基于误差分配法提高胶合透镜定心精度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学装调检测领域，尤其涉及一种基于误差分配法提高胶合透镜定心精度方法。
【背景技术】
[0002]曲率三角形法为胶合透镜的光轴确定提供了理论依据；误差分配法为胶合透镜的高精度定心提供了理论依据；根据曲率三角形法则，选择曲率三角形的最长边为双胶合透镜的光轴。如图1所示，双胶合镜有三个面，I面11，2面21，3面31，对应有I面的球心像12、2面的球心像22，3面的球心像；其中2面为胶合面即两光学零件曲率相同的粘接面。由光学理论可以知道，每个光学面都有一个曲率中心且双胶合镜的3个曲率中心都在一条直线上，这条直线就是双胶合镜的光轴。
[0003]实际透镜胶合过程中，由于胶层厚度、对准精度、操作人员主观因素等误差，造成胶合后的透镜的三个曲率中心不在一条直线上，如图2所示，三个面的曲率中心两两相连形成一个曲率三角形。将双胶合透镜固定于定心工装后，通过内调焦望远镜可以观察到3个球心自准直像，任意两个球心像都可以确定一条胶合镜的光轴，此时如何确定胶合镜的光轴成为一个关键问题。传统的胶合镜定心选择光轴仅凭操作人员的工作经验，选择胶合镜第一面和最后一面的球心连线作为定心加工的光轴基准，调整这两个球心像不晃动，进而车削胶合镜框的相关配合尺寸，完成加工过程。
[0004]此方法缺点:
[0005]1、定心加工光轴选择没有依据，不能达到最佳的定心精度；
[0006]2、批量生产时，废品率较高，且找不到原因。
[0007]将此胶合透镜安装到姿态控制工装上并旋转高精密回转轴，通过内调焦望远镜寻找到I面球心和2面球心的自准直反射像，将两像调整至不晃动。此处胶合透镜的光轴已经和高精度回转轴重合。接着找到并观察3面球心自准直反射像，此时3面像点晃动量即为2*H即为此胶合透镜的偏心量。
【发明内容】
[0008]为了解决现有的确定胶合透镜的光轴偏心量大的技术问题，本发明提供一种基于误差分配法提高胶合透镜定心精度的方法
[0009]本发明的技术解决方案:
[0010]基于误差分配法提高胶合透镜定心精度的方法，其不同之处在于:包括以下步骤:
[0011]I】搭建光学系统:
[0012]包括车床回转轴、姿态控制工装、镜框、内调焦望远镜、CXD相机以及PC机所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框设置在姿态调整工装的一端，所述内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且内调焦望远镜的另一端通过CCD相机与PC机连接；镜框内固定有胶合透镜；胶合透镜的I面朝向内调焦望远镜，胶合透镜的2面为胶合面，胶合透镜的3面为朝向姿态控制工装；
[0013]2】将内调焦望远镜调焦到胶合透镜的I面、2面、3面的球心位置，在PC机上寻找胶合透镜各面的球心自准直像点，形成一个虚三角形；
[0014]3】调整姿态控制工装，控制三个球心自准直像点晃动，直至虚三角形中的最长边的两个球心自准直像点不晃动，第三个球心自准直像的晃动量为2H，其中H为虚三角形中以最长边为底做尚；
[0015]4】调整姿态控制工装，控制三个球心自准直像点晃动，使得最长边的两个球心自准直像和第三个球心自准直像的晃动量均为H/2 ;胶合透镜的光轴已经确定，即胶合透镜光轴为虚三角形的最长边向顶点平移H/2的形成的直线同时与车床回转轴的回转中心重入口 ο
[0016]本发明所具有的优点:
[0017]1、三个球心像的晃动量均匀、一致；
[0018]2、将胶合镜的最大晃动量减小了一半，即定心精度提高了一倍；
[0019]3、此方法可以应用到多镜胶合光学元件；
【附图说明】
[0020]图1为理想状态下胶合透镜示意图；
[0021 ] 图2为现实情况下胶合透镜示意图；
[0022]图3为确定胶合透镜光轴的系统结构示意图；
[0023]图4为确定胶合透镜光轴过程示意图；
[0024]图5为确定胶合透镜光轴原理示意图；
[0025]其中附图标记为:1_车床回转轴，2-姿态控制工装，3-镜框，4-胶合透镜，5-内调焦望远镜，6-CXD相机，7-PC机，11-1面，21-2面，31_3面，12_1面的球心像，22-2面的球心像，32-3面的球心像。
【具体实施方式】
