабаритных ИК линз, поскольку требуют совмещения центра кривизны дополнительной линзы с центром качания центрировочного патрона, что для больших радиусов кривизны невозможно. Для центрировки необходимо изготовление дополнительной линзы.There are devices operating in the visible spectrum for centering IR lenses using additional lenses that are transparent in the visible region of the spectrum, see [2] and [3]. However, they are suitable only for relatively small IR lenses, since they require combining the center of curvature of the additional lens with the center of swing of the centering cartridge, which is impossible for large radii of curvature. For alignment it is necessary to manufacture an additional lens.
Возможна центрировка ИК линз при помощи двух автоколлимационных микроскопов Забелина, расположенных с разных сторон линзы, причем один микроскоп работает через отверстие в шпинделе центрировочного станка. При этом на сторону оптического элемента, обращенную к шпинделю, налагаются ограничения по радиусу кривизны поверхности и апертуре оптического элемента. Относительное отверстие измерительной схемы в этом случае в основном определяется диаметром отверстия в шпинделе станка, а не относительным отверстием контролируемой поверхности и микроскопа. Относительное отверстие измерительной схемы имеет максимум при расположении автоколлимационной точки (центра кривизны) поверхности в середине канала в шпинделе, и уменьшается при отклонении в обе стороны. При этом относительное отверстие измерительной схемы обычно получается значительно меньше относительного отверстия микроскопа. Это приводит к размытию изображения марки, и, следовательно, к увеличению погрешности центрировки тыльной поверхности линзы.It is possible to center IR lenses using two Zabelin autocollimation microscopes located on different sides of the lens, with one microscope working through the hole in the spindle of the centering machine. In this case, restrictions are imposed on the side of the optical element facing the spindle according to the radius of curvature of the surface and the aperture of the optical element. The relative aperture of the measuring circuit in this case is mainly determined by the diameter of the aperture in the machine spindle, and not the relative aperture of the surface being monitored and the microscope. The relative aperture of the measuring circuit has a maximum at the location of the autocollimation point (center of curvature) of the surface in the middle of the channel in the spindle, and decreases with a deviation in both directions. In this case, the relative aperture of the measuring circuit usually results in significantly less than the relative aperture of the microscope. This leads to blurring of the image of the brand, and, consequently, to an increase in the error of centering of the back surface of the lens.
В ИК области спектра гораздо чаще используются асферические поверхности линз, что в первую очередь связано с высоким относительным отверстием тепловизионных систем. Центрировка ИК линз с асферическими поверхностями при помощи автоколлимационных труб (типа автоколлимационного микроскопа Забелина) в принципе невозможна.In the infrared region of the spectrum, aspherical lens surfaces are much more often used, which is primarily due to the high relative aperture of thermal imaging systems. Alignment of IR lenses with aspherical surfaces using autocollimation tubes (such as the Zabelin autocollimation microscope) is in principle impossible.
Также необходимо отметить, что определение децентрировки линз в собранных объективах ИК диапазона возможно только с помощью автоколлимационных приборов, работающих в рабочем или близком к рабочему спектральном диапазоне.It should also be noted that the determination of lens decentration in the assembled IR range lenses is possible only with the help of autocollimation devices operating in the working or close to the working spectral range.
Поэтому актуальна задача создания устройства для центрировки оптических элементов, работающего в ИК диапазоне спектра.Therefore, the urgent task of creating a device for centering optical elements operating in the infrared range of the spectrum.
Из-за отсутствия прямых прототипов устройства для центрировки оптических элементов ИК диапазона, нами по совокупности существенных признаков в качестве прототипа выбрано устройство видимого диапазона [см. Пат. USA №3.832.063, МПК G01B 09/02, 11/27, публ. 27.08.1974]. Устройство предназначено для центрировки оптических элементов в видимом диапазоне спектра, в том числе элементов с небольшой асферизацией поверхности.Due to the lack of direct prototypes of the device for centering the optical elements of the IR range, we have selected the visible range device as a prototype based on a set of essential features [see Pat. USA No. 3.832.063, IPC G01B 09/02, 11/27, publ. 08/27/1974]. The device is designed to center optical elements in the visible range of the spectrum, including elements with a small aspheric surface.
