УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ЮСТИРОВКИ ОБЪЕКТИВА Российский патент 2014 года по МПК G02B27/62 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при сборке и юстировке микрообъективов.

Одним из основных функциональных устройств микроскопов являются микрообъективы, создающие изображение объекта наблюдения, установленного в плоскости предмета, в плоскости изображения, сопряженную с фокальной плоскостью окуляра, либо где установлена ПЗС-матрица (в случае цифровых микроскопов). Так как при изготовлении микрообъективов возникают различные технологические погрешности, то создаваемое изображение собранным микрообъективом может быть расфокусировано (занимать неправильное положение вдоль оптической оси системы) и сдвинуто в радиальном направлении в плоскости изображения. Известно устройство для устранения или уменьшения этих дефектов (в пределах соответствующих допусков) при сборке микрообъектива - специальный станок, на котором осуществляют подрезку опорной торцевой поверхности его корпуса (см. учебное пособие для ВУЗов: С.М.Латыев Конструирование точных (оптических) приборов. - СПб, Политехника, 2007, с.459-460; либо Ельников Н.Т., Дитев А.У, Урусов И.К. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. - М., Машиностроение, 1974, с.141-142).

Станок содержит полый шпиндель с патроном для крепления микрообъектива, который может наклоняться относительно шпинделя, объект наблюдения в виде, например, сетки с перекрестьем, шкалу, установленную в плоскости изображения на номинальном расстоянии от сетки, наблюдательный микроскоп для наблюдения шкалы и резец, закрепленный в суппорте станка. Добившись резкого изображения сетки осевыми подвижками суппорта и расположения изображения в центре шкалы наклонами патрона, производят подрезку резцом опорного торца корпуса микрообъектива. При такой подрезке выдерживается высота микрообъектива (расстояние от опорной торцевой поверхности его корпуса до плоскости предмета), равная 45 мм по стандарту DIN или 33 мм по стандарту RMS, а также обеспечивается совмещение механической оси микрообъектива (создаваемой опорной торцевой поверхностью и базовым резьбовым цилиндром корпуса) с его оптической осью (создаваемой линзовыми компонентами (см. Технические условия на микрообъективы ТУ 3-3. 870-83).

Обработка резанием опорной торцевой поверхности корпуса микрообъектива обладает тем недостатком, что требует не только наличия сложного станка, но приводит к тому, что опорная торцевая поверхность корпуса микрообъектива после обработки оказывается наклонной к его базовому резьбовому цилиндру, а качество изображения на краях поля зрения ухудшается (Скворцов Г.Е., Долинский И.М. Станок для юстировки и подгонки высоты микрообъективов. «Оптико-механическая промышленность», №9, 1966, с.17-20). Обусловлено это тем, что для приведения изображения в центр поля зрения окуляра микроскопа, который имеется в составе станка, микрообъектив на станке наклоняют с помощью специального патрона, совмещая эквивалентную узловую точку микрообъектива (а не его оптическую ось) с осью шпинделя станка. Кроме этого, обработка корпуса резанием нежелательна при автоматизированной сборке микрообъектива, так как не может осуществляться в «чистой» комнате, где положено собирать и контролировать показатели качества микрообъектива.

В связи с указанными недостатками появились микрообъективы, в которых обеспечение их высоты и совмещение оптической и механической осей («центровка») осуществляется регулировкой элементов конструкции самого микрообъектива. Однако для осуществления этой юстировки необходимо устройство, которое позволяет проконтролировать значения высоты и «центровку» юстируемого микрообъектива.

Известно устройство для контроля и юстировки рабочего расстояния фотообъектива (расстояния от опорного торца корпуса объектива до плоскости изображения), (С.М.Латыев Конструирование точных (оптических) приборов. - СПб, Политехника, 2007, с.458-459, рис.9.40), выбранное в качестве прототипа.

Устройство содержит коллиматор с сеткой, проектируемой юстируемым объективом в плоскость изображения, столик, на котором закреплен объектив или узел эталона рабочего расстояния, предусмотрена возможность подвижки столика вдоль оптической оси объектива, индикатор для измерения величины перемещения столика, микроскоп, настроенный на номинальное положение плоскости изображения фотообъектива.

