SU1721575A1

SU1721575A1 - Objective lens

Info

Publication number: SU1721575A1
Application number: SU894773053A
Authority: SU
Inventors: Ким Владимирович Соколов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им.Ф.Н.Красовского
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение относитс к оптико-механическому приборостроению. Цель изобретени - повышение точности и надежности юстировки объектива. Объектив содержит полый цилиндрический корпус 1 с выступами 12 на внутренней поверхности, в кото 2,8,16 ром вдоль его оси установлены в оправах 2 оптические элементы 4 и механизмы юстировки 5, 6 по числу оптических элементов. Каждый оптический элемент 4 по наружному диаметру закреплен в оправе 2 пружинной частью 3. Механизм юстировки выполнен в виду двух котировочных винтов 7 и одного подпружиненного упора 8. Винты 7 и упор 8 соприкасаютс своими плоскими торцами с плоскост ми усеченных шаровых опор 9, установленных в конических отверсти х на наружной поверхности оправы 2. Оси юстировочных винтов 7, подпружиненных упоров 8 и конических отверстий оправ 2 всех механизмов юстировки расположены на одной образующей цилиндрической поверхности корпуса. Усеченные шаровые опоры 10, установленные в конусных отверсти х винтов 11, которые, в свою очередь, установлены в выступах 12 корпуса 1, взаимодействуют с торцами оправ 2 оптических элементов 4. 1 з.п.ф-лы, 4ил. -г Ј VI ГО (Л This invention relates to an optomechanical instrument. The purpose of the invention is to improve the accuracy and reliability of the lens alignment. The lens contains a hollow cylindrical body 1 with protrusions 12 on the inner surface, in which 2,8,16 rum along its axis are mounted in the frames 2 optical elements 4 and adjustment mechanisms 5, 6 according to the number of optical elements. Each optical element 4 is fixed in outer diameter to frame 2 by spring part 3. The adjustment mechanism is made in the form of two quote screws 7 and one spring-loaded stop 8. Screws 7 and stop 8 touch their flat ends with the planes of truncated ball bearings 9 installed in conical holes on the outer surface of the rim 2. The axes of the adjusting screws 7, spring-loaded lugs 8 and conical holes of the rims 2 of all the adjustment mechanisms are located on one forming the cylindrical surface of the housing. The truncated ball bearings 10, mounted in the conical holes of the screws 11, which, in turn, are installed in the projections 12 of the housing 1, interact with the ends of the frames 2 of the optical elements 4. 1 zpf-ly, 4il. -r Ј VI GO (L

Description

Изобретение относитс к оптико-механическому приборостроению, преимущественно дл широкоугольных ортоскопических объективов с диаметром оптических элементов 70-250 мм и точностью юстировки их осей относительно оси объектива 2-5 мкм.The invention relates to optomechanical instrument making, mainly for wide-angle orthoscopic lenses with a diameter of 70-250 mm optical elements and an accuracy of alignment of their axes relative to the axis of the objective 2-5 microns.

Известна конструкци механизма дл совмещени оптической оси отдельных оптических элементов с осью объектива с использованием трех или четырех винтов, равномерно расположенных в корпуса.The known design of the mechanism for combining the optical axis of the individual optical elements with the axis of the lens using three or four screws evenly spaced in the housing.

