CN110779686A - 一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法 - Google Patents

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周广亮
韩雪峰
梁雪驰
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王鹏
葛春晓
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Abstract

本发明提供一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，使用光学测量方式实时检测共轴光学镜头各镜组中心偏、厚度及光学间隔。本发明通过采用光学测量的方式，测量共轴光学镜头多镜组的中心偏及光学间隔，实现在调装过程中精确调装每一镜组的位置及角度，实现了多镜组精密调装。

Description

一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法
技术领域
本发明属于光学镜头精密装调测量技术领域，具体涉及一种共轴光学镜头的镜组中心偏及光学间隔的实时调装方法。
背景技术
随着光电系统综合技术的不断发展，高精度光学镜头需求及应用越来越广，为保证光学镜头能够准确地捕获目标，对光学镜头的装调精度提出了更高的技术指标要求。
光学镜头精度主要由光学元件、结构件加工精度以及装配精度决定。光学元件、结构件精度一般取决于光加及机加精度，主观影响较小。而光学系统透镜中心偏及光学间隔的精度要求需要光机装调环节保证，既要确保光学间隔符合要求，又须同时确保单透镜组的中心偏指标要求，其装配质量的好坏对光学系统的成像质量产生很大影响。如果装配方法不当，很难达到高精度的要求。因此透镜中心偏及光学间隔是光机系统装调过程中需严格控制的因素。
之前共轴光学镜头的多镜组组装时，光学镜组的中心偏无法实时监控测量，造成镜片与镜筒的同轴度误差，组装偏心较大，多镜组间光轴一致性无法保证；镜组间的光学间隔测量是经设计工装及测高仪进行接触式测量调装，然后再组装光学镜头，精度低。这种共轴光学镜头多镜组组装方式一方面由同轴度和配合状态共同决定各镜片光轴的对准状态，具有一定的局限性，另一方面镜组中心偏及光学间隔无法同时测量调装，组装的共轴光学镜头很难达到高精度质量要求。
对于星敏镜头而言，如果没有高精度的装调手段，在光学系统中无法达到应有效果，使得航天机载光电设备不能正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速有效，能同时实现共轴光学镜头多镜组的中心偏及光学间隔测量精密调装方法。
本发明技术方案提供一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，使用光学测量方式实时检测共轴光学镜头各镜组中心偏、厚度及光学间隔。
优选的，所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法包括以下步骤：
步骤1、通过上光路光管建立透镜中心偏光路调试基准；
步骤2、对光学间隔测量传感器安装并调试，完成下光路光管校准；
步骤3、进行共轴光学镜头镜组中心偏及光学间隔测量；
步骤4、根据设计理论数据，修磨隔圈垫片尺寸并固化；
步骤5、对装配的每个镜组依次重复步骤3、步骤4，完成共轴光学镜头整机装调。
优选的，所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，所述步骤3具体包括：
步骤3.1测量镜组中心偏；
步骤3.2进行光学间隔测量。
优选的，所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，所述步骤3.2具体包括：根据共焦法原理，下光路光管对光机镜组进行检测计算；从光源发出的探测光经光学系统聚焦到被测透镜上，被测透镜置于测量范围内，光在透镜表面发生反射，反射的光通过光学系统会聚到光纤探头。反射回来的光通过光纤传输给光谱仪，进行光谱分析及数据处理后得到被测光机镜透的镜组1厚度δ1、镜组2厚度δ2，及两镜组间的光学间隔δ3。
优选的，所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，所述步骤4具体包括修磨隔圈垫片尺，使得光学间隔δ3达到要求数值范围内，同时保证镜组的中心偏均达到理论数值要求范围以内，之后固化。
优选的，所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，装调第一个镜组时，执行步骤3.1测量镜组中心偏后直接进入步骤4进行固化。
本发明通过采用光学测量的方式，测量共轴光学镜头多镜组的中心偏及光学间隔，实现在调装过程中精确调装每一镜组的位置及角度，实现了多镜组精密调装。
附图说明
图1本发明方法的调装测量方案示意图；
图2本发明方法中一个共轴光学镜头实施例示意图。
具体实施方式
对于图1所示的共轴光学镜头中心偏及光学间隔调装测量结构示意图，序号1为内调焦光管、序号2为共轴光学镜头、序号3为二维转台、序号4为光学间隔测量设备、序号5为五维调整台。
对于图2所示的共轴光学镜头实施例示意图，序号1为镜组1、序号2为镜组2、序号3为镜组3、序号4为镜组4、序号5为压圈、序号6为密封垫圈、序号7为镜组3隔圈、序号8为镜组2隔圈、序号9为镜组1隔圈、序号10为镜框。
实施例在本发明中的调装测量方法如下：
1)镜组中心偏光路调试基准建立：如图2所示，将共轴光学镜头2的镜框安装在二维转台3上，使用一个带十字刻线的分划板放置在镜框内基准安装面，通过上光路内调焦光管1找到分划板的分化像和自准像，通过二维转台的平移与倾斜旋钮进行调节，使十字分化像的划圆量小于0.003mm，分划板的自准像划圆量小于5秒，进而完成上光路光管中心偏光路调试，建立镜组调装基准。
2)光学间隔测量设备安装及调试：①将五维调整支架平台5、测量设备4从下至上依次安装固定。②打开光学间隔测量设备4的激光寻像器，通过五维调整支架平台5的倾斜及平移旋钮旋钮，调整测量设备传感器的角度及位置，寻像器的红色光斑聚焦到分划板十字刻线的交叉点，且反射光沿原光路返回。③寻像器红光始终聚焦在分划板十字线交叉点，且激光能量接收变化量在百分之十以上，从而完成下光路光学间隔测量仪光路调试。
3)共轴光学镜头各镜组中心偏调装测量：将光学镜组1放置在建好基准的共轴光学镜头的镜框内，根据应用光学成像原理，由上光路光管找到镜组1的上表面球心像，记录工作距离及附加物镜数值。通过镜组1的上、下表面曲率半径、透镜厚度及材料折射率，计算透镜下表面球心像位置，使用上光管分别对上、下两表面球心像中心偏进行测量，经镜框顶丝孔对镜组1进行平移及倾斜调整，使其中心偏在0.003mm以内，使用硅橡胶紧固固化。
4)镜组1中心偏调装完成后，依照上述操作步骤3的装调方法，对光学镜组2的中心偏进行装调。完成调装后，先不使用硅橡胶固定，进行下一步光学间隔测量。
5)共轴光学镜头各镜组间的光学间隔测量：镜组1、镜组2装调完成后，根据共焦法原理，下光路光管对光机镜组进行检测计算。从光源发出的探测光经光学系统聚焦到被测透镜上，被测透镜置于测量范围内，光在透镜表面发生反射，反射的光通过光学系统会聚到光纤探头。反射回来的光通过光纤传输给光谱仪，进行光谱分析及数据处理后得到被测光机镜透的镜组1厚度δ1、镜组2厚度δ2，及两镜组间的光学间隔δ3。
6)根据设计理论数据，修磨隔圈垫片尺寸，重复上述操作步骤3、4，使得光学间隔δ3达到设计指标要求厚度，同时，保证镜组1、镜组2透镜组的中心偏均达到0.003mm以内。
7)共轴光学镜头的其余镜组3及镜组4的安装方式按照既定镜头组装顺序依次进行调装测量，使得镜组3厚度δ4、镜组4厚度δ5、镜组2与镜组3光学间隔δ6、镜组3与镜组4光学间隔δ7达到设计指标要求厚度，且镜组3、镜组4的中心偏均达到0.003mm以内，完成共轴光学系统镜头整机装调。