Недостатками этого устройства является то, что в нем не предусмотрена возможность контроля совмещения оптической и механической осей объектива, а также то, что оно позволяет контролировать рабочее расстояние от опорного торца корпуса объектива до плоскости изображения, а не до предметной плоскости (т.е. не контролирует высоту), что требуется для микрообъективов. Кроме этого устройство является сложным и громоздким (содержит коллиматор, микроскоп).

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения номенклатуры контролируемых параметров объектива и контролируемых типов объективов за счет контроля несоосности оптической и механической осей, контроля высоты микрообъектива с одновременным упрощением конструкции устройства.

Поставленная задача решается следующим образом.

Устройство для контроля и юстировки объектива содержит, столик с сеткой и соединенный с устройством визуализации регистратор положения изображения сетки, проектируемой юстируемым объективом в плоскость изображения, причем столик установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси контролируемого объектива, а также скрепленное со столиком приспособление для измерения величины его перемещения, устройство снабжено размещаемым между столиком с сеткой и плоскостью изображения сетки тубусом с эталонной базовой поверхностью и резьбой для крепления контролируемого объектива, сетка размещена на столике на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса и установлена с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении относительно оси резьбы тубуса, а регистратор положения изображения сетки установлен в тубусе в плоскости изображения на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса, центрирован относительно оси резьбы тубуса и установлен с возможностью перемещения вдоль этой оси.

Устройство для контроля и юстировки объектива дополнительно снабжено, размещаемой между тубусом и регистратором, тубусной линзой.

Устройство обеспечивает контроль несоосности оптической и механической осей микрообъектива, благодаря наличию тубуса с эталонной поверхностью и резьбой для крепления юстируемого микрообъектива, причем относительно оси резьбы тубуса центрирована и сетка (установленная в предметной плоскости), и регистратор положения изображения сетки, установленный в плоскости изображения. Высота юстируемого микрообъектива контролируется благодаря тому, что сетка и регистратор изображения сетки установлены на номинальных расстояниях от эталонной базовой поверхности тубуса. Контроль микрообъективов с тубусом «бесконечность» (случай, когда предметная плоскость микрообъектива совпадает с его передней фокальной плоскостью) осуществляется благодаря вводимой в ход лучей тубусной линзы. Упрощение конструкции достигается благодаря тому, что в ней отсутствует коллиматор и микроскоп.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где представлена схема заявляемого устройства, на которой 1 - приспособление для определения перемещения столика, 2 - сетка, установленная на подвижном столике 3 на номинальном расстоянии (значении высоты) «р_П» от эталонной базовой поверхности А тубуса 4, в который завинчивается по резьбе контролируемый микрообъектив 5, причем сетка 2 центрирована относительно посадочной резьбы тубуса 4; 6 - регистратор положения изображения сетки, установлен в тубусе в плоскости изображения на номинальном расстоянии «р_И» от эталонной базовой поверхности А, причем его поперечное положение центрировано (или определено) относительно оси резьбы тубуса, 7 - устройство визуализации, соединенное с регистратором изображения сетки, создаваемого микрообъективом.

Для контроля и юстировки микрообъективов с тубусом «бесконечность» в установке дополнительно установлена выключающаяся (т.е. с возможностью перемещения в перпендикулярном к оси резьбы тубуса направлении для ее вывода из хода оптического пучка лучей, создаваемого контролируемым микрообъективом, у которого значение тубуса имеет «конечное» значение) тубусная линза 8, а для обеспечения расстояния «р_И» предусмотрено сменное дистанционное кольцо 9.

