Способ юстировки матричного фотоприемного устройства

Авторы патента:

Хазов Александр Михайлович (RU)

Волков Ринад Исмагилович (RU)

Филатов Михаил Иванович (RU)

Броун Федор Моисеевич (RU)

G02B27/62 - оптические приборы, специально предназначенные для юстировки оптических элементов во время сборки оптических систем (средства юстировки, являющейся частью собираемой системы G02B 7/00)

Владельцы патента RU 2478999:

Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро "Фотон" (RU)

Изобретение относится к области оптического приборостроения и направлено на обеспечение возможности точной юстировки оптико-электронных модулей (ОЭМ) с матричными фотоприемными устройствами (МФПУ), а также их взаимозаменяемость в широком спектральном диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного, что обеспечивается за счет того, что при юстировке МФПУ, работающих в различных спектральных диапазонах, для обеспечения взаимозаменяемости задают точное положение фоточувствительной поверхности МФПУ относительно посадочных поверхностей: диаметра и посадочной плоскости. Центрировку фоточувствительной поверхности МФПУ и ее перпендикулярность оптической оси осуществляют с помощью юстировочного патрона. Фиксацию этого положения обеспечивают методом подрезки посадочных поверхностей их оправ. Контроль этих операций осуществляют в заданном спектральном диапазоне по видеосигналам юстируемого МФПУ и МФПУ телекамеры автоколлимационного микроскопа. 2 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к технологии изготовления оптико-электронных приборных комплексов, модули которого работают в различных спектральных диапазонах, и может применятся при серийном изготовлении оптико-электронных модулей (ОЭМ) для систем обнаружения, наблюдения и сопровождения объектов.

Специфика изготовления ОЭМ с матричными фотоприемными устройствами (МФПУ) заключается в том, что, во-первых, перед фоточувствительной поверхностью МФПУ находится защитное стекло, исключающее возможность механического измерения расстояния до фоточувствительной поверхности МФПУ; во-вторых, ОЭМ работают в широком спектральном диапазоне от ультрафиолетового до глубокого инфракрасного; в-третьих, применяемые МФПУ имеют существенные допуски по положению фоточувствительной поверхности относительно их посадочной плоскости. Так, например, ПЗС матрица KAI-1020 известной фирмы Kodak (Техническое описание KAI-1020, www.kodak.com/go/imagers) имеет следующие допуски на составляющие элементы:

защитное стекло, мкм	50
зазор между стеклом и фоточувствительной поверхностью, мкм	10
толщина фоточувствительной поверхности с подложкой, мкм	200
зазор между подложкой и монтажной платой, мкм	130

Таким образом, среднеквадратичное значение допуска на положение фоточувствительной поверхности МФПУ относительно ее посадочной плоскости составляет примерно 350 мкм. Если еще учесть допуск на толщину печатной платы, на которой крепится МФПУ, технологические погрешности, возникающие при изготовлении ОЭМ, то этот допуск еще более увеличится.

Для светосильных оптических систем с высоким качеством оптического изображения допуск на положение фоточувствительной поверхности МФПУ относительно плоскости изображения оптической системы составляет единицы микрометра. Это приводит к необходимости индивидуального сопряжения каждого узла МФПУ с оптической системой ОЭМ, а юстировка является трудоемким процессом, требующим использования специальных технологических инструментов и выполняющимся высококвалифицированными специалистами. Проблема точной выставки фоточувствительной поверхности МФПУ относительно посадочных поверхностей (диаметра и торца оправы МФПУ) еще более усугубляется при требовании взаимозаменяемости узлов с МФПУ.

Традиционные способы юстировки предполагают конструктивные решения, обеспечивающие подвижку МФПУ вдоль, перпендикулярно и вокруг оптической оси объектива (Г.В.Погарев. Юстировка оптических приборов, изд. «Машиностроение», Ленинград, 1968, глава 3; С.М.Латыев. Конструирование точных (оптических) приборов, изд. «Политехника», Санкт-Петербург, главы 9.4; 9.5).