Устройство, установленное на юстировочном столе, включает лазерный источник излучения, размещенные по ходу луча в прямом ходе устройство расщепления и сведения лучей в виде наклонной плоскопараллельной пластины, светоделитель, формирующий объектив, центрировочный патрон для юстировки контролируемого элемента, установленные в обратном ходе за формирующим объективом и светоделителем микрообъектив и матричное фотоприемное устройство, размещенное в плоскости изображения микрообъектива и связанное с ЭВМ, и второе матричное фотоприемное устройство, связанное с ЭВМ и расположенное в обратном ходе за формирующим объективом и светоделителем в плоскости падения пучка, отраженного от устройства расщепления и сведения лучей.The device mounted on the alignment table includes a laser radiation source, a beam splitting and convergence device in the form of an inclined plane-parallel plate, a beam splitter forming a lens, a centering cartridge for aligning the element under control, installed in the reverse direction behind the forming lens and a micro-lens and an array photodetector arranged in the image plane of the micro-lens and connected to a computer, and a second array photodetector e device associated with the computer and located in the reverse direction behind the forming lens and the beam splitter in the plane of incidence of the beam reflected from the device splitting and information rays.
Устройство работает следующим образом. Когерентный пучок лазера при помощи устройства расщепления и сведения лучей в виде наклонной плоскопараллельной пластины разделяется на два, расположенных на расстоянии h. Эти два пучка с плоским волновым фронтом проходят светоделитель, преобразуются формирующим объективом в пучки со сферическим фронтом, фокусируются в фокальной плоскости формирующего объектива и совмещаются при помощи юстировочного стола с центром кривизны поверхности оптической детали, расположенной в центрировочном патроне. Сферические пучки излучения, отраженные от поверхности детали, проходят в обратном ходе формирующий объектив, преобразуются в плоские, затем проходят светоделитель и при помощи плоскопараллельной пластины соединяются в плоскости интерференции, образуя на фотоприемнике интерференционную картину бокового сдвига. При вращении детали в центрировочном патроне по величине и направлению перемещения интерференционных полос можно определить децентрировку поверхности оптического элемента.The device operates as follows. The coherent laser beam is split into two, located at a distance h, using a splitting and converging device in the form of an inclined plane-parallel plate. These two beams with a plane wave front pass through the beam splitter, are transformed by the forming lens into beams with a spherical front, are focused in the focal plane of the forming lens, and are aligned using the alignment table with the center of curvature of the surface of the optical part located in the centering cartridge. Spherical radiation beams reflected from the surface of the part pass through the forming lens in the reverse direction, are converted to planar, then they pass through a beam splitter and, using a plane-parallel plate, are connected in the interference plane, forming a side shift interference pattern on the photodetector. When the part is rotated in the centering cartridge, the decentralization of the surface of the optical element can be determined by the magnitude and direction of movement of the interference fringes.
Чувствительность устройства можно изменять путем изменения толщины и показателя преломления плоскопараллельной пластины или фокусного расстояния объектива.The sensitivity of the device can be changed by changing the thickness and refractive index of a plane-parallel plate or the focal length of the lens.
Устройство также имеет автоколлимационный канал грубого измерения децентрировки, что удобно при предварительной настройке устройства и грубой оценке децентрировки, так как интерференционный канал при высокой чувствительности имеет маленький диапазон работы. При этом отраженные от поверхности оптического элемента сферические пучки в обратном ходе проходят формирующий объектив, преобразуются в плоские, отражаются от светоделителя и фокусируются микрообъективом в плоскость фотоприемника.The device also has an autocollimation channel of a rough measurement of decentration, which is convenient for pre-setting the device and a rough assessment of decentration, since the interference channel with a high sensitivity has a small operating range. In this case, spherical beams reflected from the surface of the optical element pass back through the forming lens, are converted to planar ones, reflected from the beam splitter, and focused by the micro-lens into the plane of the photodetector.
Интерференционный канал устройства имеет высокую чувствительность к децентрировке поверхности детали, однако может использоваться для высокоточной центрировки только наружных сферических поверхностей или поверхностей с малой асферизацией.The interference channel of the device has a high sensitivity to decentration of the surface of the part, however, it can be used for high-precision centering of only external spherical surfaces or surfaces with low aspherization.
Реализации устройства ИК диапазона по такой схеме возможна, однако требует два ИК приемника на два канала и лазер с большой длиной когерентности, что обусловлено большой разностью хода в устройстве расщепления и сведения лучей.Implementation of the IR range device according to this scheme is possible, however, it requires two IR receivers for two channels and a laser with a long coherence length, which is due to the large difference in the path in the splitting and beam reduction device.