Недостатками указанного устройства вл ютс нерегулируема жесткость замыкани , вли юща на точность оптической системы объектива от усилий механизмов юстировки и особенно от. воздействи на базовые точки внешних факторов - тр ски, вибрации, ударов, изменений температуры, привод щих к снижению точности юстировки , так как в местах точечного контакта при эксплуатации образуютс зазоры, св занные с влени ми остаточных деформаций в металле; ограниченный диаметр (до 50-80 мм) завальцованных оптических элементов; нерегулируемые, нерасчетные усили фиксации в радиальном направлении требуют повторной юстировки при извлечении оправы с оптическим элементом при подгонке размеров, регулирующих воздушные промежутки между оптическими элементами; применение дополнительного механизма креплени - гайки дл силового замыкани оправы в аксиальном направлении, котора , обычно име биение резьбы к торцовой поверхности, разворачивает оптический элемент на угол в пределах этого биени или требует иных более сложных механизмов и промежуточных деталей и дополнительной юстировки. -.The disadvantages of this device are the unregulated stiffness of the closure, which affects the accuracy of the optical system of the lens from the efforts of the alignment mechanisms and especially from. impact on the base points of external factors — three, vibrations, shocks, temperature changes, leading to a decrease in the accuracy of the alignment, since gaps associated with the occurrence of residual deformations in the metal occur at points of point contact during operation; limited diameter (up to 50-80 mm) of seamed optical elements; unregulated, off-design fixations in the radial direction require re-alignment when removing the frame with an optical element when adjusting the dimensions that regulate the air gaps between the optical elements; the use of an additional fastening mechanism — nuts for force-closing the frame in the axial direction, which, usually having a beating of the thread to the end surface, rotates the optical element at an angle within this beat or requires other more complex mechanisms and intermediate parts and additional alignment. -.

Наиболее близкой к предлагаемому вл етс оправа многокомпонентного объектива , содержаща полый цилиндрический . корпус с выступами на внутренней поверх-; ности, в котором вдоль его оси установлены оптические элементы и механизмы центрировани (юстировки) их, каждый из которых выполнен из трех независимых и расположенных .равномерно по окружности эксцентричных регулируемых упоров со сферической наружной поверхностью, оси которых параллельны оптической оси объектива, а эксцентрики контактируют с внешней посадочной поверхностью оптического элемента.Closest to the present invention is a rim of a multi-component lens comprising a hollow cylindrical. housing with protrusions on the inner surface; in which optical elements and their centering (alignment) mechanisms are installed along its axis, each of which is made up of three independent and disposed eccentric adjustable stops with a spherical outer surface, the axes of which are parallel to the optical axis of the lens, and eccentrics in contact with external landing surface of the optical element.

Недостатки отравы - нарушение правил базировани , жесткость замыкани при точечном контакте сопр гаемых деталей, одна из которых из хрупкого материала, неточность юстировки механизма закреплени .The disadvantages of the poison are the violation of the rules of the base, the rigidity of the circuit at the point contact of the mating parts, one of which is of brittle material, inaccuracy of the adjustment of the mechanism of fixing.

При позиционировании на торцовую поверхность оптический элемент лишаетс трех степеней свободы, базиру сь на эксцентриковые упоры по цилиндрической поверхности , Оптический элемент лишен еще двух степеней свободы, так как точечный контакт хорош дл кинематического, теоретического по снени , но в реальных услови х дл повышени точности юстировкиWhen positioning on the face surface, the optical element is deprived of three degrees of freedom, based on eccentric stops on a cylindrical surface, the optical element is deprived of two more degrees of freedom, since the point contact is good for kinematic, theoretical explanation, but in real conditions to improve the alignment accuracy

0 непригоден из-за разрушени точки контакта от усилий замыкающего эксцентрика, потому что в точечном контакте возникают большие удельные давлени , чем допустимые , стекло разрушаетс тем больше,0 is unsuitable due to the destruction of the contact point from the efforts of the closing eccentric, because in the point contact there is a high specific pressure, the more permissible, the glass is destroyed the more

5 чем больше эти усили , а они неопределенные .5 the more these efforts, and they are uncertain.

Конструкци оправы не обеспечивает повтор емость достигнутой точности 2-5 мкм при многократной разборке и сборке,The frame design does not provide repeatability of the achieved accuracy of 2-5 microns with repeated disassembly and assembly,

0 так как невозможно попасть на те же точки позиционировани посадочной поверхностью оптического элемента, котора изготовлена с расширенными допусками на номинальные размеры, где, например, от5 клонени от округлости по восьмому квали- тету составл ют 70-90 мкм на диаметрах 100-250 мм, поэтому даже незначительный разворот увеличит численные значени оптимального отклонени , полученного при0 because it is impossible to get to the same positioning points by the landing surface of the optical element, which is manufactured with extended tolerances on nominal dimensions, where, for example, deviations from roundness along the eighth grade are 70-90 µm in diameters 100-250 mm, therefore, even a slight reversal will increase the numerical values of the optimal deviation obtained by