Недостаток традиционных способов - сложность и трудоемкость юстировки, а также расстраиваемость юстировки изделий в процессе их эксплуатации вследствие нестабильности и ослабления фиксирующих элементов крепления МФПУ. Кроме того, традиционными способами обеспечить взаимозаменяемость узлов с МФПУ сложно из-за необходимости точной выставки и поддержания величины рабочего расстояния от посадочной плоскости оправы МФПУ до фоточувствительной поверхности МФПУ.

Этот недостаток преодолен в способе юстировки, при котором измерения проводят визуально с помощью микроскопа, а юстировку осуществляют способом точной подрезки посадочных поверхностей оправы МФПУ (С.М.Латыев. Конструирование точных (оптических) приборов, изд. «Политехника», Санкт-Петербург, глава 9.5). Недостаток этого способа состоит в невозможности его применения для юстировки ОЭМ, работающих вне видимого спектрального диапазона, т.к. фоточувствительная поверхность МФПУ закрыта непрозрачным для глаза защитным стеклом.

Предлагаемый способ обеспечивает возможность точной юстировки ОЭМ с МФПУ и их взаимозаменяемость в широком спектральном диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что юстировку осуществляют подрезкой посадочных поверхностей оправы МФПУ с контролем операций в спектральном диапазоне работы ОЭМ по изображениям на экране видеоконтрольного устройства (ВКУ), используя видеосигналы как юстируемого МФПУ, так и контрольного МФПУ автоколлимационного микроскопа, работающего в том же спектральном диапазоне.

Способ характеризуется следующими операциями:

- МФПУ в оправе устанавливают в центрировочный патрон, который закрепляют в шпинделе токарного станка;

- подключают МФПУ к ВКУ;

- выставляют автоколлимационный микроскоп с тест-объектом, подсвечиваемым в заданном диапазоне спектра, на фоточувствительную поверхность МФПУ;

- формируют по видеосигналам МФПУ изображение тест-объекта на экране ВКУ;

- точность выставки автоколлимационного микроскопа контролируют по резкости изображения тест-объекта на экране ВКУ;

- поворотами центрировочного патрона выставляют фоточувствительную поверхность МФПУ перпендикулярно оси его вращения;

- перемещением центрировочного патрона перпендикулярно оси вращения совмещают центр МФПУ с осью вращения патрона;

- протачивают посадочный диаметр оправы МФПУ, обеспечивая центрировку МФПУ относительно посадочного диаметра;

- предварительно подрезают посадочную плоскость оправы МФПУ, обеспечивая параллельность посадочной плоскости оправы МФПУ фоточувствительной поверхности МФПУ;

- наводят микроскоп на фоточувствительную поверхность МФПУ, контролируя точность наведения по резкости изображения тест-объекта на экране ВКУ, и снимают показания с отсчетного устройства;

- наводят микроскоп на посадочную плоскость оправы МФПУ, контролируя точность наведения по резкости изображения посадочной плоскости на экране ВКУ, и снимают показания с отсчетного устройства;

- вычисляют разность двух замеров;

- вычитают из полученной разности замеров заданное значение рабочего расстояния;

- подрезают посадочную плоскость оправы МФПУ на величину полученного значения.

Пример реализации способа юстировки МФПУ представлен на чертежах, на которых на фиг.1 схематично изображен комплект технологического оборудования и его состояние, необходимое для контроля процессов проточки диаметра и предварительной подрезки посадочной плоскости оправы МФПУ, а на фиг.2 - состояние технологического оборудования, обеспечивающее окончательную подрезку посадочной плоскости оправы МФПУ. В качестве технологического оборудования используются высокоточный токарный станок, котировочный патрон, подвижный стол с отсчетным устройством, автоколлимационный микроскоп с телекамерой и видеоконтрольное устройство.

