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.
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:
-
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.