0 юстировке. Кроме этого, в этих точках остаютс следы разрушени . Шероховатость посадочной поверхности также вли ет на точность юстировки, так как обычно оптический элемент обрабатываетс по Rz.2,5n0 alignment In addition, traces of destruction remain at these points. The roughness of the seating surface also affects the accuracy of the alignment, since usually the optical element is processed along Rz.2,5n

5 представл ет собой рельеф с множеством пирамидальных выступов с высотой. 3,2 мкм, а от точки контакта с ними и характера их разрушени зависит векторна направленность этого усили . ......5 is a relief with a plurality of pyramidal protrusions with height. 3.2 μm, and the vector orientation of this force depends on the point of contact with them and the nature of their destruction. ......

0 При юстировке оптического элемента по направл ющим базовым опорам третьим эксцентриковым упором наступает момент, когда силы трени в контакте превосход т вес оптического элемента, он вслед за экс5 центриковым упором провернетс , произойдет его отрыв от основной базовой поверхности, так как идеального случа , чтобы все точки контакта эксцентриков находились в одной плоскости, параллельной0 When adjusting the optical element along the guides of the basic supports with the third eccentric stop, there comes a moment when the friction forces in the contact exceed the weight of the optical element, it follows the extra centric stop, it will detach from the main base surface, since the points of contact of the eccentrics were in the same plane parallel to

0 базовой, маловеро тно, и поэтому замыкающа точка будет выше или ниже этой пло- скости,образу опрокидывающий момент и отрыва оптический элемент от базовой поверхности .0 base, it is unlikely, and therefore the closing point will be above or below this plane, forming the tilting moment and the detachment of the optical element from the base surface.

5 -.. . five -.. .

Заложенные в оправу жесткие св зи не позвол ют учитывать вли ние воздействи внешних факторов: температуры (различие в коэффициентах линейного расширени стекла и металла), тр ски, вибрации и т.д.The rigid links put in the frame do not allow to take into account the influence of the influence of external factors: temperature (difference in the linear expansion coefficients of glass and metal), sliding, vibration, etc.

Силовое замыкание, которое осуществл етс прижимной гайкой при заворачивании в момент касани провернет оптический элемент вокруг оси или сместит в направлении любого эксцентрикового упора и наклонит в аксиальном направлении в пределах биени резьбы и образовавшегос зазора от юстировки, т.е. механизм закреплени не обеспечивает посто нства контакта с опорными точками и неподвижность оптического элемента в эксплуатации.A force closure, which is carried out by the clamping nut when screwed in at the moment of contact, will rotate the optical element around the axis or move it in the direction of any eccentric stop and tilt in the axial direction within the thread beating and the clearance gap formed, i.e. the fastening mechanism does not ensure the stability of contact with reference points and the immobility of the optical element in operation.

Целью изобретени вл етс повышение точности и надежности юстировки.The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of the alignment.

Поставленна цель достигаетс тем, что в объективе, содержащем полый цилиндрический корпус с выступами на внутренней поверхности, в котором вдоль его оси с базированием на торцовые поверхности, выполненные на выступах перпендикул рно оси корпуса, установлены оптические элементы , последние снабжены собственными оправами,выполненными с пружинными част ми и с одинаковыми диаметрами внешних поверхностей, на которых выполнены конические отверсти , оси которых наклонены к оси оправы и снабжены усеченными шаровыми опорами, установленными в конических отверсти х оправ, при этом оптические элементы закреплены по наружной поверхности пружинными част ми оправ, два упора механизма юстировки выполнены в виде юстировочных винтов, а третий упор выполнен подпружиненным, при этом упоры взаимодействуют своими плоскими торцами с плоскост ми усеченных шаровых опор, а подпружиненные упоры всех механизмов юстировки размещены вдоль одной образующей цилиндрической поверхности корпуса.The goal is achieved by the fact that in the lens containing a hollow cylindrical body with protrusions on the inner surface, in which along its axis based on the end surfaces made on the protrusions perpendicular to the axis of the body, optical elements are installed, the latter are equipped with their own frames made with spring parts and with identical diameters of external surfaces on which conic holes are made, the axes of which are inclined to the axis of the frame and provided with truncated ball bearings The optical elements are fixed on the outer surface by spring parts of the frames, two stops of the adjustment mechanism are made in the form of adjustment screws, and the third stop is made spring-loaded, while the stops interact with their flat ends with the planes of truncated ball bearings, and spring-loaded stops all mechanisms alignment placed along one forming a cylindrical surface of the housing.

