CN103345073A - 单透镜光学光轴定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单透镜光学光轴定位装置及方法，包括旋转车床主轴、姿态控制工装、镜框、内调焦望远镜、CCD相机以及PC机，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，内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且与CCD相机连接；CCD相机接收内调焦望远镜观察到的像点，所述CCD相机的另一端与PC机连接，透镜固定在镜框内，透镜的B面朝向内调焦望远镜。本发明针对现有透镜光轴确定方法空白的技术问题，本发明的透镜光学光轴定轴系统，结构简单，定心精度高。

Description

单透镜光学光轴定位装置及方法

技术领域

本发明属于光学定心领域，具体涉及一种单透镜光学光轴定位装置及方法。 

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。 

确定透镜的光轴，在透镜的使用中非常重要。但是现有技术中没有一种能够精准确定的透镜光轴的方法，影响透镜的使用精度。 

发明内容

针对现有透镜光轴确定方法空白的技术问题，本发明提供一种单透镜光学光轴定位装置及方法。 

本发明的技术解决方案： 

单透镜光学光轴定位装置，其特殊之处在于：包括旋转车床主轴、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旋转车床主轴上，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，且与CCD相机连接；所述CCD相机接收内调焦望远镜观察到的像点，所述CCD相机的另一端与PC机连接，透镜固定在镜框内，所述透镜的B面朝向内调焦望远镜。 

基于单透镜光轴定位装置的定位方法，其特殊之处在于：包括以下步骤： 

1】寻找透镜B面的球心自准直像点： 

将内调焦望远镜调焦到透镜B面的球心位置，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； 

2】将找到的像点通过CCD相机显示在PC机上；调整姿态控制工装，并观察PC机上的透镜B面的球心自准直像点，直至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； 

3】寻找透镜A面的球心自准直像点： 

3.1】将内调焦望远镜调焦到透镜的A面的球心位置，透镜A面的球心位置 为： 

当透镜为平凸透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=R_2\frac{1}{1-N}$

当透镜为平凹透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=R_2\frac{1}{1-N}$

当透镜为双凸透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

当透镜为双凹透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

当透镜为正弯月透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

当透镜为负弯月透镜，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

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

3.2】此时成在内调焦望远镜上的像点即为透镜A面的球心自准直像点； 

4】将找到的像点通过CCD相机显示在PC机上；调整姿态控制工装，并观察PC机上的两个像点，直至透镜A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； 

5】重复步骤1-4】，直至透镜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、本发明的透镜光学光轴定轴系统，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，通过反复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、本发明为透镜的再装配奠定了基础。 

附图说明

图1为本发明的角锥棱镜立式光学定轴系统的结构示意图； 

其中附图标记为：1-旋转车床主轴，2-姿态控制工装，3-内调焦望远镜，4-CCD相机，5-PC机，6-透镜，7-镜框，8-A面球心，9-B面球心。 

具体实施方式

如图1所示，单透镜光学光轴定位装置，包括旋转车床主轴1、姿态控制工装2、镜框7、内调焦望远镜3、CCD相机4以及PC机5，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，内调焦望远镜位于镜框的出射窗口的正前方，且与CCD相机连接；CCD相机接收内调焦望远镜观察到的像点，所述CCD相机的另一端与PC机连接，透镜固定在镜框内，透镜的B面朝向内调焦望远镜。 

通过内调焦望远镜寻找单透镜两个球面的球心自准直像，要求旋转车床主轴并调整姿态控制工装，使两球心像均不晃动，此时单透镜光轴已经确定，即其光轴和车床主轴中心重合。车削结构件相关部位，保证其与透镜光轴的同心度与垂直度。 

具体步骤： 

1】将内调焦望远镜调焦到透镜B面球心位置，需找透镜B面的球心自准直像点； 

2】将内调焦望远镜调焦到透镜A面球心位置，需找透镜A面的球心自准直像点； 

3】通过调整工装的水平和俯仰姿态，控制透镜A、B面球心像的晃动量，使两像点不晃动； 

4】此时透镜的光轴已经可以确定，即其光轴和高精度回转轴的回转中心重合。 

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。 

球心像计算公式： 

当透镜为平凸透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=R_2\frac{1}{1-N}$

当透镜为平凹透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=R_2\frac{1}{1-N}$

当透镜为双凸透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

当透镜为双凹透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

当透镜为正弯月透镜时，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

当透镜为负弯月透镜，A面的球心位置L为： 

$L=\frac{R_2(R_1-d)}{{\mathrm{NR}}_2+(1-N)(R_1-d)}$

其中：R₁为透镜A面的曲率半径，R₂为透镜B面的曲率半径，N为透镜材料折射率，d为透镜中心厚度。 

Claims (2)

1.单透镜光学光轴定位装置，其特征在于：包括旋转车床主轴、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旋转车床主轴上，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，且与CCD相机连接；所述CCD相机接收内调焦望远镜观察到的像点，所述CCD相机的另一端与PC机连接，透镜固定在镜框内，所述透镜的B面朝向内调焦望远镜。 

2.基于权利要求1所述的单透镜光学光轴定位装置的定位方法，其特征在于：包括以下步骤： 

1】寻找透镜B面的球心自准直像点： 

将内调焦望远镜调焦到透镜B面的球心位置，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； 

2】将找到的像点通过CCD相机显示在PC机上；调整姿态控制工装，并观察PC机上的透镜B面的球心自准直像点，直至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； 

3】寻找透镜A面的球心自准直像点： 

3.1】将内调焦望远镜调焦到透镜的A面的球心位置，透镜A面的球心位置为： 

当透镜为平凸透镜时，A面的球心位置L为： 

当透镜为平凹透镜时，A面的球心位置L为： 

当透镜为双凸透镜时，A面的球心位置L为： 

当透镜为双凹透镜时，A面的球心位置L为： 

当透镜为正弯月透镜时，A面的球心位置L为： 

当透镜为负弯月透镜，A面的球心位置L为： 

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

3.2】此时成在内调焦望远镜上的像点即为透镜A面的球心自准直像点； 

4】将找到的像点通过CCD相机显示在PC机上；调整姿态控制工装，并观察PC机上的两个像点，直至透镜A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； 

5】重复步骤1-4】，直至透镜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，此时透镜的光轴与旋转车床主轴重合。 

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