Реализацию способа юстировки МФПУ начинают (фиг.1) с монтажа электронной платы 1 с МФПУ 2 в оправу 3, которую, в свою очередь, закрепляют в технологической оправе 4. Технологическую оправу 4 устанавливают в котировочный патрон 5, ось 6 которого закрепляют в шпинделе токарного станка (токарный станок на фиг.1 и фиг.2 не показан). Винты 7, расположенные через 120 градусов (на фиг.1 и фиг.2 показан один винт, чтобы не загромождать рисунок), обеспечивают подвижку шайбы 8 перпендикулярно оси вращения; винты 9, расположенные также через 120 градусов (на фиг.1 и фиг.2 показан один винт, чтобы не загромождать рисунок), обеспечивают наклон шайбы 8 относительно оси вращения.

Автоколлимационный микроскоп 10, содержащий объектив 11, полупрозрачное зеркало 12, тест-объект 13, спектральный фильтр 14, источник света 15 и контрольную телекамеру 16, устанавливают на каретку 17 подвижного стола 18. Каретка 17 и подвижный стол 18 обеспечивают подвижку автоколлимационного микроскопа 10 вдоль и перпендикулярно оси вращения шпинделя токарного станка: подвижный стол 18 обеспечивает перемещение автоколлимационного микроскопа 10 по основанию 19 перпендикулярно оси вращения шпинделя, а каретка 17 обеспечивает точное перемещение автоколлимационного микроскопа 10 вдоль оси вращения шпинделя с помощью микрометрического винта 20. Величину перемещения контролируют отсчетным устройством 21.

Выход видеосигнала с электронной платы 1, несущий видеоинформацию с МФПУ 2, подсоединяют к входу видеоконтрольного устройства (ВКУ) 22.

Включают ВКУ 22, источник света 15 и электронную плату 1 и наблюдают изображение тест-объекта 13 на ВКУ 22. Добиваются резкого изображения тест-объекта 13, перемещая автоколлимационный микроскоп 10 вдоль его оси винтом 20. Вручную вращают шпиндель станка с юстировочным патроном 5. Винтами 9 выставляют фоточувствительную поверхность МФПУ 2 перпендикулярно оси вращения, а винтами 7 совмещают центр МФПУ 2 с осью его вращения. Контроль точности позиционирования МФПУ 2 ведут по изображению на ВКУ 22. Снимают показания L1 с отсчетного устройства 22.

Отсоединяют выход видеосигнала с электронной платы 1 от входа ВКУ 22, включают станок, протачивают посадочный диаметр и предварительно подрезают посадочную плоскость оправы 3, тем самым фиксируя центрировку МФПУ 2 относительно посадочного диаметра и параллельность его фоточувствительной поверхности посадочной плоскости оправы 3.

Подключают выход видеосигнала телекамеры 16 к входу ВКУ 22 (фиг.2). Наводят автоколлимационный микроскоп 10 на посадочную плоскость оправы 3 перемещением подвижного стола 18 и каретки 17. Точность наведения контролируют по резкости изображения посадочной плоскости оправы 3 на ВКУ 22. Снимают показания L2 с отсчетного устройства 21. Вычисляют разность L_ИЗМ=L1-L2 между показаниями отсчетного устройства 21 при наведении автоколлимационного микроскопа 10 на фоточувствительную поверхность МФПУ 2 и наведении автоколлимационного микроскопа 10 на посадочную плоскость оправы 3. Вычитают из полученной разности замеров L_ИЗМ заданное значение рабочего расстояния L_ЗАД и подрезают посадочную плоскость оправы 3 МФПУ 2 на величину полученного значения ∆L=L_ИЗМ-L_ЗАД.

