Способ автоматизированной юстировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Способ автоматизированной юстировки линзы в оправе и оправа для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для центрировки линз в оправах при их сборке.

При сборке и последующем закреплении (фиксации) линзы в оправе необходимо обеспечить правильное расположение рабочих поверхностей линзы относительно базовой оси оправы. Базовой осью оправы является ось ее наружного цилиндра, проходящая перпендикулярно одной из плоских поверхностей наружного фланца оправы, выбранного за базовую поверхность. Если рабочие поверхности закрепляемой линзы являются сферическими (выпуклыми или вогнутыми), то оба центра кривизны этих поверхностей (определяющих оптическую ось линзы) должны располагаться на базовой оси оправы, а если одна из рабочих поверхностей линзы является плоской, то она должна быть расположена перпендикулярно базовой оси оправы. В этих случаях линза будет центрирована относительно оправы. Однако из-за многочисленных технологических погрешностей изготовления линзы и оправы линза будет иметь децентрировку, которая в дальнейшем приведет к аберрациям линзовой системы.

Центрировку линзы (или уменьшение ее возможной децентрировки) в оправе в процессе сборки линзы и оправы можно осуществить с помощью юстировки путем сдвигов линзы в «гнезде» оправы (см. С.М. Латыев. Конструирование точных (оптических) приборов. - СПб.: Политехника, 2007, с. 57-60).

В настоящее время появились специальные станки (станции), где процесс этого способа юстировки автоматизирован. Схема и работа одной из таких станций «OptiCentric», выпускаемая фирмой TRIOPTICS (http://www.trioptics.com/ Automated Centering and Bonding Machine), представлена в статье С.М. Латыева, Д.М. Румянцева и П.А. Курицына. Конструкторские и технологические методы обеспечения центрировки линзовых систем. Оптический журнал, №3, 2013, с. 92-96.

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

Известен способ центрировки линзы в оправе и оправа для его осуществления по заявке №2013155864/28(087122) от 16.12.2013, на которую получено Решение о выдаче патента от 20.11.2014, выбранный в качестве прототипа, где этот недостаток устранен. Для этого оправу линзы выполняют составной, имеющей промежуточную часть и основную, образующую базовую ось. Линзу устанавливают с радиальным зазором одной из рабочих поверхностей на опорный плоский буртик промежуточной оправы, которая может наклоняться относительно основной оправы. Центрировка линзы осуществляется следующим образом. Вращая основную оправу вокруг ее базовой оси, измеряют с помощью автоколлиматора биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси вращения, наклоняют промежуточную часть оправы в основной для совмещения центра кривизны первой рабочей поверхности с осью вращения и фиксируют положение промежуточной части оправы относительно основной. Затем измеряют биение центра кривизны второй рабочей поверхности линзы относительно оси вращения, сдвигают линзу в радиальном направлении по плоской поверхности опорного буртика промежуточной части оправы для совмещения центра кривизны второй рабочей поверхности линзы с осью вращения и фиксируют положение линзы в промежуточной части оправы. Центр кривизны первой рабочей поверхности линзы при этом не сбивается с оси вращения, так как линза при сдвиге разворачивается вокруг этого центра кривизны.

Основная и промежуточная части оправы сопрягаются в радиальном направлении по цилиндрическим поверхностям с увеличенным зазором посадки, а в осевом направлении через контакт сферической и плоской торцевых поверхностей. Недостатком такого способа центрировки является то, что в случаях, когда линза (мениск, двояковогнутая линза, двояковыпуклая с П-образным буртиком см. С.М. Латыев. Конструирование точных (оптических) приборов. - СПб:. Политехника, 2007, стр. 47, 49) опирается на опорный буртик промежуточной оправы не рабочей сферической или плоской поверхностью, а плоской базовой фаской, возможно совмещение с осью вращения (базовой осью основной части оправы) только одного центра кривизны рабочей поверхности. Обусловлено это тем, что при сдвиге линзы в промежуточной оправе по плоскому опорному буртику смещаются относительно оси вращения оба центра кривизны рабочих поверхностей, т.е. сбивается с базовой оси основной оправы выставленный на нее (перед этим) центр кривизны первой рабочей поверхности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности центрировки линзы в оправе для случаев, когда линза опирается на опорный буртик промежуточной оправы плоской фаской, что обеспечивается достижением технического результата, заключающегося в обеспечении возможности центрировки по обеим поверхностям линзы.

