专利名称：具有双聚焦透镜的光学定中仪及定中方法
技术领域：
本发明涉及一种具有双聚焦透镜的光学定中仪及定中方法。
背景技术：
随着光学仪器的功能增加和性能要求的不断提高、及光学零件和机械零部件加工精度的 日益提高，光学仪器的装配变得愈加重要，光学仪器的装配主要表现在镜片间的胶合和镜片 在壳体中的精密定位，这要求镜片间的光轴和镜筒基面轴有很好的匹配。光学定中仪是光学 系统的装配及透镜的胶合检测不可缺少的工具，现今的定中仪更是朝向数字化、高精度、快 速的方向发展。在定中仪操作中，对光学系统最后定型前必须进行验证，验证的目的是防止 次品元件进入装配、防止操作上的失误。验证的过程一般是根据被胶合镜片或被安装镜片的 第二面曲率进行定中验证，对传统的单导轨单物镜架定中系统就要求更换附加物镜并再聚集， 由于要对附加物镜参数进行复杂计算和物镜架再位移，采用手动的方式是很麻烦费时并带来 了不稳定因素，在胶合安装过程中如果要多次变换物镜几乎不可能。
因此，如何解决现有光学定中仪存在的缺点实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课
题
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有双聚焦透镜的光学定中仪，以实现被定中光学部件的快 速操作和验证。
本发明的另一目的在于具有双聚焦透镜的光学定中方法，以实现光学部件装配的的性价 比和成品率的提高。
为了达到上述目的，本发明提供的具有双聚焦透镜的光学定中仪包括用于装设待定中 光学部件并通过旋转来确定所述待定中光学部件的定中误差的空气轴承转台、设置有多个受
控电机及双导轨，用于装设与待定中光学部件匹配的至少两个会聚物镜，并由所述多个受控 电机控制所述至少两个会聚物镜分别在相应的导轨移动的双导轨物镜调节台、用于将光线反 射入所述至少两个会聚物镜的一个的反射镜、用于提供平行光线至所述反射镜的自准直仪、 用于摄取反射分划像的CCD电子目镜、及用于提供所述多个受控电机需要的电能的电源，其 中，所述待定中光学部件装设于所述透镜框时由所述自准直仪提供的平行光线经过所述反射镜及相应会聚物镜后到达所述待定中光学部件，并经过所述待定中光学部件反射后沿所述平 行光线入射来的路线原路返回进入所述自准直仪即形成所述反射分划像。
其中，所述具有双聚焦透镜的光学定中仪还包括分析平台，其与所述CCD电子目镜相连 接，用于分析所述待定中光学部件的参数以确定与所述待定中光学部件匹配的会聚物镜参数， 还用于控制相应受控电机使所述受控电机控制相应会聚物镜在对应导轨上的移动、以及所述 至少两个会聚物镜间的会聚切换，同时还用于对所述CCD电子目镜采集的图像进行分析以得 到反射分划像的运动情况，所述通过数码相机数据采集装置和软件分析系统监测从被安装镜 片表面反射回来的自准直仪十字划线像的运动情况，进而获得所述待定中光学部件的调整状 况，所述分析平台采用LabVIEW软件完成相应分析功能，所述多个受控电机包括移动步进电 机和切换电机。