Затраты на реализацию такой схемы в ИК области спектра значительно превышают затраты на схему в видимой области в связи с тем, что ИК приемники и ИК лазеры с высокой длиной когерентности имеют высокую цену.The cost of implementing such a scheme in the IR region of the spectrum is much higher than the cost of the scheme in the visible region due to the fact that IR receivers and IR lasers with a high coherence length have a high price.
Техническим эффектом заявляемого изобретения является повышение чувствительности определения децентрировки оптических элементов из ИК материалов, расширение области применения: контроль децентрировки поверхностей оптических элементов с большой асферизацией, контроль децентрировки тыльных поверхностей линз из ИК материалов, контроль децентрировки линз в ИК объективах, при одновременном снижении затрат.The technical effect of the claimed invention is to increase the sensitivity of determining the decentration of optical elements from IR materials, expanding the scope of application: controlling the decentralization of surfaces of optical elements with high aspherization, controlling the decentralization of the back surfaces of lenses from IR materials, controlling the decentralization of lenses in IR lenses, while reducing costs.
Такой технический эффект достигнут, когда в автоколлимационном устройстве для центрировки оптических элементов, установленном на юстировочном столе и включающем лазер, размещенные на оптической оси по ходу луча в прямом ходе светоделитель и формирующий объектив, установленный с возможностью перемещения вдоль оптической оси, центрировочный патрон для юстировки контролируемого оптического элемента, микрообъектив, установленный в обратном ходе за формирующим объективом после светоделителя, и матричное фотоприемное устройство, размещенное в плоскости изображения микрообъектива и связанное с ЭВМ, новым является то, что за лазером установлен формирователь марки в виде точечного источника, выполненный из микрообъектива, микродиафрагмы и системы переноса изображения, светоделитель выполнен в виде зеркала с отверстием, а между микрообъективом и матричным фотоприемным устройством дополнительно установлен блок двойного изображения* (Блоки двойного изображения при смещении визируемой точки с оси объектива дают два изображения. Примеры блоков двойного изображения приведены, например, в справочнике «Оптические приборы в машиностроении», М, Машиностроение, 1974, страница 13), лазер выполнен многомодовым полупроводниковым, работающим в ИК диапазоне, при этом микрообъектив выполнен с возможностью линейного перемещения вдоль оптической оси.This technical effect was achieved when, in a self-collimating device for centering optical elements mounted on an alignment table and including a laser, a beam splitter placed on the optical axis in the forward direction and forming a lens mounted for movement along the optical axis, a centering cartridge for adjusting the controlled optical element, a micro lens mounted in the reverse direction behind the forming lens after the beam splitter, and a photodetector array, As it is shown in the image plane of a micro lens and connected with a computer, it is new that a brand shaper in the form of a point source made of a micro lens, a micro diaphragm and an image transfer system is installed behind the laser, the beam splitter is made in the form of a mirror with an aperture, and between the micro lens and the photodetector matrix an optional double image unit * is installed (Double image units when you shift the sighted point from the axis of the lens give two images. Examples of double-image blocks are given, for example, in the reference book “Optical Instruments in Mechanical Engineering”, M, Mechanical Engineering, 1974, page 13), the laser is multimode semiconductor, operating in the IR range, while the micro lens is made with the possibility of linear movement along the optical axis.
Благодаря применению блока двойного изображения и возможности линейного перемещения микрообъектива вдоль оптической оси устройство можно использовать в двух режимах: автоколлимационном и интерференционном.Due to the use of the double image block and the possibility of linear movement of the micro-lens along the optical axis, the device can be used in two modes: autocollimation and interference.
В автоколлимационном режиме микрообъектив располагают так, что на фотоприемном устройстве изображаются две автоколлимационные точки (автоколлимационная точка контролируемой поверхности сопрягается с помощью микрообъектива с плоскостью приемника). Благодаря применению блока двойного изображения устройство дает два изображения автоколлимационной точки (см. фиг. 2), причем чувствительность к децентрировке увеличивается в 
При переходе в интерференционный режим совмещают изображения автоколлимационных точек, используя подвижки юстировочного стола автоколлимационного устройства. Затем перефокусируют микрообъектив так, что на его выходе образуется параллельный пучок (автоколлимационная точка контролируемой поверхности совмещается с фокальной точкой микрообъектива). При этом в параллельном пучке блок двойного изображения образует интерферометр реверсивного сдвига [4].When switching to the interference mode, the images of the autocollimation points are combined using the shifts of the adjustment table of the autocollimation device. Then the micro-lens is refocused so that a parallel beam is formed at its output (the autocollimation point of the controlled surface is combined with the focal point of the micro-lens). In this case, in a parallel beam, the double-image block forms a reverse-shift interferometer [4].