Технический результат достигается тем, что в способе юстировки, включающем обеспечение возможности вращения составной оправы линзы, содержащей основную и промежуточные части, вокруг ее базовой оси, установку линзы на плоский опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной части оправы, размещаемой на буртике цилиндрического отверстия основной части оправы и имеющей возможность наклоняться, вокруг центра кривизны торцевой сферической поверхности в осевом сопряжении основной и промежуточной частей составной оправы, вращая составную оправу вокруг базовой оси, измеряют с помощью автоколлиматора биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси вращения, совмещают первый центр кривизны с осью вращения, фиксируют это расположение, измеряют с помощью автоколлиматора биение центра кривизны второй рабочей поверхности линзы относительно оси вращения, совмещают центр кривизны второй рабочей поверхности линзы с осью вращения и фиксируют это расположение, новым является то, что линзу устанавливают плоской фаской на плоский опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной части оправы, которая может наклоняться вокруг центра кривизны торцевой сферической поверхности в осевом сопряжении с основной оправой, который лежит в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения оправы, с центром кривизны первой рабочей поверхности линзы, сдвигают линзу в промежуточной оправе для совмещения с осью вращения центра кривизны первой поверхности линзы, фиксируют положение линзы в промежуточной оправе, наклоняют промежуточную оправу вокруг центра кривизны торцевой сферической поверхности для совмещения с осью вращения центра кривизны второй рабочей поверхности линзы и фиксируют положение промежуточной части оправы в основной.

Сферической выполняют поверхность наружного торцевого фланца промежуточной части оправы или сферическим изготавливается торцевой опорный буртик отверстия основной оправы. Радиус кривизны сферического наружного фланца промежуточной части оправы (или сферического торцевого опорного буртика основной оправы) должны быть выполнены такими, чтобы их центры кривизны лежали в одной плоскости с одним из центров кривизны рабочих поверхностей линзы.

Данное решение позволяет центрировать линзу, базирующуюся в оправе по плоской фаске, относительно базовой оси оправы не только по одной рабочей поверхности, но и по второй. Контроль за центрировкой осуществляется по автоколлиматору, который фокусируется на центры кривизны рабочих поверхностей линзы. Фиксация (закрепление) линзы и промежуточной части оправы в основной может быть осуществлена различными способами, например быстроотвердевающим клеем под действием ультрафиолетового излучения.

Оправа линзы для осуществления способа, содержащая основную и промежуточную части, причем основная часть имеет наружную базовую цилиндрическую поверхность и плоский наружный базовый фланец, образующие базовую ось оправы, внутреннее цилиндрическое отверстие с опорным буртиком, во внутреннее цилиндрическое отверстие с опорным буртиком вставлена с увеличенным зазором посадки опирающаяся на опорный буртик промежуточная цилиндрическая часть оправы, оснащенная плоским опорным буртиком для установки линзы и сопрягающаяся в осевом направлении с опорным буртиком основной оправы по плоской и сферической поверхностям, отличается тем, что линза сопрягается плоской фаской с плоским опорным буртиком промежуточной оправы, а радиус кривизны сферической поверхности в осевом сопряжении основной и промежуточной оправ выполнен таким, что обеспечивает расположение ее центра кривизны в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения оправы, с центром кривизны одного из центров кривизны рабочих поверхностей линзы.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлены сопряжения промежуточной части оправы с линзой и опорным буртиком цилиндрического отверстия основной оправы.

На чертеже показана основная оправа 1, имеющая базовую цилиндрическую поверхность Г и плоскую базовую поверхность В, которые образуют базовую ось оправы О₁-О₂. В цилиндрическое отверстие основной оправы вставлена с зазором цилиндрическая часть промежуточной оправы 2, наружная опорная поверхность Д которой выполнена сферической, сопрягающейся с плоским опорным буртиком основной оправы. На плоский буртик промежуточной оправы 2 установлена плоской фаской линза 3, имеющая рабочие поверхности А и Б. Радиус кривизны R_Д наружной опорной сферической поверхности Д выполнен таким, чтобы его центр кривизны C_Д располагался в одной плоскости с центром кривизны С_А рабочей поверхности А линзы. Сферической может быть выполнена поверхность опорного буртика основной оправы, сопрягающейся с плоской наружной поверхностью промежуточной оправы, с радиусом, позволяющим расположить центр кривизны этой поверхности в одной плоскости с центром кривизны одной из рабочих поверхностей линзы (C_Б или С_А).