Способ юстировки матричного фотоприемного устройства (МФПУ) методом проточки посадочного диаметра и подрезки посадочной плоскости его оправы с контролем указанных операций, отличающийся тем, что контроль центрировки МФПУ относительно посадочного диаметра, параллельности и положения фоточувствительной поверхности относительно посадочной плоскости ведут в заданном спектральном диапазоне МФПУ по его видеосигналам и видеосигналам телекамеры автоколлимационного микроскопа, работающей в том же спектральном диапазоне.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на повышение надежности и оперативности контроля юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем при их сборке и юстировке, а также в штатном режиме, в процессе их эксплуатации в условиях обсерваторий, что обеспечивается за счет того, что устройство содержит монохроматический источник света, коллиматор и светоделитель для формирования опорной и рабочей ветвей.

Способ юстировки двухзеркальных центрированных оптических систем // 2375676

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в оптическом производстве при сборке и юстировке двухзеркальных центрированных оптических систем, содержащих компоненты как со сферическими, так и асферическими зеркальными поверхностями, в том числе и с внеосевыми.

Устройство для прецизионного вращения оптических элементов // 2365950

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для юстировки оптических элементов в оптических системах, где важно точно поворачивать оптические элементы с минимальными отклонениями их оси вращения.

Устройство для контроля параметров лазерного канала управления // 2350891

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, более конкретно - к устройствам для контроля параметров лазерных каналов управления приборов наведения при их сборке, юстировке и испытаниях.

Устройство для прецизионного линейного перемещения оптических элементов // 2348952

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для юстировки оптических элементов в оптических системах, где важно прецизионно линейно перемещать оптические элементы параллельно самим себе с отклонениями не более 4 угловых секунд.

Привод линейных перемещений // 2339858

Изобретение относится к электромеханическим линейным исполнительным механизмам и может быть использовано в приводах точных линейных перемещений, в подвижных системах приборов, в частности, для юстировки оптических элементов, установленных в оправах.

Оптическая схема оптико-лазерного центрира // 2272250

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в геодезическом приборостороении. .

Способ для контроля информационного канала управления и устройство для его осуществления // 2243581

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и используется при сборке, юстировке, испытаниях и ремонте систем передачи информации, наведения и управления по лучу, в частности для центрировки оси пучка излучения с осью информационного канала управления.

Устройство для контроля центрировки лазерного светового пучка оптического канала управления // 2217695

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, более конкретно к устройствам для контроля центрировки лазерного пучка оптического канала управления приборов наведения при их сборке, юстировке и испытаниях.

Устройство для контроля точности совмещения марки с фокальной плоскостью объектива коллиматора // 2172973

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к устройствам для контроля точности совмещения марки с фокальной плоскостью объектива, преимущественно крупногабаритных коллиматоров.

Устройство для контроля и юстировки объектива // 2515064

Изобретение может быть использовано в оптических микроскопах для контроля и юстировки высот и несоосности оптических и механических осей микрообъективов при их сборке. Устройство содержит столик с сеткой, скрепленное со столиком приспособление для измерения величины его перемещения и соединенный с устройством визуализации регистратор положения изображения сетки, проектируемой юстируемым объективом в плоскость изображения. Столик установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси контролируемого объектива. Устройство снабжено размещаемым между столиком с сеткой и плоскостью изображения сетки тубусом с эталонной базовой поверхностью и резьбой для крепления контролируемого объектива, сетка размещена на столике на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса и установлена с возможностью перемещения в перпендикулярном направлении относительно оси резьбы тубуса. Регистратор положения изображения сетки установлен в тубусе в плоскости изображения на номинальном расстоянии от эталонной базовой поверхности тубуса, центрирован относительно оси резьбы тубуса и установлен с возможностью перемещения вдоль этой оси. Технический результат - расширение номенклатуры контролируемых параметров объектива и типов объективов за счет контроля несоосности оптической и механической осей и высоты микрообъектива с одновременным упрощением конструкции устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Юстировочное устройство // 2541728

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для юстировки приборов, датчиков и других оптико-механических устройств, а также для соединения световода с излучателем. Юстировочное устройство выполнено в виде корпуса с местами для размещения оптических элементов и механизма регулировки. Изобретение направлено на повышение точности юстировки и сокращение времени установки на юстируемый оптический модуль. Для чего в корпус устройства введено основание с выполненными на внешней поверхности базовыми отверстиями и закрепленными магнитами, а механизм регулировки содержит поворотный узел, образованный двумя прозрачными шайбами, соосно закрепленными между стойками, и зеркало оператора, установленное на магнитных шарах в поворотном узле с возможностью вращения в двух плоскостях. 4 ил.