Устройство работает следующим образом. Предварительно устройство настраивают на контроль микрообъектива, имеющего конкретные значения высоты (33 или 45 мм) и длины тубуса (бесконечность, 160 мм, 180 мм, 200 мм, 250 мм), например, с помощью эталонного микрообъектива (имеющего номинальное значение высоты и совмещенные оптическую и механическую оси), который устанавливается по резьбе на эталонную поверхность тубуса. При этом подвижками сетки 2 и регистратора положения изображения сетки 6 добиваются резкого изображения сетки 2 в центре (или вблизи него) регистратора 6. Отсчеты по приспособлению для измерения величины перемещения столика 1 и регистратора положения изображения сетки 6 обнуляют. Затем устанавливают вместо эталонного микрообъектива контролируемый и, устраняя расфокусировку осевой подвижкой столика 3, по отсчету приспособления 1 измеряют погрешность высоты контролируемого объектива. По величине сдвига изображения на регистраторе 6 определяют искомую несоосность: Δ_е=Δ_у,х/(V-1), где Δ_у,х- - координаты положения изображения на регистраторе положения изображения сетки 6, V-линейное увеличение микрообъектива. Если значения высоты и несоосности выходят за пределы допусков, приступают к их юстировке соответствующими подвижками элементов микрообъектива.

В качестве примера конкретного выполнения предлагается устройство, содержащее столик с сеткой (маркой) в виде перекрестья, соединенный с устройством визуализации, например, монитором для наблюдения изображения сетки, создаваемого микрообъективом, регистратор положения изображения сетки, выполненный в виде ПЗС-матрицы.

Приспособление для определения величины перемещения столика может быть выполнено, например, в виде автоматизированного фотоэлектрического индикатора линейных перемещений «ЛИР 14», выпускаемого фирмой СКБ ИС (www.skbis.ru).

Подвижный столик может перемещаться как вручную, например классической зубчато-реечной или винто-рычажной передачей (см. монографию Скворцов Г.Е. и др. Микроскопы. - Л.: Машиностроение, 1969, с.274-276), либо автоматизированным управляемым приводом на основе шаговых и других электродвигателей, связанных с ПЗС-матрицей. В этом случае отпадает необходимость в фотоэлектрическом индикаторе линейных перемещений, так как измерение величины перемещения столика может осуществляться автоматизированным приводом.

Регистратор положения изображения сетки установлен в тубусе в плоскости изображения на номинальном расстоянии р_И от эталонной базовой поверхности тубуса, центрирован относительно оси резьбы тубуса и установлен с возможностью перемещения вдоль этой оси, что обеспечивается сменным дистанционным кольцом (либо так же, как и столик, вручную, или с помощью автоматизированного управляемого привода, связанного с ПЗС-матрицей).

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет при юстировке производить контроль несоосности оптической и механической осей микрообъектива, контроль его высоты, контролировать объективы с тубусом «бесконечность» и упростить конструкцию устройства.

Изобретение может быть использовано в оптических микроскопах для контроля и юстировки высот и несоосности оптических и механических осей микрообъективов при их сборке. Устройство содержит столик с сеткой, скрепленное со столиком приспособление для измерения величины его перемещения и соединенный с устройством визуализации регистратор положения изображения сетки, проектируемой юстируемым объективом в плоскость изображения. Столик установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси контролируемого объектива. Устройство снабжено размещаемым между столиком с сеткой и плоскостью изображения сетки тубусом с эталонной базовой поверхностью и резьбой для крепления контролируемого объектива, сетка размещена на столике на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса и установлена с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении относительно оси резьбы тубуса. Регистратор положения изображения сетки установлен в тубусе в плоскости изображения на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса, центрирован относительно оси резьбы тубуса и установлен с возможностью перемещения вдоль этой оси. Технический результат - расширение номенклатуры контролируемых параметров объектива и типов объективов за счет контроля несоосности оптической и механической осей и высоты микрообъектива с одновременным упрощением конструкции устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля и юстировки объектива, содержащее столик с сеткой и соединенный с устройством визуализации регистратор положения изображения сетки, проектируемой юстируемым объективом в плоскость изображения, причем столик установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси контролируемого объектива, а также скрепленное со столиком приспособление для измерения величины его перемещения, отличающееся тем, что устройство снабжено размещаемым между столиком с сеткой и плоскостью изображения сетки тубусом с эталонной базовой поверхностью и резьбой для крепления контролируемого объектива, сетка размещена на столике на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса и установлена с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении относительно оси резьбы тубуса, а регистратор положения изображения сетки установлен в тубусе в плоскости изображения на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса, центрирован относительно оси резьбы тубуса и установлен с возможностью перемещения вдоль этой оси.

2. Устройство для контроля и юстировки объектива по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено размещаемой между тубусом и регистратором тубусной линзой.