光学镜头球心偏差测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学镜头球心偏差测量装置，属于光学系统领域。解决了现有技术中用于光学镜头球心偏差测量的设备测量精度不够高，或者无法测量较大曲率半径的镜面偏心量、测量范围存在盲区的技术问题。本发明的光学镜头球心偏差测量装置，包括：光学照明模块、分光镜、光学准直镜头组、光学聚焦镜头组、光电探测器、直线位移传感器、机械调平台、精密旋转台、直线位移机构和主控计算机。本发明的光学镜头球心偏差测量装置可以达到较高的测量精度，并且同时满足各种曲率半径的光学镜头的球心偏差测量。
【专利说明】光学镜头球心偏差测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学镜头球心偏差测量装置，属于光学系统领域。
【背景技术】
[0002]在光学系统中，当光学镜面的球心偏离光轴时，将影响光学系统的光学性能，因此，在光学镜头的装调过程中，必须严格控制光学镜头的球心偏差。
[0003]目前，已有用于光学镜头球心偏差测量的设备，这些设备采用两种技术方案:一种方案是采用光学镜头内调焦的方式，调节光学测量镜头组中正透镜和负透镜之间的间距，来改变光束聚焦点的位置，从而测量不同曲率半径镜面的偏心量。但是该方案由于正负透镜之间的间距改变，导致光学测量镜头组的放大倍率显著变化，从而在计算被测镜片的偏心量时，产生较大误差。另一种方案是采用切换光学镜头的方式，通过更换不同焦距的光学镜头，来改变光束聚焦点的位置，从而测量不同曲率半径镜面的偏心量。该方案虽然测量精度比较高，但由于被切换的光学镜头的焦距是固定值，而且数量有限，从而决定了光束聚焦点的范围，只能测量球心在此范围内的镜面偏心量，导致该方案无法测量较大曲率半径的镜面偏心量，测量范围存在盲区。
[0004]基于以上两种技术方案的光学镜头球心偏差测量设备，由于各自的技术缺陷，已不能满足很多领域的光学镜头高精度装调的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是解决现有技术中用于光学镜头球心偏差测量的设备测量精度不够高，或者无法测量较大曲率半径的镜面偏心量、测量范围存在盲区的技术问题，提供一种光学镜头球心偏差测量装置和方法。
[0006]本发明的光学镜头球心偏差测量装置包括:光学照明模块、分光镜、光学准直镜头组、光学聚焦镜头组、光电探测器、直线位移传感器、机械调平台、精密旋转台、直线位移机构和主控计算机，所述光学照明模块、分光镜、光学准直镜头组、光学聚焦镜头组、光电探测器和直线位移传感器构成光学测量头；所述光学聚焦镜头组可拆卸，当光学聚焦镜头组拆下时，光学照明模块产生的十字线靶标光束依次经分光镜和光学准直镜头组聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经光学准直镜头组和分光镜聚焦到光电探测器的靶面；当光学聚焦镜头组安装时，光学照明模块产生的十字线靶标光束依次经分光镜、光学准直镜头组和光学聚焦镜头组聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经光学聚焦镜头组、光学准直镜头组和分光镜聚焦至IJ光电探测器的靶面；所述光电探测器将反射回来的十字线靶标光束的光信号转换为电信号，形成十字线图像，并将十字线图像信息传输至主控计算机；所述直线位移传感器用于测量光学准直镜头组的不同位置，并将此位置信息传送给主控计算机；所述机械调平台连接在精密旋转台之上，用于调节被测光学镜头的光轴与精密旋转台的旋转轴线之间的位置关系；所述精密旋转台带动被测光学镜头绕精密旋转台的轴线旋转；所述直线位移机构带动光学测量头作竖直方向的直线运动，并测量光学测量头的位置，且将此位置信息传送给主控计算机；所述主控计算机用于计算球心偏差。
[0007]进一步的，所述光学照明模块包括光源、毛玻璃和十字线靶标。
[0008]进一步的，所述分光镜为直角胶合棱镜，光电探测器的靶面位于分光镜的上侧，十字线靶标位于分光镜的右侧，且光电探测器的靶面到分光镜上表面的距离等于十字线靶标到分光镜右表面的距离。
[0009]进一步的，所述光学准直镜头组的位置可以调节。
[0010]进一步的，所述光学聚焦镜头组可以切换不同焦距的光学镜头。
[0011]进一步的，所述主控计算机计算球心偏差的过程是:
[0012]步骤一、球心偏差测量软件根据输入的被测镜头的各个镜面的曲率半径、镜面间隔和镜片折射率，计算被测镜头各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心像的位置和垂轴放大率β 2 ；