Способ автоматизированной юстировки оптической системы // 2545070

Изобретение может быть использовано для автоматизированной юстировки элементов усилительного канала лазерных установок. Способ включает получение изображений юстировочного лазерного пучка и маркеров контрольных элементов оптической системы, центр которых определяется по паре маркеров, расположенных по обе стороны от центра на одинаковом расстоянии от него. Осуществляют случайный наклон контрольных оптических элементов, контролируют изменение положения изображений маркеров и юстировочного лазерного пучка путем вычисления отклонения центра масс этих изображений от оптической оси системы, вычисляют управляющие сигналы, которые подают на приводы исполнительных механизмов контрольных оптических элементов. Для вычисления управляющих сигналов используют стохастический параллельный градиентный (СПГ) алгоритм, целевая функция в котором зависит от отклонения центров масс изображений от оптической оси системы. Параметр, контролирующий темп сходимости СПГ алгоритма, определяется текущим значением отклонения центра масс изображения от положения оптической оси. Технический результат - упрощение и повышение надежности автоматизированной юстировки оптической системы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Малая оптическая направляющая с основанием рейтера в вариантах их механического соединения и применения при повышенной грузоподъемности // 2559980

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для создания крепежных и юстировочных устройств. Устройство содержит малую оптическую направляющую с профилем «ласточкин хвост», основание рейтера с таким же профилем, направляющую вращательного движения с цилиндрической рабочей поверхностью, содержащую цапфу, опорную втулку. Также оно содержит малую направляющую с профилем «ласточкин хвост» и основание рейтера того же профиля, имеющее резьбовое отверстие, а также осевой винт с резьбой на конце. При этом ребра малой направляющей и пазы профиля «ласточкин хвост» основания рейтера выполнены с возможностью параллельного расположения и установки нескольких малых направляющих одна над другой стопкой с соединением стопорным винтом для возможности регулировки высоты положения оптического элемента над основанием рейтера, или взаимно перпендикулярного расположения, и создания рабочих площадок с обеих сторон основания рейтера при поперечной установке малой направляющей с возможностью увеличения площади этих рабочих площадок при установке нескольких малых направляющих. Кроме того, осевой винт, резьбовое отверстие в основании рейтера и втулка в геометрическом центре малой направляющей выполнены с возможностью образования вращательной направляющей цилиндрического типа с обеспечением возможности поворота малой направляющей вокруг вертикальной оси на любой угол при отпущенном осевом винте. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства, увеличении диапазона регулировок. 8 ил.

Интерферометрический способ юстировки двухзеркального объектива с асферическими элементами // 2561018

Способ юстировки включает предварительную сборку объектива по геометрическим базам, формирование автоколлимационного изображения путем установки фокальной точки объектива интерферометра на оси главного зеркала в фокусе объектива и анализирование волнового фронта объектива в автоколлимационной схеме с плоским зеркалом в двух расположенных симметрично относительно центра точках поля зрения. Изменяют положение вторичного зеркала до достижения симметрии комы и астигматизма в этих точках путем его угловых и линейных поперечных перемещений на величину, обратную рассчитанным наклону и смещению вторичного асферического зеркала по двум координатам относительно оси главного зеркала. Расчет осуществляют по значениям синусных и косинусных составляющих аберрационных коэффициентов Цернике - астигматизма и комы, вызванных децентрировкой. Анализируют волновой фронт объектива в центре поля зрения, определяют аберрационный коэффициент сферической аберрации третьего порядка, по его значению рассчитывают осевое смещение вторичного зеркала относительно номинального положения. Осевое перемещение вторичного зеркала осуществляют на величину, обратную осевому смещению. Технический результат - повышение точности юстировки и ее упрощение. 3 ил.

