ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

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

УДК: 681.7.055.24, 535.317

Разработка оптической системы автоколлимационной трубки c цифровой регистрацией изображения для контроля центрировки одиночных линз

Романова Г.Э., Берников М.Д.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

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

Ссылка на англоязычную версию:

Galina E. Romanova and Mikhail D. Bernikov, "Development of an optical system for an autocollimation tube with digital image registration for testing the centering of single lenses," Journal of Optical Technology. 92(11), 712-719 (2025).  https://doi.org/10.1364/JOT.92.000712  

Аннотация:

Предмет исследования. Оптическая схема автоколлимационной трубки для контроля децентрировки линз. Цель работы. Разработка малогабаритной оптической системы для контроля децентрировок одиночных линз и оценка погрешности ее определения с учетом характеристик оптической системы и применения простых методов обработки изображений, а также анализ влияющих на погрешность измерения факторов. Метод. В разработанной схеме моделировалось изображение в приближении геометрической оптики, получаемое в системе с известной децентрировкой поверхности, по которому с помощью алгоритма центра масс определялся центр пятна рассеяния и вычислялась децентрировка поверхности линзы. Основные результаты. Разработана малогабаритная оптическая система для контроля децентрировки линз. Подробно проанализированы причины увеличения погрешности измерения децентрировки линз с малыми радиусами кривизны (20 мм и менее). Показано присутствие систематической погрешности, влияющей на погрешность определения децентрировки. Остаточная погрешность определения децентрировки, учитывающая аберрации оптической системы, цифровую регистрацию и обработку изображения, а также обнаруженную систематическую погрешность, составила не более 1 мкм. Практическая значимость. Предложенная схема может быть положена в основу разработки серийного прибора, устанавливаемого на станки на оптических производствах. Результаты анализа источников погрешностей в системе для контроля децентрировок, а также использованные приемы и методы анализа, представляют практический интерес при разработке современных высокоточных приборов.

Ключевые слова:

децентрировка, центрирование, автоколлимационные точки, автоколлимационная трубка, обработка изображения

Коды OCIS: 220.1140, 120.4570, 120.4630, 120.4820

Список источников:
  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.