Благодаря тому, что в заявленном устройстве для определения децентрировки в качестве устройства сведения пучков применен блок двойного изображения, образующий интерферометр реверсивного сдвига, расширяется диапазон асферизации контролируемых поверхностей, появляется возможность центрировать тыльные поверхности ИК линз и контролировать децентрировку линз в собранном объективе.Due to the fact that in the claimed device for determining decentration as a beam reduction device, a double image block is used, which forms a reverse shift interferometer, the range of aspherization of the controlled surfaces extends, it becomes possible to center the rear surfaces of IR lenses and control the decentration of the lenses in the assembled lens.
Это связано с тем, что осесимметричные аберрации и осенесимметричные аберрации при отсутствии децентрировки асферических поверхностей или фронтов, отраженных от тыльной стороны линзы взаимно вычитаются, и на выходе интерферометра образуется «бесконечная» полоса (см. фиг. 4, 5).This is due to the fact that axisymmetric aberrations and autumn-symmetric aberrations in the absence of decentration of aspherical surfaces or fronts reflected from the back of the lens are mutually subtracted, and an “infinite” band is formed at the output of the interferometer (see Figs. 4, 5).
Благодаря тому, что заявленное устройство для сведения интерферирующих пучков использует равноплечий интерферометр реверсивного сдвига, стало возможным применение полупроводникового ИК лазера с малой длиной когерентности.Due to the fact that the claimed device for converging interfering beams uses an equal-arm reverser shift interferometer, it has become possible to use a semiconductor IR laser with a short coherence length.
Устройство в автоколлимационном и интерференционном режимах работает на один и тот же матричный фотоприемник (см. фиг. 1), что заметно снижает его стоимость.The device in autocollimation and interference modes operates on the same matrix photodetector (see Fig. 1), which significantly reduces its cost.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема автоколлимационного устройства для центрировки оптических элементов, где ИК лазер 1, устройство 2 формирования точечного источника с микрообъективом 3, микродиафрагмой 4 и системой 5 переноса изображения, светоделитель 6, формирующий объектив 7, оптический элемент 8, центрировочный патрон 9, микрообъектив 10, блок 11 двойного изображения, матричное фотоприемное устройство 12, ЭВМ 13.In FIG. 1 is a schematic diagram of a self-collimating device for centering optical elements, where an IR laser 1, a point
На фиг. 2 приведены изображения автоколлимационных точек на приемнике при работе в автоколлимационной режиме, где KΔ - радиус вращения автоколлимационных точек, X1, Y1, Х2, Y2, Х3, Y3, Х4, Y4 - координаты изображений автоколлимационных точек, полученных при развороте центрировочного патрона на 180 угл. град.In FIG. 2 shows images of autocollimation points on the receiver when operating in autocollimation mode, where KΔ is the radius of rotation of autocollimation points, X 1 , Y 1 , X 2 , Y 2 , X 3 , Y 3 , X 4 , Y 4 are the coordinates of the images of autocollimation points, obtained when turning the centering cartridge 180 angles. hail.
На фиг. 3 приведены интерферограммы, полученные при центрировке сферической поверхности с помощью прототипа и предложенного устройства в интерференционном режиме: контроль центрировки сферического зеркала.In FIG. 3 shows the interferograms obtained by centering the spherical surface using the prototype and the proposed device in the interference mode: control the alignment of the spherical mirror.
А - децентрировка Δ=0 мкм, прототип;A - decentration Δ = 0 μm, prototype;
Б - децентрировка Δ=0 мкм, предложенное устройство;B - decentration Δ = 0 μm, the proposed device;
В - децентрировка по одной координате Δ=100 мкм, прототип;In - decentration in one coordinate Δ = 100 μm, prototype;
Г - децентрировка по одной координате Δ=100 мкм, предложенное устройство.G - decentration in one coordinate Δ = 100 μm, the proposed device.
