CN103345072B

CN103345072B - 中孔透镜光学光轴定位系统

Info

Publication number: CN103345072B
Application number: CN201310263127.8A
Authority: CN
Inventors: 付兴; 屈桂花; 郑翔柯; 耿波; 李宁
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: CN103345072A

Abstract

本发明涉及中孔透镜光学光轴定位系统及方法，系统结构为姿态调整工装设置在旋转车床主轴上，镜框设置在姿态调整工装的一端，中孔透镜设置在镜框内，中孔透镜的B面球心朝向第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜，第一内调焦望远镜发出的光经过中孔透镜的A面球心，第二内调焦望远镜发出的光经过中孔透镜的B面球心，并且第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜所发出的光均要求尽可能多的覆盖中孔透镜的实体处，第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜均偏离A面球心和B面球心所在的轴线；本发明针对现有中孔透镜光轴确定方法空白的技术问题，本发明完全采用光学非接触式测量方式，保证光轴与旋转车床主轴的重合精度。

Description

中孔透镜光学光轴定位系统

技术领域

本发明属于光学定心领域，具体涉及一种中孔透镜光学光轴定位系统。

背景技术

透镜作为一种光学元器件，在军事、天文、地理、航天等各个方面发挥着举足轻重的作用。随着发展，中孔透镜也被越来越多的重视，但是现有技术中没有一种能够精准确定的中孔透镜光轴的方法。

透镜有中孔尺寸较大的情况下，由于内调焦望远镜调焦范围的限制，视场角不能覆盖到透镜表面，即内调焦望远镜分划板发光十字丝光线从透镜中孔透过，无法在透镜表面形成反射自准直球心像，如图1所示的状态下是无法确定出中孔透镜的光轴。于是人们认为中孔透镜的光轴是无法确定的。

发明内容

针对现有中孔透镜光轴确定方法空白的技术问题，本发明提供一种中孔透镜光学光轴定位系统。

本发明的技术解决方案为：

中孔透镜光学光轴定位系统，其特殊之处在于：包括旋转车床主轴、姿态控制工装、镜框、第一内调焦望远镜、第一CCD相机、第二内调焦望远镜、第二CCD相机以及PC机，

所述姿态调整工装设置在旋转车床主轴上，所述镜框设置在姿态调整工装的一端，中孔透镜设置在镜框内，所述中孔透镜的B面球心朝向第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜，

所述第一内调焦望远镜发出的光经过中孔透镜的A面球心，所述第二内调焦望远镜发出的光经过中孔透镜的B面球心，并且第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜所发出的光均要求尽可能多的覆盖中孔透镜的实体处，所述第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜均偏离中孔透镜的A面球心和中孔透镜的B面球心所在的轴线；

所述第一内调焦望远镜与第一CCD相机连接，所述第二内调焦望远镜与第二CCD相机连接，所述第一CCD相机接收第一内调焦望远镜观察到的像点，所述第二CCD相机接收第二内调焦望远镜观察到的像点，所述第一CCD相机、第二CCD相机的另一端均与PC机连接。

基于中孔透镜光学光轴定位系统的定位方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】寻找中孔透镜B面的球心自准直像点：

将第二内调焦望远镜调焦到中孔透镜的B面球心位置，成在第二内调焦望远镜上的像点即为中孔透镜的B面球心自准直像点；

2】寻找中孔透镜A面的球心自准直像点：

2.1】将第一内调焦望远镜调焦到中孔透镜的A面球心位置，中孔透镜的A面球心位置为：

当中孔透镜为平凸透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = R_{2} \frac{1}{1 - N}

当中孔透镜为平凹透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = R_{2} \frac{1}{1 - N}

当中孔透镜为双凸透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

当中孔透镜为双凹透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

当中孔透镜为正弯月透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

当中孔透镜为负弯月透镜，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

其中：R₁为中孔透镜的A面的曲率半径，R₂为中孔透镜的B面的曲率半径，N为中孔透镜材料折射率，d为中孔透镜中心厚度；

2.2】此时成在内调焦望远镜上的像点即为透镜B面的球心自准直像点；

3】将步骤1】、步骤2】找到的两个像点分别通过第一CCD相机、第二CCD相机显示在PC机上；

4】调整姿态控制工装，并观察PC机上的两个像点，直至中孔透镜A面的球心自准直像点和B面的球心自准直像点的运动轨迹由划大圆逐渐变为划小圆甚至接近静止不动，此时中孔透镜的光轴与旋转车床主轴重合。