Кроме того, количество выполненных в корпусе выступов на каждый оптический элемент равно трем, при этом выступы расположены равномерно по окружности и снабжены винтами, оси которых параллельны оси корпуса, с конусными отверсти ми, в которых размещены усеченные шаровые опоры, взаимодействующие своими плоскост ми с торцами оправ оптических элементов . .In addition, the number of protrusions made on the body for each optical element is equal to three, while the protrusions are located evenly around the circumference and equipped with screws, the axes of which are parallel to the axis of the body, with conical holes in which truncated ball bearings are located, which interact with their planes with the ends frames of optical elements. .

В объективе каждый оптический элемент закреплен в пружинной части оправы, на внешней поверхности которой установлены усеченные шаровые опоры. Механизм юстировки состоит из упоров и опор, кон- тактирующихс между собой по определенной площади, что позвол ет избежать в местах контакта остаточных деформаций от этих расчетных усилий и от усилий воздействи внешних факторов при эксплуатации: тр ски, вибрации, температурных перепадов , а конструктивна компановка оправыIn the lens, each optical element is fixed in the spring part of the frame, on the outer surface of which the truncated ball bearings are mounted. The alignment mechanism consists of stops and supports contacting with each other over a certain area, which makes it possible to avoid in places of contact deformations from these calculated efforts and from the forces of external factors during operation: drive, vibration, temperature differences, and rims

не передает усили .зажима и фиксации ее на оптический элемент, так как усили зажима оптического элемента не совпадают с этими направлени ми. Оптический элемент 5 находитс посто нно в уравновешенном состо нии под действием рассчитанных усилий пружинной части оправы и при температурных изменени х, так как при расширении стекла пор дка 0,02-0,05 ммIt does not transmit the force of clamping and fixing it to the optical element, since the clamping forces of the optical element do not coincide with these directions. The optical element 5 is constantly in a balanced state under the action of the calculated forces of the spring part of the frame and during temperature changes, since when the glass expands, it is of the order of 0.02-0.05 mm

0 его внутренние силы значительно превосход т усили зажима пружинной части ее при таком перемещении не измен т заметно внутреннее напр жение в стекле и ориентацию в оправе. Температурные изменени 0, its internal forces considerably exceed the clamping force of the spring part of it. During such a movement, the internal stress in the glass and the orientation in the frame do not change noticeably. Temperature changes

5 всех оправ одинаковы в направлении подпружиненного винта, чем стабилизируетс оптическа ось. Конструкци оправы допускает многократную сборку и разборку объектива , например, дл уменьшени вли ни 5 of all the frames are the same in the direction of the spring-loaded screw, thus stabilizing the optical axis. The frame design allows multiple assembly and disassembly of the lens, for example, to reduce the impact

0 тангенциальной дисторсии разворотом оптического элемента в оправе или изменений размера воздушных промежутков. Заложенный в конструкцию оправы наклон осевых линий отверстий упоров и опор0 tangential distortion by turning the optical element in the frame or changing the size of the air gaps. Inclined in the design of the frame slope of the axial lines of the holes of the stops and supports

5 позвол ет расширить допуски на изготовление , так как не нарушитс заложенный принцип разложени расчетного усили на радиальные и аксиальные силы, которые стабилизируют положение оправы с оптиче0 ским элементом до 2-5 мкм. Базирование оправы с оптическим элементом производитс торцовой поверхностью на шаровые усеченные опоры, самоустанавливающиес , расположенные в конусных отверсти х5 allows extending manufacturing tolerances, since the inherent principle of decomposing the calculated force into radial and axial forces, which stabilize the position of the frame with an optical element up to 2-5 microns, is not violated. Basing of the frame with an optical element is produced by the end surface on the truncated ball bearings, self-adjusting, located in the conical holes