Claims (6)

1.一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，使用光学测量方式实时检测共轴光学镜头各镜组中心偏、厚度及光学间隔。
2.根据权利要求1所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过上光路光管建立透镜中心偏光路调试基准；
步骤2、对光学间隔测量传感器安装并调试，完成下光路光管校准；
步骤3、进行共轴光学镜头镜组中心偏及光学间隔测量；
步骤4、根据设计理论数据，修磨隔圈垫片尺寸并固化；
步骤5、对装配的每个镜组依次重复步骤3、步骤4，完成共轴光学镜头整机装调。
3.根据权利要求2所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1测量镜组中心偏；
步骤3.2进行光学间隔测量。
4.根据权利要求3所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，所述步骤3.2具体包括：根据共焦法原理，下光路光管对光机镜组进行检测计算；从光源发出的探测光经光学系统聚焦到被测透镜上，被测透镜置于测量范围内，光在透镜表面发生反射，反射的光通过光学系统会聚到光纤探头。反射回来的光通过光纤传输给光谱仪，进行光谱分析及数据处理后得到被测光机镜透的镜组1厚度δ1、镜组2厚度δ2，及两镜组间的光学间隔δ3。
5.根据权利要求4所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，所述步骤4具体包括修磨隔圈垫片尺，使得光学间隔δ3达到要求数值范围内，同时保证镜组的中心偏均达到理论数值要求范围以内，之后固化。
6.根据权利要求4所述的一种共轴光学镜头的非接触式实时精密调装方法，其特征在于，装调第一个镜组时，执行步骤3.1测量镜组中心偏后直接进入步骤4进行固化。
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