Центрировка линзы в оправе по фигуре реализуется следующим образом. Линзу 3 устанавливают в промежуточную часть 2 оправы плоской фаской на плоский опорный буртик и, например, по периметру заливают быстроотвердевающим клеем; затем промежуточную часть 2 оправы устанавливают сферической наружной опорной поверхностью на плоский опорный буртик основной оправы 1; далее основную оправу 1 по базовым поверхностям В и Г закрепляют в патроне центрировочной станции и приводят во вращение вокруг базовой оси, совпадающей с осью вращения патрона О₁-О₂; измеряют, например, с помощью фотоэлектрического автоколлиматора, биение центра кривизны С_А рабочей поверхности А линзы; воздействуя силой F₂ на линзу, например, пьезоманипулятором, сдвигают линзу в радиальном направлении до тех пор, пока центр кривизны С_А линзы не совместится с осью вращения О₁-О₂ (положение С_А); фиксируют (закрепляют) положение линзы в промежуточной части 2 оправы, например, осветив клей УФ-излучением. Далее переходят к центрировке второй поверхности линзы для чего, например, периметр промежуточной оправы заливают быстроотвердевающим клеем, измеряют по автоколлиматору биение центра кривизны C_Б рабочей поверхности Б линзы; воздействуя силой F₁ на промежуточную оправу пьезоманипулятором, наклоняют ее вокруг центра кривизны C_Д до тех пор, пока центр кривизны C_Б линзы не совместится с осью вращения О₁-О₂ (положение C_Б); фиксируют (закрепляют) положение линзы в промежуточной части 2 оправы, осветив клей УФ-излучением. Таким образом, центры кривизны С_А и C_Б обеих поверхностей линзы оказываются расположенными на базовой оси О₁-О₂ основной оправы 1, т.е. линза центрирована в оправе.

Предлагаемый способ центрировки линзы в оправе и конструкция оправы позволяют повысить точность центрировки линзы в случаях, когда она базируется в оправе не по рабочим поверхностям, а по плоской фаске, за счет центрирования обеих рабочих поверхностей линзы относительно базовой оси оправы, а также осуществить автоматизацию процесса центрировки обеих поверхностей.

1. Способ автоматизированной юстировки линзы, включающий обеспечение возможности вращения составной оправы линзы, содержащей основную и промежуточные части, вокруг ее базовой оси, установку линзы на плоский опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной части оправы, размещаемой на опорном буртике цилиндрического отверстия основной части оправы и имеющей возможность наклоняться, вокруг центра кривизны торцевой сферической поверхности в осевом сопряжении основной и промежуточной частей составной оправы, вращая составную оправу вокруг базовой оси, измеряют с помощью автоколлиматора биение центра кривизны первой рабочей поверхности линзы относительно оси вращения, совмещают первый центр кривизны с осью вращения, фиксируют это расположение, измеряют с помощью автоколлиматора биение центра кривизны второй рабочей поверхности линзы относительно оси вращения, совмещают центр кривизны второй рабочей поверхности линзы с осью вращения и фиксируют это расположение, отличающийся тем, что линзу устанавливают плоской фаской на плоский опорный буртик цилиндрического отверстия промежуточной части оправы, которая может наклоняться вокруг центра кривизны торцевой сферической поверхности в осевом сопряжении с основной оправой, который лежит в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения оправы, с центром кривизны первой рабочей поверхности линзы, сдвигают линзу в промежуточной оправе для совмещения с осью вращения центра кривизны первой поверхности линзы, фиксируют положение линзы в промежуточной оправе, наклоняют промежуточную оправу вокруг центра кривизны торцевой сферической поверхности для совмещения с осью вращения центра кривизны второй рабочей поверхности линзы и фиксируют положение промежуточной части оправы в основной.

2. Способ юстировки линзы по п. 1, отличающийся тем, что промежуточная часть оправы может наклоняться вокруг центра кривизны сферической торцевой поверхности промежуточной оправы или центра кривизны торцевой сферической поверхности буртика основной оправы, расположенных в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения оправы, с центром кривизны первой или второй рабочих поверхностей линзы.

3. Оправа для линзы, содержащая основную и промежуточную части, причем основная часть имеет наружную базовую цилиндрическую поверхность и плоский наружный базовый фланец, образующие базовую ось оправы, внутреннее цилиндрическое отверстие с опорным буртиком, во внутреннее цилиндрическое отверстие с опорным буртиком вставлена с увеличенным зазором посадки, опирающаяся на опорный буртик промежуточная цилиндрическая часть оправы, оснащенная плоским опорным буртиком для установки линзы и сопрягающаяся в осевом направлении с опорным буртиком основной оправы по плоской и сферической поверхностям, отличающаяся тем, что линза сопрягается плоской фаской с плоским опорным буртиком промежуточной оправы, а радиус кривизны сферической поверхности в осевом сопряжении основной и промежуточной оправ выполнен таким, что обеспечивает расположение ее центра кривизны в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения оправы, с центром кривизны одного из центров кривизны рабочих поверхностей линзы.