На фиг. 4 и 5 приведены интерферограммы, полученные при центрировке асферической поверхности с помощью прототипа и предложенного устройства.In FIG. 4 and 5 show the interferograms obtained by centering the aspherical surface using the prototype and the proposed device.
Контроль центрировки асферического зеркала. Прототип (фиг. 4).Control of alignment of an aspherical mirror. Prototype (Fig. 4).
А - децентрировка по двум координатам Δ=0 мкмA - decentration in two coordinates Δ = 0 μm
Б - децентрировка по двум координатам Δ=100 мкмB - decentration in two coordinates Δ = 100 μm
Контроль центрировки асферического зеркала. Предложенное устройство (фиг. 5).Control of alignment of an aspherical mirror. The proposed device (Fig. 5).
А - децентрировка по двум координатам Δ=0 мкмA - decentration in two coordinates Δ = 0 μm
Б - децентрировка по двум координатам Δ=100 мкмB - decentration in two coordinates Δ = 100 μm
Ограничения по величине асферизации в прототипе связаны с тем, что при зональном отражении сферического волнового фронта от несферической поверхности или тыльной поверхности оптического элемента отраженный фронт приобретает осесимметричные и осенесимметричные аберрации, зависящие от формы и угловой апертуры поверхностей. При боковом сдвиге этих фронтов присущая отраженному от внеосевой области зеркала пучку кома удваивается, и интерференционная картина имеет даже при отсутствии децентрировки высокую частоту и замкнутый характер, усложняющий расшифровку. В заявленном устройстве это явление отсутствует.Limitations on the amount of aspherization in the prototype are related to the fact that upon zonal reflection of a spherical wave front from a non-spherical surface or the back surface of an optical element, the reflected front acquires axisymmetric and autumn-symmetric aberrations, depending on the shape and angular aperture of the surfaces. With a lateral shift of these fronts, the coma characteristic of the beam reflected from the off-axis region of the mirror doubles, and the interference pattern even in the absence of decentration has a high frequency and a closed character, which complicates the decoding. In the claimed device, this phenomenon is absent.
Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.
При предварительной настройке и грубой оценке децентрировки устройство работает в режиме автоколлимационного прибора.When pre-setting and a rough assessment of decentration, the device operates in the mode of an autocollimation device.
Пучок лучей лазера 1 фокусируется микрообъективом 3 на микродиафрагму 4, изображение которой переносится системой 5 в плоскость отверстия в светоделителе 6. Затем пучок проходит формирующий объектив 7 и фокусируется в точке, совмещенной при помощи юстировочного стола с центром кривизны поверхности контролируемого оптического элемента 8, установленного в центрировочном патроне 9. В обратном ходе отраженный от поверхности контролируемого оптического элемента пучок проходит объектив 7 и отражается от поверхности светоделителя 6. Автоколлимационное изображение микродиафрагмы 4 увеличивается микрообъективом 10, проходит блок двойного изображения Ни фокусируется на матричное фотоприемное устройство 12. Два изображения диафрагмы 4 передаются в память ЭВМ 13 для последующей обработки, или их биение оценивается визуально.The beam of laser beams 1 is focused by a micro-lens 3 onto a micro-aperture 4, the image of which is transferred by the system 5 to the plane of the hole in the beam splitter 6. Then the beam passes through the forming lens 7 and is focused at a point aligned with the alignment table with the center of curvature of the surface of the controlled
При вращении патрона 9 изображения автоколлимационных точек в плоскости фотоприемника описывают окружности (см. фиг. 2) диаметромWhen the
D = 2KΔ, гдеD = 2KΔ, where
K - увеличение микрообъектива,K - magnification of a micro lens,
Δ - децентрировка поверхности.Δ - decentration of the surface.
Чувствительность оценки децентрировки зависит от увеличения микрообъектива К и размера пикселя фотоприемного устройства. При увеличении К=10, размере пикселя Δ=30 мкм и визуальной оценке биения изображения автоколлимационной точки в 2 пикселя чувствительность определения децентрировки составляет порядка 3 мкм.The sensitivity of the decentration estimation depends on the increase in the micro-lens K and the pixel size of the photodetector. With an increase in K = 10, a pixel size Δ = 30 μm, and a visual assessment of the beat of the image of the self-collimation point of 2 pixels, the sensitivity of determining the decentration is about 3 μm.
