CC BY
8
УДК 681.7.02; 681.7.05; 681.7.066.3; 681.7.067 DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-3-251-254
ЦЕНТРИРОВАНИЕ ЛИНЗ С АСФЕРИЧЕСКИМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ПРИ ИХ ФОРМООБРАЗОВАНИИ НА СТАНКЕ АЛМАЗНОГО МИКРОТОЧЕНИЯ
В. М. Медунецкий1*, С. В. Солк2, О. А. Лебедев2
1 Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия vm57med@yandex.ru 2Научно -исследовательский институт оптико-электронного приборостроения, Сосновый Бор, Ленинградской обл., Россия
Аннотация. Рассмотрена технология центрирования инфракрасных линз с одной асферической поверхностью. Операция центрирования совмещена с формообразованием асферической поверхности на станке алмазного микроточения. Приведены рекомендации по заданию допусков на толщину линз и воздушные промежутки в инфракрасных объективах при использовании данной технологии.
Ключевые слова: центрировка линз, алмазное микроточение, асферическая поверхность, инфракрасная оптико-механическая система, инфракрасный объектив
Ссылка для цитирования: Медунецкий В. М., Солк С. В., Лебедев О. А. Центрирование линз с асферическими поверхностями при их формообразовании на станке алмазного микроточения // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 3. С. 251—254. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-3-251-254.
CENTERING LENSES WITH ASPHERICAL SURFACES DURING THEIR SHAPING ON A DIAMOND MICRO-TURNING MACHINE
V. M. Medunetsky1*, S. V. Solk2, O. A. Lebedev2
1ITMO University, St. Petersburg, Russia * vm57med@yandex.ru 2JSC Research Institute of Optoelectronic Instrumentation, Sosnovy Bor, Leningrad region, Russia
Abstract. A technology of centering IR lenses with one aspherical surface is considered. The centering procedure is combined with shaping the aspherical surface on a diamond micro-turning machine. Recommendations are given on setting tolerances for lens thickness and air gaps in IR lenses when using this technology.
Keywords: lens centering, diamond turning, aspherical surface, IR optomechanical system, IR objective
For citation: Medunetsky V. M., Solk S. V., Lebedev O. A. Centering lenses with aspherical surfaces during their shaping on a diamond micro-turning machine. Journal of Instrument Engineering. 2023. Vol. 66, N 3. P. 251—254 (in Russian). DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-3-251-254.
В настоящее время широкое распространение получают инфракрасные (ИК) приборы, используемые в научных исследованиях, медицине, военном деле, охранной деятельности и других областях [1] . Качественный скачок в производстве инфракрасных фотоприемных устройств позволил увеличить их формат и уменьшить размеры пиксела [2], что вызвало повышение требований к качеству и техническим характеристикам оптических элементов и оптико-механических систем (ОМС). В ОМС широко используются линзы с асферическими поверхностями. К оптическим элементам, изготовленным из материалов с большими показателями преломления и высокой светосилой, предъявляются повышенные требования к центрированию [3].
© Медунецкий В. М., Солк С. В, Лебедев О. А, 2023
252
В. М. Медунецкий, С. В. Солк, О. А. Лебедев
Центрирование линз с асферической поверхностью является нетривиальной задачей. Это связано с тем, что асферическая поверхность, в отличие от сферической, имеет одну ось симметрии. Это приводит к тому, что совместить оси сферической и асферической поверхностей невозможно [4].
На сегодняшний день наиболее точной и производительной технологией асферизации оптических элементов является технология алмазного микроточения (АМТ) [5, 6]. В работе [7] показано применение совмещенной технологии при изготовлении однолинзового объектива. Формообразование асферической поверхности осуществляется на станке АМТ после формообразования сферической поверхности и установки линзы в оправу с предварительным центрированием. Однако такой подход требует специальной конструкции оправы и линзы для обеспечения „выхода резца".
На практике чаще всего технологический процесс построен по следующей схеме. На станке АМТ осуществляется формообразование асферической поверхности, а затем формообразование сферической с контролем „разнотолщинности" линзы по краю механическим способом. Такая последовательность позволяет выполнить заготовку линзы с большим припуском по толщине и при необходимости произвести большое количество циклов АМТ для коррекции формы и шероховатости обрабатываемой поверхности для получения требуемых характеристик. Технологические процессы шлифования и полирования ИК-линз хорошо отработаны и позволяют получать толщину линзы по центру с точностью 0,005—0,01 мм.
Однако выполнение требования по „разнотолщинности" не гарантирует отсутствие у асферической поверхности линейных и угловых децентрировок, так как они компенсируют друг друга, и процесс приобретает вероятностный характер.
