МНОГОЛИНЗОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 1995 года по МПК G02B7/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при сборке и юстировке многолинзовых оптических систем (микрообъективов, высокоразрешающих проекционных объективов и т.д.).

Известен объектив насыпной конструкции [2] состоящий из корпуса с базовым торцом и установленных в нем линз в оправах с базовыми поверхностями, выполненными в виде базового наружного диаметра и двух базовых торцов. Базовый наружный диаметр выполнен по размеру внутреннего корпуса с зазором 0,01 мм. При сборке данной конструкции объектива каждая последующая линза в оправе устанавливается в корпусе на предыдущую, а после окончания сборки весь пакет линз в оправах поджимается к базовому торцу корпуса объектива.

Недостатками данной конструкции является низкая точность сборки объектива ввиду невозможности однозначной ориентации в пространстве оптических осей всех линз в оправах, входящих в объектив, так как они могут сместиться в произвольном направлении в пределах зазора между наружным диаметром линзы в оправе и внутренним диаметром корпуса. Кроме того, не представляется возможным выполнение корректировки выходных параметров собранного объектива и поддержание этих параметров во времени, так как в процессе эксплуатации или транспортировки линзы в оправах меняют свое положение друг относительно друга, ввиду того, что они не имеют точной базировки по базовому наружному диаметру. Известен юстируемый объектив насыпной конструкции [1] (прототип). Он состоит из корпуса с базовым торцом, установленных в нем линз в оправках с базовыми поверхностями, выполненными в виде базового наружного диаметра и двух базовых торцов. Базовый наружный диаметр насыпных линз в оправах выполнен по размеру внутреннего диаметра корпуса с зазором 0,01 мм. У юстируемой линзы в оправе, смещением которой (при помощи винтов) регулируются выходные параметры объектива, зазор между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром оправы рассчитывается и составляет обычно 0,1-0,5 мм.

Недостатками данной конструкции является низкая точность сборки, так как при корректировке положения оптической оси юстируемой линзы неизбежно смещение оптических осей остальных линз в оправах в пределах зазора между их наружными диаметрами и внутренним диаметром корпуса. Описанная конструкция не обеспечивает получения стабильных во времени выходных параметров объектива, так как при эксплуатации или транспортировке юстируемая линза в оправе, удерживаемая в определенном положении винтами, и насыпной пакет линз в оправах меняют свое положение друг относительно друга, что приводит к ухудшению выходных параметров объектива. В юстируемой конструкции объектива невозможно произвести точную подвижку отдельной взятой линзы в оправе в заданном направлении на заданную величину, не разбирая объектива и не сбив других линз в оправах.

Предлагаемая конструкция многолинзовой оптической системы имеет следующие преимущества.

Конструкция многолинзовой оптической системы позволяет однозначно ориентировать оптические элементы, входящие в нее.

Конструкция позволяет производить целенаправленную корректировку качества сборки многолинзовой оптической системы меняя положение только того компонента, который нужен, не сдвигая всех остальных.

Конструкция не требует разборки при проведении корректировки взаимного положения оптических элементов друг относительно друга.

Конструкция позволяет вернуть систему в исходное состояние в любое время без переборки всех оптических элементов, входящих в нее.

На фиг. 1 изображена многолинзовая оптическая система (вид сверху); на фиг.2 разрез многолинзовой оптической системы по ступенчатым вкладышам вдоль оптической оси многолинзовой системы; на фиг.3 разрез многолинзовой оптической системы по ступенчатым вкладышам перпендикулярно оптической оси системы.

Многолинзовая оптическая система содержит корпус 1 с базовым торцом "К", в котором установлены линзы в оправах 2, 3, 4, 5 и 6. Линзы в оправах 2, 3 и 4 имеют базовые поверхности, выполненные в виде верхнего и нижнего параллельных базовых торцов и наружных базовых диаметров "Д", "Е", "Ж" соответственно, установленных с зазором в корпусе 1. Линзы в оправах 5 и 6 также имеют верхний и нижний базовые торцы и базовые наружные диаметры "З" и "И", взаимодействующие со ступенчатыми вкладышами 7, которые установлены в отверстия на базовых плоскостях "В" и "Г", выполненных перпендикулярно базовой плоскости "К" корпуса 1. Вкладыши 7 крепятся к базовым плоскостям "В" и "Г" винтами 8. Линзы в оправах 5 и 6 поджимаются базовыми наружными диаметрами "З" и "И" к ступенчатым вкладышам 7, например, упором 9 поджатым пружиной 10 при помощи пробки 11. Сверху пакет линз в оправах 2, 3, 4, 5 и 6 и промежуточное кольцо 12 фиксируются упругой шайбой 13 при помощи крышки 14.

Многолинзовая оптическая система собирается следующим образом.

Корпус 1 устанавливается на базовую плиту механизма ориентации 15, закрепленного на прецизионном шпинделе 16 таким образом, чтобы оси упоров 7, установленных на базовых плоскостях "В" и "Г" корпуса 1, совпадали с осями координат Х и У шпинделя 16. При помощи механизма ориентации 15 геометрическая ось внутреннего отверстия корпуса 1 выставляется на ось вращения шпинделя 16, которая и будет базовой осью при сборке многолинзовой оптической системы. Затем базовый торец "К" корпуса 1 также выставляется без биения относительно оси вращения шпинделя 16. В этом положении корпус 1 фиксируется на механизме ориентации 15.

