Область техники

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для центрировки линз в объективах штабельной конструкции. В штабельной конструкции объективов отсутствует корпусная деталь, поэтому оправы, с закрепленными в них линзовыми компонентами, устанавливаются последовательно друг на друга и скрепляются друг с другом, как правило, винтами или шпильками (см. статью СМ. Латыева, Д.М. Румянцева, П.А. Курицына «Конструкторские и технологические методы обеспечения центрировки линзовых систем», Оптический журнал, N°3, 2013, с.92-96). Предшествующий уровень техники

При сборке объектива необходимо обеспечить правильное расположение рабочих поверхностей линзовых компонентов. Центры кривизны сферических рабочих поверхностей линз должны располагаться на одной (базовой) оси, а плоские рабочие поверхности должны быть расположены перпендикулярно к этой оси. В этих случаях объектив считается центрированным. Однако из-за многочисленных технологических погрешностей изготовления линз и их оправ объектив будет иметь децентрировки компонентов, которые в дальнейшем приведут к аберрациям создаваемого объективом изображения.

Центрировку линзовых компонентов в процессе сборки штабельного объектива можно осуществить с помощью их юстировки путём радиальных сдвигов оправ и разворотов вокруг оси в пределах бобовидных пазов под винты (шпильки) крепления, контролируя процесс по фокусирующейся на центры кривизны рабочих поверхностей линз автоколлимационной трубе. Недостатком такого способа центрировки является то, что здесь радиальным сдвигом оправ возможна выставка на базовую ось объектива, которой является визирная ось автоколлимационной трубы, только одного центра кривизны сферической поверхности линзы каждого компонента, влияние децентрировки второго центра кривизны (а также влияние наклона плоской рабочей поверхности линзы) можно только уменьшить компенсацией путём разворота вокруг оси других компонентов объектива. Кроме этого, при перефокусировке автоколлимационной трубы возможно радиальное смещение её объектива, что приводит к погрешности центрировки из-за нестабильности визирной оси трубы .

Известен так же способ и специальная станция для автоматизированной центрировки линз при сборке в их оправах (станция «OptiCentric», выпускаемая фирмой TRIOPTICS (http://www.trioptic.com/ Automated Centering and Bonding Machine), представленная в статье СМ. Латыева, Д.М. Румянцева и П. А. Курицына «Конструкторские и технологические методы обеспечения центрировки линзовых систем», Оптический журнал, З, 2013, с.92-96. Этот способ центрировки линзы в оправе на этой станции выбран в качестве прототипа.

Способ центрировки основан на том, что линза устанавливается в цилиндрическую оправу с плоскими торцевыми поверхностями, базовые наружные поверхности которой изготовлены в номинальный размер, с увеличенным зазором в посадке для возможности сдвигать или наклонять линзу в процессе закрепления для совмещения её центра кривизны, с базовой осью оправы, вращая последнюю вокруг базовой оси.

Базовой осью оправы является ось её базовой наружной цилиндрической поверхности, перпендикулярная базовому наружному фланцу. Оправа вращается вокруг своей базовой оси, так как она установлена в патрон (цангу) станции, вращающийся в прецизионных (аэростатических) подшипниках.

Центрировка линзы осуществляется следующим образом: оправу линзы по наружному базовому цилиндру и базовому фланцу закрепляют в патроне оси вращения шпинделя станции; затем устанавливают линзу одной из рабочих поверхностей (опорной) на плоский опорный буртик цилиндрического отверстия оправы; приводят во вращение патрон с оправой вокруг её базовой оси; измеряют биение центра кривизны второй рабочей поверхности линзы относительно оси вращения с помощью автоколлиматора; осуществляют радиальный сдвиг линзы по поверхности опорного буртика в увеличенном зазоре посадки по цилиндрическому отверстию оправы для совмещения центра кривизны второй рабочей поверхности с осью вращения; осуществляют фиксацию положения линзы в оправе. Фиксация линзы в оправе осуществляется быстроотвердевающим клеем под действием ультрафиолетового излучения.

Основным недостатком этого способа юстировки линзы в оправе является то, что здесь производится центрировка только одной (второй) рабочей поверхности линзы. Если опорный буртик цилиндрического отверстия оправы под линзу не перпендикулярен базовой оси оправы или отверстие в оправе расположено эксцентрично к базовой оси, то центр кривизны первой (опорной) поверхности линзы не будет совпадать с осью вращения, т.е. будет децентрирован. Только один центр кривизны линзы можно привести на ось вращения также в случае, когда линза опирается на опорный буртик оправы не рабочей сферической или плоской поверхностью, а плоской базовой фаской. Если же линза опирается на опорный буртик оправы конической фаской, то её центрировка на этой станции невозможна. Кроме этого, данный способ предусматривает возможность центрировки только одного линзового компонента в своей оправе, а не взаимную центрировку всех компонентов штабельной конструкции объектива при их сборке.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является повышение точности центрировки объектива штабельной конструкции, что обеспечивается достижением технического результата, заключающегося в приведении на одну ось всех центров кривизны рабочих сферических поверхностей линз объектива и установке плоских рабочих поверхностей линз объектива перпендикулярно этой оси.