Следует отметить, что при визуальной оценке биения изображения при центрировке чувствительность сильно зависит от качества изображения автоколлимационной точки. При контроле несферической поверхности или тыльной поверхности линзы через первую поверхность автоколлимационное изображение искажено внесенными аберрациями, что приводит к расплыванию автоколлимационного изображения и уменьшению чувствительности определения децентрировки.It should be noted that in the visual assessment of the beat of the image during centering, the sensitivity strongly depends on the image quality of the autocollimation point. When controlling a non-spherical surface or the back surface of the lens through the first surface, the autocollimation image is distorted by the introduced aberrations, which leads to blurring of the autocollimation image and a decrease in the sensitivity of the determination of decentration.
Расчеты приведены для наилучшего положения формирующего объектива на двойном фокусном расстоянии от марки (точечного источника).The calculations are given for the best position of the forming lens at a double focal distance from the mark (point source).
Возможно уменьшение погрешности определения координат с использованием математической обработки кадров. Подходы к решению определения координат точечного объекта с использованием автоматизированной обработки известны. Обычно за значение координат точечного объекта принимают координату центра тяжести распределения в изображении точки.It is possible to reduce the error in determining coordinates using mathematical processing of frames. Approaches to solving the determination of the coordinates of a point object using automated processing are known. Usually, the coordinate of the center of gravity of the distribution in the image of the point is taken as the coordinate value of a point object.
Децентрировка определяется по формулеDecentration is determined by the formula
Δ - децентрировка, X1, Y1, Х2, Y2, Х3, Y3, Х4, Y4 - координаты двух изображений автоколлимационных точек, полученных при развороте центрировочного патрона на 180 угл. град.;Δ - decentration, X 1 , Y 1 , X 2 , Y 2 , X 3 , Y 3 , X 4 , Y 4 - the coordinates of the two images of autocollimation points obtained by turning the centering cartridge 180 angles. hail.;
К - увеличение микрообъектива.K - an increase in a micro lens.
При увеличении К=10, размере пикселя А=30 мкм и оценке смещения автоколлимационного изображения точки в 0,5 пикселя погрешность определения координат автоколлимационной точки составляет порядка 1.5 мкм. Чувствительность к децентрировке составляет порядка 0,75 мкм.With an increase in K = 10, a pixel size of A = 30 μm, and an estimate of the offset of the autocollimation image of the point at 0.5 pixels, the error in determining the coordinates of the autocollimation point is about 1.5 μm. The sensitivity to decentration is about 0.75 microns.
При необходимости более точного определения децентрировки или центрировке асферической поверхности устройство переключают в интерференционный режим. Для этого микрообъектив 10 перефокусируют таким образом, что на его выходе образуется параллельный пучок. После прохождения параллельного пучка через блок 11 двойного изображения в плоскости матричного фотоприемника образуются интерференционные полосы реверсивного сдвига, частота которых зависит от биения автоколлимационной точки контролируемой поверхности.If it is necessary to more accurately determine the decentration or centering of the aspherical surface, the device is switched to the interference mode. For this, the micro-lens 10 is refocused so that a parallel beam is formed at its output. After the parallel beam passes through the
Цена полосы интерферометра к смещению автоколлимационной точки зависит от длины волны излучения лазера и фокусного расстояния микрообъектива. При длине волны 2,2 мкм и фокусном расстоянии микрообъектива 20 мм цена полосы (чувствительность) составляет 1 мкм, причем цена полосы слабо зависит от размера пикселя фотоприемного устройства. При визуальной оценке децентрировки по интерференционной картине чувствительность устройства составляет порядка 2 мкм. Возможно увеличение чувствительности при расшифровке интерференционной картины до десятых долей микрона. Чувствительность устройства можно изменять изменением фокусного расстояния микрообъектива.The price of the interferometer strip to the offset of the autocollimation point depends on the wavelength of the laser radiation and the focal length of the micro-lens. At a wavelength of 2.2 μm and a focal length of a micro lens of 20 mm, the price of the strip (sensitivity) is 1 μm, and the price of the strip weakly depends on the pixel size of the photodetector. With a visual assessment of decentration by the interference pattern, the sensitivity of the device is about 2 microns. It is possible to increase the sensitivity when decoding the interference pattern to tenths of a micron. The sensitivity of the device can be changed by changing the focal length of the micro lens.