再有，本发明的具有双聚焦透镜的光学定中方法包括步骤1)设定待定中的光学部件的 参数；2)根据所设定的参数确定与所述待定中的光学部件匹配的第一会聚物镜的参数；3) 根据所确定的会聚物镜的参数选择相应的第一会聚物镜，并将其装设在双导轨物镜调节台第 一轨道上，同时将所述待定中的光学部件装设在空气轴承工作台上，并使其中心轴和自准直 仪提供的平行光及空气轴承工作台的轴分别重合；4)分析平台控制受控电机使所述第一会聚 物镜在所述第一导轨上移动以实现经过反射镜反射至的所述平行光的自动聚焦；5)转动所述 空气轴承工作台时，CCD电子目镜采集在所述自准直仪中形成的相应分划像，其中，所述自准 直仪提供的平行光线经过反射镜及所述第一会聚物镜后到达所述待定中光学部件，并经过所 述待定中光学部件反射后沿所述平行光线入射来的路线原路返回进入所述自准直仪即会形成 相应分划像；6)分析平台分析所采集的各分划像以计算出所述待定中的光学部件的定中误差； 7)根据所述定中误差调节所述待定中的光学部件以减小所述定中误差；8)根据所述待定中 的光学部件其他表面的参数确定相应的第二会聚物镜，并将其装设在所述双导轨物镜调节台 第二轨道上，同时控制相应受控电机进行会聚物镜的切换使所述平行光进入所述第二会聚物 镜；9)分析平台控制相应受控电机使所述第二会聚物镜在所述第二导轨上移动以实现经过反 射镜反射至的所述平行光的自动聚焦，然后重复步骤5)及6)以验证所述待定中的光学部件 的其他表面定中误差是否符合要求。
综上所述，本发明的具有双聚焦透镜的光学定中仪及定中方法采用基于LabVIEW软件平 台控制下的双导轨双附加会聚物镜，并以空气轴承为工作平台，且具有自动信号采集分析系 统，如此既可以在保证高精度高灵敏度定中条件下实现被定中光学系统的快速操作和验证， 同时也提高了装配的性价比和成品率。
图1为本发明的具有双聚焦透镜的光学定中仪的基本架构示意图。
图2为本发明的具有双聚焦透镜的光学定中仪采用的LabVIEW软件操作流程示意图。
具体实施例方式
请参阅图l，本发明的具有双聚焦透镜的光学定中仪至少包括空气轴承转台、双导轨物 镜调节台、反射镜、自准直仪、CCD电子目镜、电源、及分析平台。
所述空气轴承转台用于装设待定中光学部件并通过旋转并通过旋转来确定所述待定中光 学部件的定中误差。
所述双导轨物镜调节台设置有多个受控电机及双导轨，用于装设与待定中光学部件匹配 的至少两个会聚物镜，并由所述多个受控电机控制所述至少两个会聚物镜分别在相应的导轨 移动，在本实施方式中，所述多个受控电机包括移动步进电机l、移动步进电机2、切换电机 l和切换电机2，须注意的是，所述移动步进电机l、移动步进电机2、切换电机l和切换电 机2分别设有控制电路，用于接收所述分析平台传送至的控制信号，由于本领域技术人员对 所述控制电路已经熟悉，在此不再予以赘述。
所述反射镜用于将光线反射入所述至少两个会聚物镜的一个。
所述自准直仪用于提供平行光线至所述反射镜。
所述CCD电子目镜用于摄取反射分划像，其中，所述待定中光学部件装设于所述透镜框 时由所述自准直仪提供的平行光线经过所述反射镜及相应会聚物镜后到达所述待定中光学部 件，并经过所述待定中光学部件反射后沿所述平行光线入射来的路线原路返回进入所述自准 直仪即形成所述反射分划像。
所述电源用于提供所述多个受控电机需要的电能，为简化图示，在图1中并将所述电源 予以显示。
所述分析平台与所述CCD电子目镜相连接，用于分析所述待定中光学部件的参数以确定 与所述待定中光学部件匹配的会聚物镜参数，还用于控制相应受控电机使所述受控电机控制 相应会聚物镜在对应导轨上的移动、以及所述至少两个会聚物镜间的会聚切换，同时还用于 对所述CCD电子目镜采集的图像进行分析以得到反射分划像的运动情况，所述通过数码相机 数据采集装置和软件分析系统监测从被安装镜片表面反射回来的自准直仪十字划线像的运动 情况，进而获得所述待定中光学部件的调整状况，在本实施方式中，所述分析平台采用LabVIEW软件完成相应分析功能，在LabVIEW软件程序主界面中，主要包括五个子对话框，具体操作 流程请参见图2:
1、 登陆(Login)对话框，即参数初始化注册界面，在该目录下，可以对参数的初始化重 新定义和更改，其包括对会聚透镜切换及参数设置、望远镜配置的设置、待定中的部件ID的 设置及操作者ID的设置，其中在对会聚透镜切换时，若操作者先要采用第一会聚透镜，则分 析平台需要判断此时采用的是否是第一会聚透镜，若不是，则返回重新进行透镜切换，若是 则完成会聚透镜切换及参数设置，还有，操作者设置了 ID后，分析平台需要判断操作者ID 是否正确，若不正确则需要重新输入操作者ID，若正确则完成操作者ID的设置，当参数初始 化完成后即进入参数设定界面(即Configure对话框)
2、 参数配置(Configure)对话框，在所述Configure对话框中完成指定CCD电子目镜的 配置、调整CCD电子目镜参数设置。根据需要，对CCD电子目镜的视场大小进行控制，由 亮暗程度，调整CCD电子目镜的曝光时间和曝光量，选定恰当值，判断成像是否清晰，若成 像清晰即完成CCD电子目镜的参数设定，否则重新设定恰当值，然后输入自准直仪焦距和分 划刻度信息，再进入校准和检测对话框(即Aligning and Test对话框)；
3、 校准和检测(Aligning and Test)对话框，计算附加物镜参数，在校准窗口中，通 过修改调整校准参数X， Y的坐标值，来获得理想的十字划线像的位置；在测试窗口中，通 过修改圆环的数值来改变十字划线的间距。当两项设置都好的情况下，校准与检测对话框的 结果确认键会显示激活状态，此时即可进行测量，否则需要重新调整检测对话框的参数设置， 直到满足要求，当校准和检测完毕，还需要判断是否需要重新对参数进行初始化，若是则返 回Login对话框，否则进入测量阶段(即Measruing对话框)。
4、 测量(Measruing)对话框，利用空气轴承控制器，转换空气轴承的转动速度，将该参 数输入该对话框中对应位置，并设定每圈的处理点数，运行该对话框，即可获得当前被测量 透镜的定中误差(偏心和倾斜)和所测数据的标准偏差。根据数据分析结果，看是否满足要 求，若不满足要求，则调试待定中的部件位置，直到满足为止，当满足要求后，则对测量数 据进行保存。
结果保存后，还需要确定是否还要重新进行验证，即是否需要采用第二会聚透镜或第一 会聚透镜重新测量，若需要对第一会聚透镜进行再次验证，若是则返回参数配置(Configure) 对话框，否则判断是否需要采用第二会聚透镜进行测量，若是则返回登陆(Login)对话框进 行会聚透镜参数的设置，否则推出程序。本发明的具有双聚焦透镜的光学定中方法主要包括步骤-
第一步设定待定中的光学部件的参数，即将待定中的光学部件，如镜片各面的曲率半径， 折射率和间隔，测量单位、允许误差值等，输入到所述分析平台。
第二步所述分析平台根据所设定的参数确定与所述待定中的光学部件匹配的第一会聚物镜 的参数，确定所述第一会聚物镜的参数的方法已为本领域技术人员所知悉，在此不再详述。 第三步根据所确定的会聚物镜的参数选择相应的第一会聚物镜，并将其装设在双导轨物镜 调节台第一轨道上，同时将所述待定中的光学部件装设在空气轴承工作台上，并使其中心轴 和自准直仪提供的平行光及空气轴承工作台的轴分别重合。
第四步分析平台控制受控电机使所述第一会聚物镜在所述第一导轨上移动以实现经过反射 镜反射至的所述平行光的自动聚焦。