[0026]此处提出一种提高胶合透镜定心精度的新方法(误差分配法or光轴平移法)依据曲率三角形法确定双胶合透镜的光轴后，按上述方法确定胶合透镜的偏心量。分别将曲率三角形的三个顶点向其对应线段做垂线，如图4所示，垂线分别为hl、h2、h3，由几何三角形相关定律可知，三角形最长边对应的垂线最短。也就是说，将组成曲率三角形边长最长的两个球心像调整至不晃动，第三个球心像此时的晃动量最小。而后控制缩小3面球心自准直反射像的晃动量，同时控制增加I面和2面球心自准直反射像的晃动量(此处相当于将3面球心反射像的晃动量分配到I面和2面的反射像晃动量中)，不断调整保证3个球面球心反射像的晃动量相等。此时3个球心反射像都在晃动但晃动量都小于2*H且都为H/2，胶合镜的偏心量精度提高了 4倍。此处胶合镜光轴也已经确定，光轴由原来的I面、2面球心连线平移到3面球心垂线的中心位置且与精密回转轴重合(相当于光轴向上平移了)。
[0027]具体步骤:
[0028]1.1】搭建光学系统，如图3所示:
[0029]包括车床回转轴、姿态控制工装、镜框、内调焦望远镜、CXD相机以及PC机所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框设置在姿态调整工装的一端，所述内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且内调焦望远镜的另一端通过CCD相机与PC机连接；镜框内固定有胶合透镜；胶合透镜的I面朝向内调焦望远镜，胶合透镜的2面为胶合面，胶合透镜的3面为朝向姿态控制工装；
[0030]2.利用内调焦望远镜调焦到曲率三角形最长边的两个球心位置，寻找两球心自准直反射像点；
[0031]2.通过调整工装的水平和俯仰姿态，控制胶合透镜曲率三角形最长边两面球心像的晃动量，使两像点不晃动；
[0032]3.此时通过内调焦望远镜寻找并观察第三个面的球心反射像，得到其像点晃动量即为胶合透镜的偏心量2*H ；
[0033]4.将第三面球心反射像的晃动量部分分配于I面、2面球心像，反复调整保证3个球心反射像的晃动量相等；
[0034]5.此时胶合透镜最终的光轴已经确定，位于曲率三角形最长边上方且与精密回转轴重合，胶合透镜的晃动量也减小到H/2。如图5所示。
【主权项】
1.基于误差分配法提高胶合透镜定心精度的方法，其特征在于:包括以下步骤: I】搭建光学系统: 包括车床回转轴、姿态控制工装、镜框、内调焦望远镜、CCD相机以及PC机所述姿态调整工装设置在车床回转轴上，所述镜框设置在姿态调整工装的一端，所述内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且内调焦望远镜的另一端通过CCD相机与PC机连接；镜框内固定有胶合透镜；胶合透镜的I面朝向内调焦望远镜，胶合透镜的2面为胶合面，胶合透镜的3面为朝向姿态控制工装； 2】将内调焦望远镜调焦到胶合透镜的I面、2面、3面的球心位置，在PC机上寻找胶合透镜各面的球心自准直像点，形成一个虚三角形； 3】调整姿态控制工装，控制三个球心自准直像点晃动，直至虚三角形中的最长边的两个球心自准直像点不晃动，第三个球心自准直像的晃动量为2H，其中H为虚三角形中以最长边为底做尚; 4】调整姿态控制工装，控制三个球心自准直像点晃动，使得最长边的两个球心自准直像和第三个球心自准直像的晃动量均为H/2;胶合透镜的光轴已经确定，即胶合透镜光轴为虚三角形的最长边向顶点平移H/2的形成的直线同时与车床回转轴的回转中心重合。
【专利摘要】本发明涉及基于误差分配法提高胶合透镜定心精度的方法，通过光学系统：确定内调焦望远镜调焦到胶合透镜的1面、2面、3面的球心位置，在PC机上寻找胶合透镜各面的球心自准直像点，形成一个虚三角形；调整姿态控制工装，控制三个球心自准直像点晃动，直至虚三角形中的最长边的两个球心自准直像点不晃动；调整姿态控制工装，控制三个球心自准直像点晃动，使得最长边的两个球心自准直像和第三个球心自准直像的晃动量均为H/2；本发明解决现有的确定胶合透镜的光轴偏心量大的技术问题，本发明三个球心像的晃动量均匀、一致，找到的光轴偏心量最小。
【IPC分类】G02B27/30, G02B27/62, G02B7/02
【公开号】CN104977691
【申请号】CN201510353784
【发明人】付兴, 秦星, 刘军鹏, 宋兴
【申请人】中国科学院西安光学精密机械研究所
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月24日