Переход к контролю в ИК области спектра позволяет контролировать децентрировку двух поверхностей ИК линз с приблизительно одинаковой точностью, в том числе линз с асферической поверхностью, установив устройство с одной стороны линзы, а также осуществлять контроль децентрировки линз в собранном объективе.The transition to control in the IR region of the spectrum allows you to control the decentration of two surfaces of IR lenses with approximately the same accuracy, including lenses with an aspherical surface, by installing the device on one side of the lens, and also control the decentration of the lenses in the assembled lens.
Применение в устройстве дешевого и мощного многомодового полупроводникового ИК лазера позволило использовать дешевый неохлаждаемый ИК приемник, что значительно сократило затраты на создание устройства.The use of a cheap and powerful multimode semiconductor IR laser in the device made it possible to use a cheap uncooled IR receiver, which significantly reduced the cost of creating the device.
Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.
По схеме (см. фиг. 1) создан макет предложенного устройства.According to the scheme (see Fig. 1), a model of the proposed device was created.
В устройстве использован ИК полупроводниковый лазер с рабочей длиной волны 2,24 мкм. Длина волны выбрана близкой к нижней границе пропускания германия (1,8 мкм), чтобы иметь возможность контролировать германиевые линзы и не потерять в чувствительности устройства. Формирующий объектив с фокусным расстоянием 400 мм и относительным отверстием 1:5 изготовлен из германия. В качестве матричного приемника использована пироэлектрическая камера с USB выходом фирмы Raytheon, США.The device used an IR semiconductor laser with a working wavelength of 2.24 microns. The wavelength was chosen close to the lower boundary of the transmission of germanium (1.8 μm) in order to be able to control germanium lenses and not lose in the sensitivity of the device. The forming lens with a focal length of 400 mm and a relative aperture of 1: 5 is made of Germany. A pyroelectric camera with a USB output from Raytheon, USA, was used as a matrix receiver.
Блок двойного изображения выполнен в виде светоделительного кубика с приклеенными к двум граням призмами АР-90, причем ребра призм образуют угол 90 угл. град.The double image block is made in the form of a beam-splitting cube with prisms AP-90 glued to two faces, and the edges of the prisms form an angle of 90 angles. hail.
Предложенное устройство позволяет центрировать обе поверхности ИК линз со сферическими и асферическими поверхностями с высокой точностью, а также контролировать децентрировку линз в собранном объективе.The proposed device allows you to center both surfaces of IR lenses with spherical and aspherical surfaces with high accuracy, as well as to control the decentration of the lenses in the assembled lens.
Чувствительность устройства к линейной децентрировке составила менее 1 мкм.The sensitivity of the device to linear decentration was less than 1 μm.
Предполагается использование предложенного автоколлимационного устройства для центрировки ИК оптических элементов (линз) в оправах, в том числе с асферическими поверхностями, при производстве линзовых и зеркально-линзовых объективов, также для контроля качества сборки объективов ИК диапазона спектра.It is proposed to use the proposed autocollimation device for centering IR optical elements (lenses) in frames, including with aspherical surfaces, in the production of lens and mirror-lens lenses, as well as to control the quality of the assembly of IR-spectrum lenses.
ЛитератураLiterature
1. РТМ 3-216-72 «Объективы. Типовой технологический процесс центрирования линз в оправе методом автоколлимации».1. RTM 3-216-72 “Lenses. A typical technological process of centering lenses in a frame by the method of autocollimation. "
2. Хитрик А.С., Быстрое В.А., Крынин Л.И., Стырикович Т.В., Способ сборки объективов, работающих в инфракрасной области спектра // патент РФ №2355002, 2009.2. Khitrik A.S., Bystroe V.A., Krynin L.I., Styrikovich T.V., Method for assembling lenses operating in the infrared region of the spectrum // RF patent No. 2355002, 2009.
3. Дьякова И.И., Способ центрирования в оправе линз, работающих в инфракрасной области спектра // патент РФ №2634078, 2017.3. Dyakova II, The method of centering in the frame of lenses operating in the infrared region of the spectrum // RF patent No. 2634078, 2017.
