ITMO
ru/ ru

ISSN: 1023-5086

ru/

ISSN: 1023-5086

Scientific and technical

Opticheskii Zhurnal

A full-text English translation of the journal is published by Optica Publishing Group under the title “Journal of Optical Technology”

Article submission Подать статью
Больше информации Back

DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-11-56-68

УДК: 681.7.055.24, 535.317

Development of an optical system of an autocollimation tube with digital image registration for monitoring the centering of single lenses

Romanova, G.E., Bernikov M.D.
For Russian citation (Opticheskii Zhurnal):

Романова Г.Э., Берников М.Д. Разработка оптической системы автоколлимационной трубки c цифровой регистрацией изображения для контроля центрировки одиночных линз // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 11. С. 56–68. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-11-56-68

 

Romanova G.E., Bernikov M.D. Development of an optical system of an autocollimation tube with digital image registration for monitoring the centering of single lenses [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 11. P. 56–68. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-11-56-68

For citation (Journal of Optical Technology):
-
Abstract:

Subject of the study. Optical scheme of an autocollimation tube for lens decenter testing. Aim of study. Development of a small-sized optical system for a single lens decenter testing and evaluation of the error in its determination taking into account the characteristics of the optical system and the use of simple image processing methods, as well as an analysis of factors influencing the measurement error. Method. In the developed system, a reflection from surface with known decentering was modeled. The center of mass algorithm was used to analyze image center and calculate the lens decentering. Main results. A small-sized optical system for lens decenter testing has been developed. The reasons of the increasing of the error for lenses decenter determination for small radii of curvature (20 mm or less) are analyzed in detail. The presence of a systematic error affecting the inaccuracy of determination the lens decentering is shown. The residual error in determining the decentering, considering aberrations of the optical system, digital registration, image processing, and detected systematic error, was less than 1 µm. Practical significance. The proposed scheme can be used as the basis for the development of a serial device installed on machines in optical industries. The results of the error sources analysis of the lens decenter testing system and the techniques and methods used may be of practical interest in the development of modern high-precision devices.

Keywords:

decenter, centering, autocollimation points, autocollimation tube, image processing

OCIS codes: 220.1140, 120.4570, 120.4630, 120.4820

References:
  1. Рытова Е.С. Исследование влияния децентрировки оптических поверхностей на положение и качество образованного изображения // Автореферат дисc. канд. техн. наук. СПб.: Университет ИТМО, 2011. 20 с.

Rytova E.S. Study of the influence of decentering of optical surfaces on the position and quality of the formed image [in Russian] // Abstract of the PhD (Engineering) Thesis. St. Petersburg: ITMO University, 2011. 20 p.

  1. Lamontagne F., Desnoyers N., Doucet M., et al. Disruptive advancement in precision lens mounting // Proc. SPIE 9582, Optical System Alignment, Tolerancing, and Verification. 2015. V. 9. P. 95820D. http://doi.org/10.1117/12.2196441
  2. Латыев С.М., Румянцев Д.М., Курицын П.А. Конструкторские и технологические методы обеспечения центрировки линзовых систем // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 3. С. 92–96.

Latyev S.M., Rumyantsev D.M., and Kuritsyn P.A. Design and process methods of centering lens systems // J. Opt. Technol. 2013. V. 80. № 3. P. 197–200. http://doi.org/10.1364/JOT.80.000197

  1. Латыев С.М., Бао Буй Динь. Методы центрировки линз в оптических системах // Известия вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56. № 11. С. 66–72.

Latyev S.M., Bao Bui Dinh. Methods of lens centering in optical systems [in Russian] // News of Higher Educational Institutions. Priborostroenie [Instrumentation]. 2013. V. 56. № 11. P. 66–72.

  1. Ching-Yuan Chang, Chien-Ching Ma, Kuo-Cheng Huang, et al. Rapid inspection method for measuring interior tilt and decenter in singlet lens // Appl. Opt. 2013. V. 52. P. B70–B81. http://doi.org/10.1364/AO.52.000B70
  2. Milby E., Burge J. Centration of optical elements // Proc. SPIE 8126, Optical Manufacturing and Testing IX. 2011. P. 812616. http://doi.org/10.1117/12.894126
  3. Beier M., Gebhardt A., Eberhardt R., et al. A. Lens centering of aspheres for high-quality optics // Adv. Opt. Technol. 2012. V. 1. № 6. P. 441–446. http://doi.org/10.1515/aot-2012-0052
  4. Пименов А.Ю. Методика автоматизации центрировки линзовых компонентов при сборке объективов различных конструкций // Науч.-техн. вест. инф. технол., механики и оптики. 2016. Т. 16. № 1. С. 39–45. http://doi.org/10.17586/2226-1494-2016-16-1-39-45

Pimenov A.Yu. Approach to automation of lens components centering for assembling of different design objectives [in Russian] // Sci. Tech. J. Inf. Technol. Mech. Opt. 2016. V. 16. № 1. P. 39–45. http://doi.org/10.17586/2226-1494-2016-16-1-39-45

  1. Родионов Е.М., Табачкова К.И. Методы компенсации погрешностей при сборке оптических приборов // Сборка в машиностроении и приборостроении. 2010. №6. С. 24–30.

Rodionov E.M., Tabachkova K.I. Methods of error compensation during assembly of optical devices [in Russian] // Assembly in Mech. Eng. and Instrument Making. 2010. № 6. P. 24–30.

  1. Электронный ресурс URL: https://moeller-wedel-optical.com/en/product/typ-akrv-ccd/ (Немецкая компания MÖLLER-WEDEL OPTICAL GmbH / Каталог фокусирующихся автоколлиматоров с фоточувствительной матрицей).