Более целесообразным является следующий порядок операций. Заготовка линзы 4 (рис. 1) с изготовленной сферической рабочей поверхностью А и цилиндрической базовой поверхностью С закрепляется в приспособлении: например, приклеивается с помощью смолы или воска, при предварительно защищенной лаком поверхности А, таким образом, чтобы на краю поверхности А и на поверхности С можно было разместить датчики линейных перемещений 6. Приспособление устанавливается в центрировочном патроне 2, который, в свою очередь, закрепляется в шпинделе станка АМТ 1. Центрировочный патрон имеет две линейные (X и Y) и две угловые (у и О) подвижки. С помощью юстировочных подвижек центрировочного патрона устраняются биения поверхностей А и С с контролем датчиками линейных перемещений. Затем осуществляется формообразование асферической поверхности В резцом из при-
Рис. 1
Недостатком такого подхода является сложность обеспечения жесткого допуска на толщину линзы. Этот недостаток может быть компенсирован тем, что на стадии оптического расчета предусмотрена возможность коррекции воздушных промежутков в зависимости от фактической толщины линзы. На рис. 2 показана схема двухлинзового ИК-объектива для
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2023. Т. 66, № 3
JOURNAL OF INSTRUMENT ENGINEERING. 2023. Vol. 66, N 3
спектрального диапазона 8—12 мкм, с фокусным расстоянием 75 мм, относительным отверстием 1:1, полем зрения 6°. Кружки рассеяния для концентрации энергии 80 % в центре и по полю составляют соответственно 33 и 37 мкм. Линзы 1 и 2 изготавливаются из германия и имеют асферические поверхности В и Е. Допуск на толщину обеих линз задается в пределах ±0,1 мм. После изготовления линз их толщина измеряется с точностью до ±0,005 мм, а по результатам оптических расчетов корректируется величина воздушного промежутка между линзами в пределах 1 мм с точностью ±0,015 мм.
В заключение следует отметить, что описанная выше технология может применяться при создании оптических приборов, которые работают в видимом и ближнем ИК-диапазонах. При этом можно использовать материалы, обработка которых возможна с помощью АМТ, к примеру, германий для ИК-диапазона [6] и полиметилметакрилат для видимого диапазона [8].
1. Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Инфракрасные системы смотрящего типа. М.: Логос, 2004. 444 с.
2. Старцев В., Наумов А. Современные фотоприемные устройства инфракрасного спектра и тенденции развития // Технологии защиты. 2018. № 5. С. 66—70.
3. Вычислительная оптика: Справочник / Под общ. ред. М. М. Русинова. Л.: Машиностроение, 1984. 423 с.
4. Справочник технолога-оптика / Под ред. М. А. Окатова. СПб: Политехника, 2004. 679 с.
5. Медунецкий В. М, Солк С. В. Опыт применения и перспективы технологии алмазного микроточения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. Т. 89, № 1. С. 165—170.
6. Васильева Л. В, Лебедев О. А, Нужин В. С., Солк С. В. Проектирование и изготовление линзовых объективов для работы в инфракрасной области спектра // Оптич. журн. 2003. Т. 70, № 4. С. 72—75.
7. Солк С. В, Сабинин В. Е. Новые области применения технологии алмазного микроточения // Оптич. журн. 2005. Т. 72, № 11. С. 82—85.
8. Сабинин В. Е., Солк С. В. Проблемы проектирования и изготовления оптики из полимерных материалов // Оптич. журн. 2002. Т. 69, № 1. С. 61—64.
Рис. 2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Виктор Михайлович Медунецкий
Олег Анатольевич Лебедев
Сергей Вольдемарович Солк
Сведения об авторах
д-р техн. наук, профессор; Университет ИТМО; E-mail: vm57med@yandex.ru
д-р техн. наук; НИИ оптико-электронного приборостроения; заместитель начальника отдела; E-mail: solk@sbor.net
НИИ оптико-электронного приборостроения; ведущий инженер-расчетчик; E-mail: oleg.dr-lebedev@yandex.ru
Поступила в редакцию 22.09.22; одобрена после рецензирования 14.11.22; принята к публикации 25.01.23.
254
В. М. Medym^uü, C. B. COÄK, O. A. ïïeôedee
REFERENCES
1. Tarasov V.V., Yakushenkov Yu.G. Infrakrasnyye sistemy smotryashchego tipa (Infrared Viewing Systems), Moscow, 2004, 444 p. (in Russ.)
2. Startsev V., Naumov A. Tekhnologii zashchity, 2018, no. 5, pp. 66-70. (in Russ.)
3. Rusinov M.M., ed., Vychislitel'naya optika: Spravochnik (Computational Optics: A Handbook), Leningrad, 1984, 423 p. (in Russ.)
4. Okatov M.A., ed., Spravochnik tekhnologa-optika (Reference Technologist-Optics), St. Petersburg, 2004, 679 p. (in Russ.)
5. Medunetsky V.M., Solk S.V. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2014, no. 1(89), pp. 165-170. (in Russ.)
6. Vasil'eva L.V., Lebedev O.A., Nuzhin V.S., Solk S.V. Journal of Optical Technology, 2003, no. 4(70), pp. 280-283.
7. Solk S.V., Sabinin V.E. Journal of Optical Technology, 2005, no. 11(72), pp. 875-877.
8. Sabinin V.E., Solk S.V. Journal of Optical Technology, 2002, no. 1(69), pp. 48-50.
Data on authors
Viktor M. Medunetskiy Sergey V. Solk
Oleg A. Lebedev
Dr. Sci., Professor; ITMO University; E-mail: vm57med@yandex.ru
Dr. Sci.; JSC Research Institute of Optoelectronic Instrumentation; Deputy
Head of Department; E-mail: solk@sbor.net
JSC Research Institute of Optoelectronic Instrumentation; Leading Calculation Engineer; E-mail: oleg.dr-lebedev@yandex.ru
Received 22.09.22; approved after reviewing 14.11.22; accepted for publication 25.01.23.
H3B. By30B. nPHBOPOCTPOEHME. 2023. T. 66, № 3
JOURNAL OF INSTRUMENT ENGINEERING. 2023. Vol. 66, N 3