Технический результат достигается тем, что в способе юстировки, включающем установку оправы линзы на элемент вращающегося патрона автоматизированной центрировочной станции, установку линзы на опорный буртик цилиндрического отверстия оправы, измерение с помощью автоколлиматора биения центра кривизны одной из рабочих поверхности линзы относительно оси вращения, смещение линзы по поверхности опорного буртика оправы для совмещения центра кривизны одной из рабочих поверхности линзы с осью вращения, фиксацию, например, быстроотвердевающим клеем, положения линзы в оправе новым является то, что оправу линзы устанавливают на элемент патрона, представляющий собой плоскую поверхность (стол), расположенную перпендикулярно оси вращения патрона, сдвигают оправу линзы по плоской поверхности элемента патрона для совмещения первого центра кривизны сферической рабочей поверхности линзы с осью вращения, фиксируют положение оправы относительно плоской поверхности, например, с помощью винтов, смещают линзу по поверхности опорного буртика оправы для совмещения центра кривизны второй рабочей поверхности линзы с осью вращения, фиксируют, например, быстроотвердевающим клеем, положение линзы в оправе, устанавливают на оправу первого линзового компонента оправу второго линзового компонента объектива, устанавливают линзу второго компонента на опорный буртик отверстия второй оправы, измеряют с помощью автоколлиматора биение первого центра кривизны сферической поверхности линзы второго компонента, сдвигают оправу второго компонента по поверхности оправы первого компонента для совмещения с осью вращения первого центра кривизны сферической рабочей поверхности линзы второго компонента, фиксируют, например, быстроотвердевающим клеем или винтами положение оправы второго компонента на оправе первого компонента, смещают линзу по поверхности опорного буртика оправы второго компонента для совмещения центра кривизны второй рабочей поверхности линзы с осью вращения, фиксируют, например, быстроотвердевающим клеем, положение линзы в оправе второго компонента, устанавливают на оправу второго компонента оправу третьего компонента и повторяют вышеперечисленные операции для третьего и последующих линзовых компонентов объектива. В случае, когда линза устанавливается на опорный буртик оправы не сферической рабочей поверхностью, а плоской рабочей поверхностью, поверхность опорного буртика выполняется сферической. В случае, когда линза устанавливается на опорный буртик оправы не сферической рабочей поверхностью, а плоской базовой фаской, поверхность опорного буртика выполняется сферической с центром кривизны, расположенным в одной плоскости с центром кривизны одного из центров кривизны сферической рабочей поверхности линзы. В случае, когда линза устанавливается на опорный буртик оправы конической базовой фаской, оправа выполняется с возможностью наклоняться относительно оси вращения.

Данное решение позволяет центрировать все линзовые компоненты объектива, а именно устанавливать на одной оси (оси вращения патрона) центры кривизны сферических рабочих поверхностей линз и располагать плоские рабочие поверхности перпендикулярно этой оси при различных вариантах базирования линз в своих оправах.

Контроль осуществляется по автоколлиматору, который фокусируется на центры кривизны рабочих поверхностей линз (или на бесконечность, когда рабочие поверхности плоские). Фиксация (закрепление) линз в оправах и оправ друг с другом может быть осуществлена различными способами, например быстроотвердевающим клеем под действием ультрафиолетового излучения.

Краткое описание фигур чертежей

Сущность заявляемого способа центрировки объектива штабельной конструкции и конструкции оправ линзовых компонентов для его осуществления поясняется фигурами 1-4.

На фиг. 1 представлена функциональная схема станции для центрировки объектива штабельной конструкции. Она содержит: элемент патрона (стол) 1, вращающейся в прецизионных, например, аэростатических подшипниках (с биением оси вращения порядка 0,1-0,3 мкм и строгой перпендикулярностью поверхности стола к оси вращения); оправы 2 линзовых компонентов объектива, которые последовательно устанавливаются на стол 1 и между которыми может быть установлено дистанционное кольцо 3; автоматизированный пьезо-манипулятор 4 для радиального смещения оправы линзы и наклона линзы в оправе; автоматизированный автоколлиматор 5 для контроля центрировок рабочих поверхностей линз и управления манипулятором.

Базовой осью объектива, на которую приводятся центры кривизны всех сферических рабочих поверхностей объектива (и устанавливаются перпендикулярно к ней плоские рабочие поверхности) является ось вращения стола. Если центр кривизны поверхности линзы не будет располагаться на оси вращения (или плоская рабочая поверхность неперпендикулярна оси вращения), то в плоскости ПЗС-матрицы автоколлиматора возникает биение её изображения, причем радиальные смещения автоколлиматора, при его перефокусировках, не будут влиять на контроль центрировки юстируемой поверхности.