第五步转动所述空气轴承工作台时，CCD电子目镜采集在所述自准直仪中形成的相应分划像， 其中，所述自准直仪提供的平行光线经过反射镜及所述第一会聚物镜后到达所述待定中光学 部件，并经过所述待定中光学部件反射后沿所述平行光线入射来的路线原路返回进入所述自 准直仪即会形成相应分划像，在本实施方式中，由分析平台的信号采集分析系统软件(Lens Centering LabView VI)对镜片进行定中操作，即在空气轴承工作台转动过程中监测从所述待 定中的镜片表面反射回来的自准直仪十字划线的像的运动情况，CCD电子目镜将十字划线像 送入到分析平台的LabV正W的图像处理和分析界面中，测量图由十字线和表示误差大小的同 心圆环组成，测量内部子程序检测到自准直望远镜十字划线像的中心，调整边缘探测参数， 直到十字划线的像被成功探测。
第六步分析平台分析所采集的各分划像以计算出所述待定中的光学部件的定中误差，即分 析平台根据十字分划像中心的转动直径，自动计算镜片定中残余误差和其标准偏差。
第七步根据所述定中误差调节所述待定中的光学部件以减小所述定中误差，即操作人员根 据误差和相应的夹具调节被安装镜片位置，直到满足标准偏差，可以文本形式保存所述测量 结果。
第八步根据所述待定中的光学部件其他表面的参数确定相应的第二会聚物镜，并将其装设
在所述双导轨物镜调节台第二轨道上，同时控制相应受控电机进行会聚物镜的切换使所述平 行光进入所述第二会聚物镜。
第九步分析平台控制相应受控电机使所述第二会聚物镜在所述第二导轨上移动以实现经过反射镜反射至的所述平行光的自动聚焦，然后重复步骤5)及6)以验证所述待定中的光学部 件的其他表面定中误差是否符合要求，即移动所述第二会聚物镜实现对所述待定中的光学部 件其他表面(例如下表面)的平行光原路反射调节，出现清晰的十字分划像后，转动空气轴 承工作台，根据十字分划中心的转动直径可以验证被装配部件的其他光学表面是否满足指标 要求。
此外，上述操作流程仅例示性说明本发明的具有双聚焦透镜的光学定中方法的操作过程， 但并非用于限制本发明，例如，本领域技术人员也可根据实际需要将所述第八步及第九步穿 插于第五步及第六步中进行，再有，本发明的具有双聚焦透镜的光学定中方法可应用于镜片 和镜片间的定位胶合，还可用于镜片和镜筒间的定位装配，也可用于多个镜片与镜筒的组合 装配。
综上所述，本发明的具有双聚焦透镜的光学定中仪及定中方法利用LabView软件平台强 大的实时数据采集功能和测量分析功能，依靠其直观的图形化编程语言方式，对自准直仪的 反射像进行了采集分析，实时监视检测装配中各镜片面与面或镜片与镜框的位置状态，快速 方便获得高精度、直观而量化可控的定中精度。此外，其应用于双胶合透镜，或镜片和镜筒 的装配时，包括验证，整个操作速度提高3倍，定中精度提高一个量级，可达f!/f^larcsec(其 中，f1:自准直仪焦距，f2:会聚物镜的焦距)。
权利要求
1.一种具有双聚焦透镜的光学定中仪，其特征在于包括空气轴承转台，用于装设待定中光学部件并通过旋转来确定所述待定中光学部件的定中误差；双导轨物镜调节台，设置有多个受控电机及双导轨，用于装设与待定中光学部件匹配的至少两个会聚物镜，并由所述多个受控电机控制所述至少两个会聚物镜分别在相应的导轨移动；反射镜，用于将光线反射入所述至少两个会聚物镜的一个；自准直仪，用于提供平行光线至所述反射镜；CCD电子目镜，用于摄取反射分划像，其中，所述待定中光学部件装设于所述透镜框时由所述自准直仪提供的平行光线经过所述反射镜及相应会聚物镜后到达所述待定中光学部件，并经过所述待定中光学部件反射后沿所述平行光线入射来的路线原路返回进入所述自准直仪即形成所述反射分划像；电源，用于提供所述多个受控电机需要的电能。