Electronic resource URL: https://moeller-wedel-optical.com/en/product/typ-akrv-ccd/ (MÖLLER-WEDEL OPTICAL GmbH / Autocollimators with CCD-Camera Mount - focusable).

  1. Электронный ресурс URL: https://trioptics.com/products/optitest-visual-measurement-instruments (Австрийская компания Trioptics GmbH / каталог оптических измерительных инструментов).

Electronic resource URL: https://trioptics.com/products/optitest-visual-measurement-instruments (Trioptics GmbH / Visual optical measurement instruments).

  1. Электронный ресурс URL: https://www.dumaoptronics.com/autocollimators-page (Компания Duma Optronics Ltd / Каталог электронных автоколлиматоров с автоматическим фокусом).

Electronic resource URL: https://www.dumaoptronics.com/autocollimators-page (Duma Optronics Ltd / Electronic Autocollimators Catalogue).

  1. Фёдорцев Р.B., Метельская Е.А., Марчик В.А. и др. Метод повышения эффективности технологического процесса склейки линз и достоверная оценка выходных контролируемых параметров // Приборы и методы измерений. 2022. Т. 13(1). С. 50–59.

Fiodоrtsev R.V., Metelskaya E.A., Marchik V.A., et al. Method for increasing of lens gluing technological process efficiency and a reliable evaluation of output controlled parameters // Devices and Methods of Measurements. 2022. V. 13(1). P. 50–59. http://doi.org/10.21122/2220-9506-2022-13-1-50-59

  1. Электронный ресурс URL: https://optotl.ru/testing_devices/pribor-kontrolya-tsentrirovki/ (Опто-Технологическая Лаборатория / Прибор для контроля центрировки линз OptoTL — C1).

Electronic resource [in Russian] URL: https://optotl.ru/testing_devices/pribor-kontrolya-tsentrirovki/ (Opto-Technological Laboratory Ltd / Device for checking lens centering OptoTL — C1).

  1. Oya N., Ruprecht A., Dumitrescu E. Measurement of the positions of centres of curvature of optical surfaces of a single or multi-lens optical system // US patent 9 863 844 B2. 2017. Publ. Jan. 9, 2018.
  2. Ельников Н.Т., Дитев А.Ф., Юрусов И.К. Сборка и юстировка оптико-механических приборов. М.: Машиностроение, 1974. 348 с.

Elnikov N. T., Ditev A. F., Yurusov I. K. Assembly and adjustment of optical-mechanical devices [in Russian]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1974. 351 p.

  1. Электронный ресурс URL: https://www.sony-semicon.com/files/62/pdf/p-15_IMX290.pdf (Sony Semiconductor Manufacturing Corporation / Характеристики изображающего сенсора модели IMX290).

Electronic resource URL: https://www.sony-semicon.com/files/62/pdf/p-15_IMX290.pdf (Sony Semiconductor Manufacturing Corporation / Sony's CMOS Image Sensor IMX290 datasheet).

  1. Sun J., Xie Y. Subpixel spot localization using multiscale anisotropic Gaussian tensor // Measurement. 2023. V. 214. P. 112756. http://doi.org/10.1016/j.measurement.2023.112756
  2. Старостников Н.О., Фёдорцев Р.В. Сравнение по точности алгоритмов определения координат центров изображений в оптико-электронных приборах // Наука и техника. 2018. Т. 17. № 1. С. 79–86. http://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-79-86

Starasotnikau N.A., Feodortsau R.V. Accuracy comparison of algorithms for determination of image center coordinates in optoelectronic devices [in Russian] // Science & Technique. 2018. V. 17. № 1. P. 79–86. http://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-79-86

  1. Li Y., Wang D., Wan X., et al. Research progress of laser spot center detection technology // Proc. SPIE 12704, Eighth Intern. Symp. Advances in Electrical, Electronics, and Computer Engineering (ISAEECE). 2023. P. 127041S. http://doi.org/10.1117/12.2680585
  2. Timchenko L.I., Kokryatskaya N.I., Melnikov V.V., et al. Method of forecasting energy center positions of laser beam spot images using a parallel hierarchical network for optical communication systems // Opt. Eng. 2013. V. 52. № 5. P. 055003. http://doi.org/10.1117/1.OE.52.5.055003
  3. Латыев С.М., Буй Динь Бао, Белойван П.А. и др. Анализ некоторых проблем сборки светосильных объективов // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 12. С. 23–28.

Latyev S.M., Bui Dinh Bao, Beloĭvan P.A., et al. Analysis of certain issues in the assembly of fast objectives // J. Opt. Technol. 2015. V. 82. № 12. P. 796–799. http://doi.org/10.1364/JOT.82.000796

  1. Лившиц Э.М. Оптические измерения: уч. пособ. / Под ред. Лившица Э.М. Л.: ЛИТМО, 1985. 87 с.

Livshits E.M. Optical measurements: study guide: Tutorial [in Russian] / Ed. Livshits E.M. Leningrad: LITMO, 1985. 87 p.

  1. Braunecker B., Hentschel R., Tiziani H.J. Advanced optics using aspherical elements. Bellingham, Washington: SPIE Press, 2008. 90 p. http://doi.org/10.1117/3.741689
  2. Латыев С.М. Конструирование точных (оптических) приборов: уч. пособ. СПб.: изд. «Лань», 2015. 560 с.

Latyev S.M. Design of precision (optical) instruments: Tutorial [in Russian]. St. Petersburg: Lan’ Publ., 2015. 560 p.