[0013]步骤二、球心偏差测量软件根据计算的被测镜面相对其上所有镜面成像之后的球心像的位置，给出光学准直镜头组的位置信息，或者给出光学聚焦镜头组的焦距信息以及调节直线位移机构的位置信息；
[0014]步骤三、球心 偏差测量软件根据直线位移传感器传送的光学准直透镜组的位置信息计算光学测量头的垂轴放大率β工，或者根据使用的光学聚焦镜头组的焦距计算光学测量头的垂轴放大率h ;
[0015]步骤四、球心偏差测量软件通过对得到的十字线图像信息进行处理，计算十字线图像圆心轨迹的直径S ;
[0016]步骤五、球心偏差测量软件再通过式计算镜面的球心线偏差α:
[0017]⑴
【权利要求】
1.光学镜头球心偏差测量装置，其特征在于，包括:光学照明模块(I)、分光镜⑵、光学准直镜头组(3)、光学聚焦镜头组(4)、光电探测器(5)、直线位移传感器(6)、机械调平台(7)、精密旋转台(8)、直线位移机构(9)和主控计算机(10)， 所述光学照明模块(I)、分光镜(2)、光学准直镜头组(3)、光学聚焦镜头组(4)、光电探测器(5)和直线位移传感器(6)构成光学测量头(11)； 所述光学聚焦镜头组(4)可拆卸，当光学聚焦镜头组(4)拆下时，光学照明模块(I)产生的十字线靶标光束依次经分光镜(2)和光学准直镜头组(3)聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经光学准直镜头组(3)和分光镜(2)聚焦到光电探测器(5)的靶面；当光学聚焦镜头组(4)安装时，光学照明模块(I)产生的十字线靶标光束依次经分光镜(2)、光学准直镜头组(3)和光学聚焦镜头组(4)聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经光学聚焦镜头组(4)、光学准直镜头组(3)和分光镜(2)聚焦到光电探测器(5)的靶面； 所述光电探测器(5)将反射回来的十字线靶标光束的光信号转换为电信号，形成十字线图像，并将十字线图像信息传输至主控计算机(10)； 所述直线位移传感器(6)用于测量光学准直镜头组(3)的不同位置，并将此位置信息传送给主控计算机(10)； 所述机械调平台(7)连接在精密旋转台(8)之上，用于调节被测光学镜头(10)的光轴与精密旋转台(8)的旋转轴线之间的位置关系； 所述精密旋转台(8)带动被测光学镜头(12)绕精密旋转台(8)的轴线旋转； 所述直线位移机构(9)带动光学测量头(11)作竖直方向的直线运动，并测量光学测量头(11)的位置，且将此位 置信息传送给主控计算机(10)； 所述主控计算机(10)用于计算球心偏差。
2.根据权利要求1所述的光学镜头球心偏差测量装置，其特征在于，所述光学照明模块(I)包括光源(101)、毛玻璃(102)和十字线靶标(103)。
3.根据权利要求2所述的光学镜头球心偏差测量装置，其特征在于，所述分光镜(2)为直角胶合棱镜，光电探测器(5)的靶面位于分光镜(2)的上侧，十字线靶标(103)位于分光镜(2)的右侧，且光电探测器(5)的靶面到分光镜(2)的上表面的距离等于十字线靶标(103)到分光镜(2)右表面的距离。
4.根据权利要求1所述的光学镜头球心偏差测量装置，其特征在于，所述光学准直镜头组(3)的位置可以调节。
5.根据权利要求1所述的光学镜头球心偏差测量装置，其特征在于，所述光学聚焦镜头组(4)可以切换不同焦距的光学镜头。
6.根据权利要求1所述的光学镜头球心偏差测量装置，其特征在于，所述主控计算机(10)计算球心偏差的过程是: 步骤一、球心偏差测量软件根据输入的被测镜头(12)的各个镜面的曲率半径、镜面间隔和镜片折射率，计算被测镜头(12)各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心像的位置和垂轴放大率β2 ； 步骤二、球心偏差测量软件根据计算的被测镜面相对其上所有镜面成像之后的球心像的位置，给出光学准直镜头组(3)的位置信息，或者给出光学聚焦镜头组(4)的焦距信息以及调节直线位移机构(9)的位置信息； 步骤三、球心偏差测量软件根据直线位移传感器(6)传送的光学准直透镜组(3)的位置信息计算光学测量头(11)的垂轴放大率P1，或者根据使用的光学聚焦镜头组(4)的焦距计算光学测量头(11)的垂轴放大率; 步骤四、球心偏差测量软件通过对得到的十字线图像信息进行处理，计算十字线图像圆心轨迹的直径S ； 步骤五、球心偏差测量软件再通过式(I)计算镜面的球心线偏差α:
【文档编号】G01B11/27GK103940377SQ201410115044
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】郭帮辉, 王健, 曲锋, 李也凡, 孙强 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所