5 резьбовых втулок, которыми можно регулировать получение требуемой перпендикул рности поверхности, проход щей через эти опоры, оси объектива, т.е. выполнить заданную юстировку наклонами, Переме0 щением этих опор можно избежать приме- нени промежуточных колец .дл регулировани воздушных промежутков, так как смещение соприкасающихс упоров и опор до 2 мм один относительно другого5 threaded bushings that can be used to regulate the obtaining of the required perpendicularity of the surface passing through these supports, the objective axis, i.e. perform a given adjustment of the slopes. By moving these supports, you can avoid using intermediate rings to adjust the air gaps, since the displacement of the contact stops and supports up to 2 mm one relative to another

5 при площади контакта их, например, диаметром 5-7 мм на опоре и на 2-3 мм большей на упоре не нарушит заложенного конструктивного принципа и значительного перераспределени усилий в радиальном и5 with their contact area, for example, with a diameter of 5-7 mm on the support and 2-3 mm larger on the support, will not break the pledged constructive principle and significant redistribution of efforts in the radial and

0 аксиальном направлени х..0 axial direction ..

На фиг. 1 изображен объектив, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел на фиг. Т; на фиг. 4 - узел II на фиг.FIG. 1 shows a lens, a general view; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 - the node in FIG. T; in fig. 4 — node II in FIG.

15 Объектив содержит :корпус 1, оправы 2 в пружинные части 3. которых зажаты оптические элементы 4, механизмы юстировки 5, б равномерно расположенные в корпусе и оправах, состо щие юз регулируемых винтов 7 и подпружиненного упора 8, усеченных шаровых опор 9 дл юстировки смещением и усеченных шаровых опор 10 дл юстировки наклонами, винты 11 с конусным отверстием, установленные в выступы 12 на внутренней поверхности корпуса 1.15 The lens contains: body 1, frames 2 in spring parts 3. which clamped optical elements 4, adjustment mechanisms 5, b evenly located in the body and frames, consisting of adjustable screws 7 and spring-loaded stop 8, truncated ball bearings 9 for alignment by offset and truncated ball bearings 10 for alignment of the slopes, screws 11 with a tapered hole, installed in the protrusions 12 on the inner surface of the housing 1.

Объектив работает следующим образом .The lens works as follows.

Оптический элемент 4, например, посредством канавки с углом 90° зажат лепестками пружинной частью 3 оправы 2 с усилием, не внос щим деформации в него более допустимого. Оправа 2 своей торцовой поверхностью, плоскость которой обработана с точностью допускаемой децентрировки оптического элемента в центровочном патроне известными способами устанавливаетс на опорные точки опоры 10 установочной базы и опорные точки упоров 7 направл ющей базы так, чтобы совпадали винты 7 и опоры 9, и закрепл етс подпружиненным упором 8с расчётным усилием. Контролиру автоколлимационной трубкой ЮС-13 или иным прибором, совмещают ось оптического элемента с осью объектива регулируемыми винтами 7, которые передают через усеченные шаровые опоры 9 на оправу 2 усили , превосход щие расчетные усили подпружиненного упора 8, осуществл юстировку смещением. В конструкции заложена также юстировка наклонами за счет изменени высоты усеченных шаровых опор 10 или перемещени винта 11с конусным отверстием в выступе 12 корпуса 1. Изменением высоты, размера опор 10 осуществл етс регулирование воздушных промежутков между оптическими элементами . В каждом сечении положение окончательно отъюстированной оправы 2 с оптическим элементом фиксируетс за счет жесткого закреплени известными технологическими способами котировочных винтов 7 и винтов 11.The optical element 4, for example, by means of a groove with an angle of 90 ° is clamped by the petals by the spring part 3 of the frame 2 with a force that does not deform it more than permissible. The frame 2 with its face surface, the plane of which is machined with the accuracy allowed by the de-centering of the optical element in the centering cartridge, is established by known methods on the support points of the mounting base 10 and the support points of the stops 7 of the guide base so that the screws 7 and the supports 9 coincide and are fixed spring-loaded focus 8c calculated effort. Controlling the YUS-13 autocollimation tube or other device, align the axis of the optical element with the axis of the lens with adjustable screws 7, which are transmitted through truncated ball bearings 9 to the frame 2, which exceed the calculated forces of the spring-loaded stop 8, by adjusting the offset. The design also includes alignment by tilting by changing the height of the truncated ball bearings 10 or by moving the screw 11 with a tapered hole in the protrusion 12 of the housing 1. By varying the height and size of the supports 10, the air gaps between the optical elements are adjusted. In each section, the position of the finally-trimmed rim 2 with the optical element is fixed by rigidly fixing the quotation screws 7 and the screws 11 by the known technological methods.