После этого берут предварительно отцентрированную линзу в оправе 4 с базовым наружным диаметром "Ж" и двумя базовыми торцами, устанавливают в корпусе 1 на базовый торец "К" и контролируют положение центров кривизны линзы в оправке 4, например, при помощи верхней 17 и нижней 16 фотоэлектрической систем контроля децентрировок (ФСКД). При этом необходимо убедиться в отсутствии заклона оптической оси линзы в оправке 4 относительно базовой оси вращения шпинделя 16. Величина заклона не должна превышать расчетную допустимую величину. Затем на линзу в оправе 4 устанавливают линзу в оправе 6 и подбирают размеры Х₆ и У₆ ступенчатых вкладышей 7 таким образом, чтобы отсутствовал не только наклон оптической оси линзы в оправе 6, но и смещение центров ее кривизны. Затем линзу в оправе 6 фиксируют в этом положении упором 9 с пружиной 10 и пробкой 11.

С линзами в оправах 2 и 3 проводят операцию аналогичную операции проводимой с линзой в оправе 4.

Для линзы в оправе 5 подбирают Х₅ и У₅ ступенчатых вкладышей 7 аналогично линзе в оправе 6. Между линзами в оправе 3 и 5 устанавливают промежуточное кольцо 12, размер которого рассчитывается. После этого линзы в оправах 2, 3, 4, 5 и 6 и кольцо 12 при помощи упругой шайбы 13 и крышки 14 поджимаются к базе корпуса 1. Следует отметить, что ступенчатые вкладыши устанавливаются только напротив "влиятельных" линз в оправах, т.е. таких линз в оправах, у которых не допускается смещение оптических осей во время эксплуатации или транспортировки (в нашем случае, например, это линзы в оправах 5 и 6). Остальные "невлиятельные" линзы в оправах (в нашем случае, например, линзы в оправах 2, 3 и 4) устанавливаются в корпусе 1 с зазором 0,008-0,01 мм. Невлиятельными считаются линзы в оправах, смещение которых в корпусе 1 на величину зазора между внутренним отверстием корпуса 1 и наружным диаметром линзы в оправе 2,3 и 4 не влияет на качество выходных параметров многолинзовой оптической системы. Остальные линзы являются влиятельными.

После сборки многолинзовой оптической системы оценивают качество сборки, т. е. выходные параметры многолинзовой оптической системы (методом пересчета по реальным децентрировкам оптических элементов, измеренным при сборке, или же по результатам отсъема, как это делается в высокоразрешающих проекционных объективах, или любым другим способом) и по результату оценки даются рекомендации на смещение одной или нескольких линз в оправах вдоль осей координат Х и У многолинзовой оптической системы на определенную величину. Например, по результату оценки качества сборки многолинзовой оптической системы необходимо сместить линзу в оправе 6 вдоль оси Х на 11 мкм, а вдоль оси У на 6 мкм. Для этого необходимо ослабить крепление крышки 14, вынуть ступенчатые вкладыши 7, взаимодействующие с наружным диаметром "3" линзы в оправе 6 и установить другой вкладыш с размером Х₆ большим на 11 мкм, чем в предыдущем, а размер У₆ уменьшить на 6 мкм. После этого установить вкладыш с новыми размерами Х₆ и У₆ на свои места, зафиксировать линзу 6 при помощи упора 9, пружины 10 и пробки 11, зажать крышку 14 и произвести окончательный контроль качества сборки оптической системы.

Промежуточное кольцо 12 служит для комплектации воздушных промежутков многолинзовой оптической системы и для исправления некоторых дефектов оптической системы (например, исправления кривизны).

В сложных многолинзовых оптических системах (например, в высокоразрешающих проекционных объективах), которые отличаются высокими требованиями к взаимному расположению оптических элементов, входящих в систему и временной стабильности сборки все линзы в оправах могут взаимодействовать со ступенчатыми вкладышами.

Использование: в оптическом приборостроении. Сущность изобретения: в корпусе 1 с базовым торцем К установлены линзы в оправах 2, 3, 4, 5, 6 с базовыми поверхностями в виде наружных диаметров Д, Е, Ж, З, И, параллельных базовым торцам. Между линзами в оправах 3 и 5 установлено промежуточное кольцо 12. Линзы в оправах 2, 3, 4, имеют базовые наружные диаметры Д, Е, Ж соответственно, выполненные на 0,008 0,01 мм меньшими, чем внутренний диаметр корпуса 1. Базовые диаметры 3, И линз в оправах 5, 6 взаимодействуют со ступенчатыми вкладышами 7, установленными в отверстиях на базовых плоскостях корпуса 1. Базовые плоскости выполнены преимущественно под углом 90° друг относительно друга и перпендикулярно базовой плоскости К корпуса 1. Отверсия, в которые установлены ступенчатые вкладыши 7 расположены перпендикулярно базовым плоскостям и базовым наружным диаметрам 3, И линз в оправах 5. Линзы в оправах 2, 3, 4, 5, 6 и промежуточное кольцо прижимаются к базовой плоскости К корпуса 1 крышкой 14 при помощи упругой шайбы 13. 3 ил.

МНОГОЛИНЗОВАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, включающая корпус с базовым торцом, установленные в нем линзы в оправах с базовыми поверхностями, выполненными в виде базового наружного диаметра и двух базовых торцов, отличающаяся тем, что она содержит с внешней стороны корпуса две базовые плоскости, выполненные преимущественно под углом 90^o друг относительно друга и перпендикулярно базовому торцу корпуса, на которых напротив по меньшей мере одного базового наружного диаметра линзы в оправе выполнено по одному сквозному отверстию, расположенному перпендикулярно базовым плоскостям и базовому наружному диаметру линзы в оправе, в которых установлены ступенчатые вкладыши с элементами их крепления к корпусу, взаимодействующие с базовым наружным диаметром линзы в оправе.