Устройство и метод юстировки жидколинзовых систем Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 681.7

УСТРОЙСТВО И МЕТОД ЮСТИРОВКИ ЖИДКОЛИНЗОВЫХ СИСТЕМ

Игорь Олегович Михайлов

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры наносистем и оп-тотехники, тел. (383)344-29-29, e-mail: [email protected]

Виктор Брунович Шлишевский

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры наносистем и оп-тотехники, тел. (383)343-91-11, e-mail: [email protected]

Предлагается схема устройства для юстировки и контроля оптических «моноблоков», включающих жидколинзовые элементы. Юстировка осуществляется поперечным смещением линз, их наклоном и регулировкой воздушного промежутка между компонентами.

Ключевые слова: жидкая линза, конструкция, оптическая система, юстировка.

THE DEVICE AND THE METHOD OF LIQUID LENS SYSTEMS ALIGNMENT

Igor O. Mikhailov

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Candidate of Technical Science, Associate Professor of Nanosystems and optical devices department, tel. (383)344-29-29, e-mail: [email protected]

Viktor B. Shlishevsky

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Doctor of Technical Science, Professor of Nanosystems and optical devices department, tel. (383)343-91-11, e-mail: [email protected]

The scheme of aligning and optical «monoblocks» control is suggested. The proposed scheme includes the liquid lens elements. The alignment is carried out by transverse displacement of lenses, by their tilt and by controlling the air gap between components.

Key words: liquid lens, construction, optical system, aligning.

Для ряда оптических систем сравнительно недавно было предложено регулировать фокусное расстояние и масштаб изображения с помощью управляемых жидких (жидкостных) линз (ЖЛ) [1-6], которые допускают быстрое (и в значительных пределах) изменение радиусов кривизны своих поверхностей за счет различных физических эффектов [7]. Одним из последних примеров может служить панкратический прицел для стрелкового оружия с технологией адаптивного увеличения «RAZAR» (Rapid Adaptive Zoom for Assault Rifles), основанной на использовании набора полимерных ЖЛ диаметром до 20 мм [8].

Конструирование подобных устройств требует новых подходов, а их сборка и юстировка - разработки новых оригинальных методов с применением специальных установок и приспособлений [9].

Поскольку перефокусировка оптических систем с ЖЛ осуществляется без линейного перемещения оптических компонентов, а размеры ЖЛ достаточно малы, то наиболее оптимальной для них выглядит сборка типа «моноблок» с элементами, ориентированными относительно друг друга с необходимой степенью точности и жестко соединенными между собой клеем без дополнительных оправ, что минимизирует массогабаритные характеристики всей сборочной единицы. Анализ типовых компоновок и особенностей юстировки линзовых оптических систем [10-12] позволил предложить принцип их конструирования на базе ЖЛ-модулей из материалов (жидкостей, стекла, пластика) с близкими по значениям температурными коэффициентами линейного расширения.

На рис. представлена принципиальная оптико-кинематическая схема устройства для юстировки и контроля простейших двухкомпонентных оптических блоков [9], состоящих из предварительно собранного и отрегулированного ЖЛ-модуля и отдельной твердотельной линзы. Для получения качественного изображения при юстировке используется не только поперечное перемещение линз, но и их наклон с одновременной регулировкой воздушного промежутка между оптическими компонентами.

Качество юстировки контролируется при помощи оптико-электронной системы 1-4. Лазерный источник излучения 1 формирует узкий параллельный световой пучок, проходящий через всю оптическую систему и настраиваемый так, чтобы в отсутствие оптических компонентов он попадал в центр квадрантного фотоприемника 2. Тогда после установки контролируемой сборочной единицы фотоприемник будет генерировать сигнал, пропорциональный величине поперечного смещения пучка в плоскости его светочувствительных элементов. Далее этот сигнал поступает в блок обработки 3, который формирует информацию в удобном для оператора виде и выводит ее, например, на монитор компьютера 4. Базовым оптическим элементом является ЖЛ-модуль 7, который закрепляется на опорной детали 8 шеллаком или центрировочной смолой 9. Юстируемый оптический компонент (в частности, твердотельная линза) 5 устанавливается через эластичное (резиновое) кольцо 6 соответствующего сечения. Ее центри-

Рис. Принципиальная схема юстировочного устройства:

1 - светодиод; 2 - квадрантный фотоприемник; 3 - блок обработки сигналов; 4 - монитор; 5 - юстируемая твердотельная линза; 6 -эластичное кольцо; 7 - ЖЛ-модуль; 8 - опорная деталь; 9, 10 - клеевые соединения; 11 -винтовые механизмы; 12 - рычажно-винтовые механизмы; 13 - часовой индикатор

рование выполняется винтовыми механизмами 11, а наклон регулируется ры-чажно-винтовыми механизмами 12. Воздушный промежуток между юстируемой линзой 5 и ЖЛ-модулем 7 контролируется индикатором часового типа 13. Достигнутое положение деталей фиксируется клеем 10, заливаемым в зазор по контуру.

Если расстояние между компонентами 5 и 7 превышает допустимую толщину (диаметр сечения) кольца 6, то между ними может быть установлено вспомогательное жесткое пластиковое или стеклянное кольцо требуемого размера; сущность и последовательность регулировок от этого не изменятся.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Pat. 1999018456 WO. Lens With Variable Focus / B. Berge, J. Peseux. Publication Date: 04.15.1999.

2. Pat. 7126903 US. Variable Focus Lens / B. J. Feenstra, S. Kuiper, S. Stallinga, B. H. W. Hendriks, R. M. Snoeren. Publication Date: 10.24.2006.

3. Pat. 7224534 US. Optical element, optical unit, and image-taking apparatus / T. Ootsuka, T. Kato, H. Miyano. Publication Date: 05.29.2007.

4. Pat. 2007/0247724 US. Liquid lens with curved contact surface / M. S. Jung. Publication Date: 10.25.2007.

5. Pat. 7298559 US. Variable focus lens and optical device using the same as well as method of manufacturing variable focus lens / Y. Kato, F. Mueda. Publication Date: 11.20.2007.

6. Ефремов В. С., Шлишевский В. Б. Оптические материалы и ахроматическая коррекция типовых компонентов оптических систем: учеб. пособие. - Новосибирск: СГГА, 2013. - 284 с.

7. Жидкие линзы - новая элементная база оптических и оптико-электронных приборов / А. В. Голицын, В. С. Ефремов, И. О. Михайлов, Н. В. Оревкова, Б. В. Федоров, В. Б. Шлишевский // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГТА, 2013. Т. 1. - С. 7-11.

8. Szondy D. RAZAR riflescope brings push-button zoom to the battlefied. [Электронный ресурс]. URL: http://www.gizmag.com/sandia-razar-adaptive-zoom-riflescope/34366/ (дата обращения: 19.02.2015).

9. Голицын А. В., Михайлов И. О., Шлишевский В. Б. Конструкция миниатюрного комбинированного объектива-моноблока с жидкими линзами // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. X Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2014» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск: СГГА, 2014. Т. 1. - С. 76-80.

10. Маламед Е. Р. Конструирование оптических приборов космического базирования: Учебное пособие. - СПб.: ГИТМО (ТУ), 2002. - 292 с.

11. Латыев С. М. Конструирование точных (оптических) приборов: учебное пособие. -СПб.: Политехника, 2007. - 579 с.

12. Сокольский М. Н. Допуски и качество оптического изображения. - Л.: Машиностроение, 1989.-221 с.

© И. О. Михайлов, В. Б. Шлишевский, 2015