Эффективность предлагаемого объектива состоит в том, что повышаетс точность и эксплуатационна надежность юстировки объектива от соблюдени законов базировани , использовани в регулирующих элементах контактов по площади и лини м, исключающих влени остаточных деформаций и частичного разрушени материала в местах точечного контакта, закрепление оправы и оптического элемента, предусмотренной компенсации при температурных изменени х, стабилизирующей положение оптической оси объектива.The effectiveness of the proposed lens is that it improves the accuracy and operational reliability of the lens alignment from respecting the laws of the base, using area and line contacts in the regulating elements, eliminating the effects of residual deformations and partial destruction of the material at points of contact, fixing the frame and the optical element, compensation provided for with temperature changes that stabilize the position of the optical axis of the lens.

Кроме того, сокращаетс врем юстировки , так как юстируетс фактически закрепленный с расчетным усилием оптический элемент и мембрана, снижаетс вес объектива путем ликвидации буртиковIn addition, the adjustment time is shortened, since the optical element and the membrane actually fixed with the calculated force is adjusted, the lens weight is reduced by eliminating the shoulders.

дл закреплени на оптических элементах изготовлением раенотолщинного корпуса и меньших габаритов за счет размещени оп- равы и механизмов юстировки в пространстве между оптическими элементами и в проекции наибольшего, исключением деталей механизма закреплени , заменой колец , регулирующих воздушныйрромежуток, на усеченные шаровые опоры. Отдельныеfor fixing on optical elements by manufacturing a thin-walled housing and smaller dimensions by placing the base and alignment mechanisms in the space between the optical elements and in the projection of the largest, excluding details of the fixing mechanism, replacing the rings regulating the air gap, on the truncated ball bearings. Separate

0 детали могут изготавливатьс с расширенными допусками на номинальные размеры, формы и взаиморасположение сопр гаемых поверхностей, а дл деталей с точными геометрическими поверхност ми используют5 с выпускаемые промышленностью шарики подшипников, имеющие высокие геометрические параметры.Parts can be manufactured with extended tolerances on nominal sizes, shapes and relative positions of mating surfaces, and for parts with precise geometrical surfaces, 5 with commercially available bearing balls with high geometrical parameters are used.

Claims

1. A lens containing a hollow cylindrical body with protrusions on the inner surface, in which along its axis based on the end surfaces made on the protrusions perpendicular to the axis of the body, optical

5 elements and mechanisms of alignment according to the number of optical elements, each of which includes three independent stops placed evenly around the circumference, so as to increase

0 accuracy and reliability of adjustment, the optical elements are equipped with their own frames, made with spring parts and with the same diameters of the external surfaces on which they are made

5 conical holes, the axes of which are inclined to the axes of the frames, and provided with truncated ball bearings installed in the conical holes of the frames, while the optical elements are fixed on the outer surface by spring parts of the frames, two stops of the adjustment mechanism are made in the form of quotation screws, and the third the stop is made spring-loaded, while the stops interact with their flat ends with

5 planes of truncated ball bearings, and spring-loaded stops of all the alignment mechanisms are placed along one forming the cylindrical surface of the housing.

2. The lens according to claim 1, characterized by - 0 so that, in order to expand tolerances

The parts of the lens, the number of protrusions made in the body for each optical element is equal to three, while the protrusions are evenly spaced around the circumference and equipped with screws, the axes of which are parallel to the axis of the body, with tapered holes in which the truncated ball bearings are located, which interact their planes with the ends of the frames of the optical elements.

h

2

W.