4. Оптический производственный контроль/ Под ред. Д. Малакары; - М. Машиностроение, 1985 - 400 с.4. Optical production control / Ed. D. Malakara; - M. Mechanical Engineering, 1985 - 400 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107314A RU2705177C1 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Autocollimation device for centering optical elements |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107314A RU2705177C1 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Autocollimation device for centering optical elements |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2705177C1 true RU2705177C1 (en) | 2019-11-05 |
Family
ID=68501062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019107314A RU2705177C1 (en) | 2019-03-14 | 2019-03-14 | Autocollimation device for centering optical elements |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2705177C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU24573U1 (en) * | 2002-01-03 | 2002-08-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | OPTICAL AUTOCollimation module |
| EP1134548B1 (en) * | 2000-03-10 | 2006-06-14 | HAMAR LASER INSTRUMENTS, Inc. | Laser alignment system with plural lasers for impingement on a single target |
| RU98596U1 (en) * | 2010-04-26 | 2010-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптротех" | TWO CHANNEL DIGITAL AUTOCollimator |
| RU2561018C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") | Interferometric method of adjusting two-mirror lens with aspherical elements |
| RU183150U1 (en) * | 2018-05-30 | 2018-09-12 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | AUTOCOLLIMATION INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OF OPTICAL ELEMENTS |
| RU186481U1 (en) * | 2018-09-25 | 2019-01-22 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OPTICAL ELEMENTS WITH ASPHERIC SURFACES IN FRAMES |
-
2019
- 2019-03-14 RU RU2019107314A patent/RU2705177C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1134548B1 (en) * | 2000-03-10 | 2006-06-14 | HAMAR LASER INSTRUMENTS, Inc. | Laser alignment system with plural lasers for impingement on a single target |
| RU24573U1 (en) * | 2002-01-03 | 2002-08-10 | Открытое акционерное общество "ЛОМО" | OPTICAL AUTOCollimation module |
| RU98596U1 (en) * | 2010-04-26 | 2010-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптротех" | TWO CHANNEL DIGITAL AUTOCollimator |
| RU2561018C1 (en) * | 2014-07-18 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") | Interferometric method of adjusting two-mirror lens with aspherical elements |
| RU183150U1 (en) * | 2018-05-30 | 2018-09-12 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | AUTOCOLLIMATION INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OF OPTICAL ELEMENTS |
| RU186481U1 (en) * | 2018-09-25 | 2019-01-22 | АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (АО "НИИ ОЭП") | INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OPTICAL ELEMENTS WITH ASPHERIC SURFACES IN FRAMES |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102147240B (en) | Method and device for measuring multiple element parameters in differential con-focus interference manner | |
| CN101793500B (en) | Method and device for measuring central thickness of differential confocal lens | |
| CA2206212A1 (en) | Phase shifting diffraction interferometer | |
| KR20050052385A (en) | Eccentricity measuring method and eccentricity measuring apparatus | |
| CN107702644B (en) | Multi-degree-of-freedom measuring device based on double PSDs | |
| US5493398A (en) | Device for observing test-piece surfaces by the speckle-shearing-method for the measurement of deformations | |
| CN102385170B (en) | Optical system for measuring and regulating center deviation of optics lens at high precision | |
| JP2021043181A (en) | Lens refractive index measuring device and method for measurement by the same | |
| CN109387161A (en) | A kind of auto-collimation system | |
| CN109579776B (en) | High-precision anti-interference large-working-distance auto-collimation device and method | |
| CN109580182B (en) | Method and device for measuring refractive index of curved optical element based on Brewster's law | |
| CN101493376B (en) | Pentaprism combination ultralong focal-length measurement method and apparatus | |
| RU2612918C1 (en) | Device for determining positions of defects on aspherical surface of optical part (versions) | |
| RU2705177C1 (en) | Autocollimation device for centering optical elements | |
| CN109458959B (en) | Variable-inclination-angle phase-shift grazing incidence interferometer measuring device and method | |
| RU2519512C1 (en) | Device to measure angular and linear coordinates of object | |
| CN206193312U (en) | Micron order photoelectricity centring means based on surface reflection like | |
| CN113834421B (en) | Imaging lens group and interferometer using same | |
| US8643831B1 (en) | Distance to angle metrology system (DAMS) and method | |
| RU162917U1 (en) | TWO-MIRROR OPTICAL SYSTEM ADJUSTMENT DEVICE | |
| CN108827595A (en) | Detection device based on adaptation theory optical system mismachining tolerance | |
| US3832063A (en) | Lens axis detection using an interferometer | |
| RU183150U1 (en) | AUTOCOLLIMATION INTERFEROMETRIC DEVICE FOR CENTERING OF OPTICAL ELEMENTS | |
| RU2461797C1 (en) | Device to measure bend of artillery barrel | |
| CN112504164A (en) | Measuring device and method capable of dynamically measuring surface shape of planar optical element |