2. 如权利要求1所述的具有双聚焦透镜的光学定中仪，其特征在于还包括分析平台，与 所述CCD电子目镜相连接，用于分析所述待定中光学部件的参数以确定与所述待定中 光学部件匹配的会聚物镜参数，还用于控制相应受控电机使所述受控电机控制相应会 聚物镜在对应导轨上的移动、以及所述至少两个会聚物镜间的会聚切换，同时还用于 对所述CCD电子目镜采集的图像进行分析以得到反射分划像的运动情况，所述通过数 码相机数据采集装置和软件分析系统监测从被安装镜片表面反射回来的自准直仪十 字划线像的运动情况，进而获得所述待定中光学部件的调整状况。
3. 如权利要求2所述的所述的具有双聚焦透镜的光学定中仪，其特征在于所述分析平 台采用LabVIEW软件完成相应分析功能。
4. 如权利要求1所述的具有双聚焦透镜的光学定中仪，其特征在于所述多个受控电机 包括移动步进电机和切换电机。
5. —种具有双聚焦透镜的光学定中方法，其特征在于包括步骤1) 设定待定中的光学部件的参数；2) 根据所设定的参数确定与所述待定中的光学部件匹配的第一会聚物镜的参数；3) 根据所确定的会聚物镜的参数选择相应的第一会聚物镜，并将其装设在双导轨物 镜调节台第一轨道上，同时将所述待定中的光学部件装设在空气轴承工作台上， 并使其中心轴和自准直仪提供的平行光及空气轴承工作台的轴分别重合；4) 分析平台控制受控电机使所述第一会聚物镜在所述第一导轨上移动以实现经过反 射镜反射至的所述平行光的自动聚焦；5) 转动所述空气轴承工作台时，CCD电子目镜采集在所述自准直仪中形成的相应分 划像，其中，所述自准直仪提供的平行光线经过反射镜及所述第一会聚物镜后到 达所述待定中光学部件，并经过所述待定中光学部件反射后沿所述平行光线入射 来的路线原路返回进入所述自准直仪即会形成相应分划像；6) 分析平台分析所采集的各分划像以计算出所述待定中的光学部件的定中误差；7) 根据所述定中误差调节所述待定中的光学部件以减小所述定中误差；8) 根据所述待定中的光学部件其他表面的参数确定相应的第二会聚物镜，并将其装 设在所述双导轨物镜调节台第二轨道上，同时控制相应受控电机进行会聚物镜的 切换使所述平行光进入所述第二会聚物镜；9) 分析平台控制相应受控电机使所述第二会聚物镜在所述第二导轨上移动以实现经 过反射镜反射至的所述平行光的自动聚焦，然后重复步骤5)及6)以验证所述待 定中的光学部件的其他表面定中误差是否符合要求。
全文摘要
一种具有双聚焦透镜的光学定中仪及定中方法，首先根据待胶合或安装的光学部件的参数的输入，通过LabVIEW分析平台自动生成双附加会聚物镜参数，由此选择相应的会聚物镜并分别装设在由移动步进电机控制的双导轨上，再对各会聚物镜进行定位聚焦并且根据需要通过两个切换电机进行会聚物镜的切换，然后通过CCD电子目镜和分析平台监测从待安装镜片表面反射回的自准直仪十字划线像的运动情况，并采用动态图像处理算法对像的运动区域进行精确划分并根据成像几何关系转化为被测量的变化情况。本发明本质上即是传统仪器发展的另一个方向——虚拟仪器，其具有功能强，精度高，测量速度快，自动化程度高和良好的人机界面，尤其具有高度的灵活性。
文档编号G01M11/00GK101285939SQ200710039270
公开日2008年10月15日 申请日期2007年4月9日 优先权日2007年4月9日
发明者敏 徐 申请人:上海远超微纳技术有限公司