Способ автоматизированной юстировки оптической системы с помощью маркеров // 2566367

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для проведения юстировки элементов лазерных установок, в том числе при наличии оптических аберраций в тракте. Способ автоматизированной юстировки оптической системы основан на визуализации картины маркеров на выходе системы и последующей обработке полученного изображения с целью вычисления управляющих сигналов при отсутствии информации о положении оптической оси системы. Управление оптическими элементами организовано с помощью модернизированного стохастического параллельного градиентного алгоритма. Технический результат изобретения заключается в упрощении и повышении надежности процедуры автоматизированной юстировки оптической системы с помощью маркеров. 3 з.п. ф-лы.

Устройство юстировки оправы оптического элемента // 2596906

Изобретение относится к области лазерной техники и касается устройства юстировки оправы оптического элемента. Устройство содержит закрепленный на кронштейне корпус, в отверстии которого установлен оптический элемент, фиксирующие элементы, фиксатор юстировки и пружину. В корпусе выполнены отверстия для установки фиксирующих элементов, оптический элемент установлен в корпусе в оправе. Фиксирующие элементы выполнены в виде подпружиненного со стороны кронштейна и зафиксированного крышкой штока и штырей. Шток и штыри расположены равномерно относительно оправы с возможностью взаимодействия с ней. В качестве фиксатора юстировки используется клей, который размещен в посадочном отверстии для оправы. Технический результат заключается в повышении точности юстировки с последующей фиксацией настройки. 4 ил.

Устройство автоматической юстировки двухзеркальной телескопической системы с заданным направлением выходного излучения // 2611604

Устройство содержит главное зеркало (ГЗ) 4, вторичное зеркало (ВЗ) 5, первое плоское зеркало-имитатор 6 оптической оси ГЗ 4, жестко связанное с ГЗ 4 и перпендикулярное оптической оси ГЗ 4, и второе плоское зеркало-имитатор 7 оптической оси ВЗ 5, жестко связанное с ВЗ 5 и перпендикулярное его оптической оси; первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ) 8; первую перископическую систему 9; два привода наклонов 10, 11 и три привода линейных смещений 12, 13, 14 ВЗ 5; первую 16 и вторую 17 пентапризмы. Первое 6 и второе 7 зеркала-имитаторы оптически связаны с первым АКФ 8. Устройство включает объектив с центральным осевым отверстием 18, жестко связанный с ГЗ 4, светящуюся марку 19, жестко связанную с ВЗ 5, расположенную на его оптической оси вблизи его вершины и в фокальной плоскости объектива 18; третье плоское зеркало-имитатор 20 оптической оси ГЗ 4, жестко связанное с ГЗ 4 и перпендикулярное его оптической оси; второй АКФ 21, первую и вторую поворотные ромб-призмы 22 и 24 с приводами 23 и 25, оптически связанные со вторым АКФ 21, диагональное зеркало 26 с двумя приводами наклонов 27 и 28 между ГЗ 4 и ВЗ 5. Технический результат – сохранность в автоматическом режиме юстировки двухзеркальной телескопической системы и параллельности вышедших из системы лучей оптической оси ГЗ. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ монтажной настройки элементов оптической системы // 2623699

Способ монтажной настройки элементов оптической системы содержит два этапа. Сначала путем перемещения настраиваемых элементов устанавливают их в соответствии с заданной геометрической осью и заданными расстояниями между элементами оптической системы. Далее устраняют погрешности настройки этого этапа путем перемещения настраиваемых элементов относительно геометрической оси в поперечном направлении. Для этого используют пары меток, на основании которых определяют рассогласование положений настраиваемых элементов. При этом все пары оптических меток устанавливают с угловым или радиальным смещением относительно друг друга. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности настройки. 2 ил., 1 табл.