本发明所具有的优点：

1、本发明的中孔透镜光轴定轴系统，结构简单，定心精度高。

2、本发明完全采用光学非接触式测量方式，寻找透镜A面的球心自准直像点和B面的球心自准直像点，通过调整姿态控制工装改变透镜的空间姿态，控制两像点在内调焦望远镜内的跳动量，保证光轴与旋转车床主轴的重合精度。

3、本发明解决了本领域技术人员认为无法确定中孔透镜光轴的技术偏见，为的中孔透镜的再装配奠定基础。

附图说明

图1为现有技术中透镜光学光轴的定位系统；

图2为本发明的中孔透镜光学光轴定位系统的结构示意图；

其中附图标记为：1-旋转车床主轴，2-姿态控制工装，31-第一内调焦望远镜，32-第二内调焦望远镜，41-第一CCD相机，42-第二CCD相机，5-PC机，6-中孔透镜，7-镜框，8-A面球心，9-B面球心。

具体实施方式

如图2所示，中孔透镜光学光轴定位系统，包括旋转车床主轴1、姿态控制工装2、镜框7、第一内调焦望远镜31、第一CCD相机41、第二内调焦望远镜32、第二CCD相机42以及PC机5，姿态调整工装设置在旋转车床主轴上，框设置在姿态调整工装的一端，中孔透镜6设置在镜框7内，中孔透镜6的B面球心9朝向第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜，

第一内调焦望远镜发出的光经过中孔透镜的A面球心8，第二内调焦望远镜发出的光经过中孔透镜的B面球心，并且第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜所发出的光均要求尽可能多的覆盖中孔透镜的实体处，第一内调焦望远镜和第二内调焦望远镜均偏离A面球心和B面球心所在的轴线；

第一内调焦望远镜与第一CCD相机连接，第二内调焦望远镜与第二CCD相机连接，第一CCD相机接收第一内调焦望远镜观察到的像点，第二CCD相机接收第二内调焦望远镜观察到的像点，第一CCD相机、第二CCD相机的另一端均与PC机连接。

将两个内调焦望远镜偏轴使用，分别找到中孔透镜两光学表面(A面和B面)的球心自准直像，调整姿态控制工装的水平和俯仰姿态，控制两像点的晃动量，使两像点不晃动，即可确定中孔透镜的光轴。(其光轴和旋转车床主轴的回转中心重合)。通过车削结构件相关部位，保证其与中孔透镜光轴的同心度与垂直度。

1】寻找中孔透镜B面的球心自准直像点：

2】寻找中孔透镜A面的球心自准直像点：

2.1】将第一内调焦望远镜调焦到中孔透镜的A面的球心位置，中孔透镜的A面球心位置为：

当中孔透镜为平凸透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = R_{2} \frac{1}{1 - N}

当中孔透镜为平凹透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = R_{2} \frac{1}{1 - N}

当中孔透镜为双凸透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

当中孔透镜为双凹透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

当中孔透镜为正弯月透镜时，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

当中孔透镜为负弯月透镜，中孔透镜的A面球心位置L为：

L = \frac{R_{2} (R_{1} - d)}{{NR}_{2} + (1 - N) (R_{1} - d)}

其中：R₁为中孔透镜A面(背向定心仪的球面)的曲率半径，R₂为中孔透镜B面(朝向定心仪的球面)的曲率半径，N为中孔透镜材料折射率，d为中孔透镜中心厚度；

2.2】此时成在内调焦望远镜上的像点即为中孔透镜B面的球心自准直像点；

球面透镜可分为平凸透镜、平凹透镜、双凸透镜、双凹透镜、正弯月透镜、负弯月透镜，任何一种透镜都可以进行光学定心加工。球面透镜有两个球面，一个面朝向内调焦望远镜，另一个面背向内调焦望远镜。朝向定心仪的球面球心像的位置不需要计算，其位置就是此球面的曲率半径，而背向定心仪的球面球心像因光线的折射需要计算球心像的位置。针对不同类型的球面透镜，需要应用不同的计算公式。

Claims

1.中孔透镜光学光轴定位系统，其特征在于：包括旋转车床主轴、姿态调整工装、镜框、第一内调焦望远镜、第一CCD相机、第二内调焦望远镜、第二CCD相机以及PC机，

所述第一内调焦望远镜与第一CCD相机连接，所述第二内调焦望远镜与第二CCD相机连接，所述第一CCD相机接收第一内调焦望远镜观察到的像点，所述第二CCD相机接收第二内调焦望远镜观察到的像点，所述第一CCD相机的另一端和第二CCD相机的另一端均与PC机连接。