Осуществление изобретения

Для того, чтобы привести оба центра кривизны рабочей поверхности линзы на ось вращения стола, оправа или линза должны иметь возможность не только смещаться в радиальном направлении, но и наклоняться относительно одного из центров её кривизны. Рассмотрим несколько вариантов способа юстировки объектива в зависимости от возможных конструктивных решений оправ линз.

На фиг. 2 представлена конструкция оправы 2, установленная на стол 3 (или на плоский торец предыдущей оправы), во внутреннее цилиндрическое отверстие которой линза 1 вставлена с увеличенным зазором посадки и опирается в осевом направлении своей рабочей сферической поверхностью А на плоский буртик оправы. По периметру линза залита быстро отвердевающим под действием УФ-излучения клеем. Вначале автоколлиматор настраивается на центр кривизны С _А поверхности А, и, если он не совмещён с осью вращения стола О-О, манипулятор силой F[ сдвигает оправу по столу до тех пор пока он не будет расположен на оси вращения. Положение оправы на столе или предыдущей оправе 3 фиксируется (например, винтами, клеем и т.д.), автоколлиматор настраивается на центр кривизны С _Б поверхности Б и манипулятор, воздействуя силой F ₂ на линзу разворачивает её вокруг С _А , до тех пор пока С _Б не совместиться с осью О-О. Включается УФ -лампа и положение линзы в оправе фиксируется быстро отвердевающим клеем.

На фиг. 3 изображена конструкция оправы 2 в случае, когда линза 1 базируется на опорный буртик оправы плоской рабочей поверхностью. В этом случае опорный буртик оправы выполняется сферическим, для того, чтобы воздействуя на линзу силой Fj можно было бы расположить её плоскую рабочую поверхность перпендикулярно оси вращения стола. Зафиксировав это положение линзы в оправе, сдвигают оправу силой F ₂ для совмещения с осью вращения центра кривизны (С _Б ) сферической рабочей поверхности Б линзы и фиксируют положение оправы.

В тех случаях, когда линза 1 опирается на буртик оправы 2 не рабочей поверхностью, а плоской фаской (фиг. 4), поверхность Д буртика оправы выполняют сферической с таким радиусом кривизны, чтобы его центр кривизны (Сд) располагался в одной плоскости с центром кривизны одной из рабочих поверхностей линзы (например, А). Тогда, совместив сдвигом оправы линзы центр кривизны С _А этой поверхности с осью вращения О-О и зафиксировав это положение на предыдущей оправе, наклоняют линзу манипулятором относительно центра С _д до тех пор, пока другой центр кривизны С _Б не будет совмещен с осью вращения и фиксируют линзу в оправе.

В тех случаях, когда плоско-выпуклая линза базируется в оправе по конической фаске (фиг. 5), оправа выполняется составной, содержащей основную часть 3, устанавливаемую на предыдущую оправу или стол 4, а так же вспомогательную часть 2, которая устанавливается на опорный буртик основной оправы и может наклоняться относительно основной и в которую вставляется линза 1. Сопряжение основной и вспомогательной частей оправы осуществляется по плоской и сферической поверхностям. Вначале, наклоном промежуточной оправы выставляют перпендикулярно оси вращения фронтальную плоскую поверхность А линзы и фиксируют положение вспомогательной оправы в основной. Затем, радиальным сдвигом основной оправы приводят центр кривизны С _Б линзы на ось вращения и фиксируют положение основной оправы.

В тех случаях, кода линза, имеющая две двояко-выпуклые или двояко-вогнутые рабочие поверхности, базируется в оправе по конической фаске (фиг. 6), оправа выполняется составной, содержащей основную часть 3, устанавливаемую на предыдущую оправу или стол 4, а так же вспомогательную часть 2, которая устанавливается на опорный буртик основной оправы и может наклоняться относительно основной и в которую вставляется линза 1. Сопряжение основной и вспомогательной частей оправы осуществляется по плоской и сферической поверхностям, причем радиус сферической поверхности выполнен таким, чтобы центр её кривизны (Сд) располагался в одной плоскости с одним из центров кривизны рабочих поверхностей линзы (например, А). Вначале, сдвигом основной оправы по столу (или по поверхности предыдущей оправы) приводят центр кривизны С _А линзы на ось вращения и фиксируют положение основной оправы. Затем наклоном промежуточной оправы вокруг центра кривизны (С _д ) сферической поверхности Д, выставляют центр кривизны второй поверхности линзы (С _Б ) на ось вращения и фиксируют положение вспомогательной оправы в основной.

Предлагаемый способ центрировки линз объектива штабельной конструкции и оправы линз для его осуществления позволяют повысить точность центрировки объектива за счет приведении на одну ось всех центров кривизны рабочих сферических поверхностей его линз и установке плоских рабочих поверхностей линз перпендикулярно этой оси, а также осуществить автоматизацию процесса центрировки объектива.