CN112198615B - 一种多透镜定心装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组、隔圈机构；透镜组包括多片透镜；弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；待装入的隔圈机构的外径小于其前后的透镜的直径；多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，相邻的透镜之间采用隔圈机构彼此间隔，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合。通过使用特别构造的弹性干涉环，使透镜与弹性干涉环干涉配合安装，实现多透镜定心安装。弹性干涉环对加工精度要求低，在保证透镜的加工精度后，不需要再考虑透镜的安装公差，也不需要反复调试修改安装镜筒，透镜装入弹性干涉环中即可实现定心安装。

Description

一种多透镜定心装置及方法

技术领域

本发明属于高成像质量光学透镜精密装配领域，具体涉及一种多透镜定心装置及方法。

背景技术

光学系统是一种应用广泛的高精密系统，通常由多块透镜组成。对于一般的光学系统，为了保证成像质量，通常对各个透镜光轴的同轴度有非常高的要求，需要实现多透镜的定心安装。

申请号为：CN201910809007.0的中国发明专利公开文件，公开了一种镜头高精度成像的方法，该方法使用定心磨边后的透镜，配合装入镜筒中，在镜筒上开顶偏芯工艺螺纹孔与注胶孔，安装透镜后使用平头顶丝顶紧，且用胶水固定透镜，以此达到透镜安装后定心的效果。

使用这种方法，透镜与镜筒之间为间隙配合，想要实现定心安装，对镜筒与透镜的加工精度要求很高，需要保证每个平头顶丝预紧力相同且每个平头顶丝精度相同，且平头顶丝通过螺纹孔固定，存在间隙，透镜受力点不在同一平面，难以保证装入后透镜在镜筒中的径向位置，透镜的定心安装十分困难，且当透镜数量增加后，需要安装的平头顶丝增多，透镜定心安装的难度加大，难以保证多透镜在安装后的定心效果，成像效果下降。

申请号为：CN201910239982.2的中国发明专利公开文件，公开了一种自适应定心的光学镜头安装装置及光学元件间隔控制方法，该方法通过将每一个透镜分别安装在一个辊边镜座上，再按顺序依次装入镜筒中，以此达到透镜安装后定心的效果。但是，使用这种方法，每一个透镜都需要一个安装镜座，每个透镜与安装镜座之间有安装公差，每个镜座在装入镜筒中后，与镜筒间隙配合，不同镜座的之间同轴度无法确定，经过两次安装的公差传递后，难以保证透镜安装后的定心效果，总体装置对机械加工精度要求高。

申请号为：CN200810200907.7的中国发明专利公开文件，公开了一种光学系统对心装调的装置和方法，该方法设计了一个光学系统对透镜进行高精度对心装调，通过中心偏测量仪测量镜框机械基准相对于透镜光轴垂直度误差，多次不断的对镜框安装面研磨矫正误差，实现安装后各透镜的光轴同轴。此方法中透镜与镜框为一种间隙配合，镜框需要多次测量矫正误差后，才能保证装入透镜之间的同轴度，整体的装调系统复杂，研磨矫正花费的时间长，装置价格昂贵，不利于广泛应用。

在以上等现有技术方法中，通常采用提高机械加工精度或者设计高精密的透镜对心装调装置的方法来实现多透镜光轴重合，以保证光学系统的成像质量，但这类方法会大幅度的提高生产成本，且装配时需要不断调试，难以广泛使用。因此，急需一种对机械加工要求低、装置成本低、装配简易的多透镜定心安装方法。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种多透镜定心装置及方法，通过使用特别构造的弹性干涉环，使透镜与弹性干涉环干涉配合安装，实现多透镜定心安装。本发明中的弹性干涉环对加工精度要求低，在保证透镜的加工精度后，不需要再考虑透镜的安装公差，也不需要反复调试修改安装镜筒，透镜装入弹性干涉环中即可实现定心安装。透镜的安装与拆卸方便，总体安装流程时间短，适用于大部分光学系统，利于广泛推广使用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组、隔圈机构；

所述透镜组包括前后设置的多片透镜；

所述弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；

待装入的所述隔圈机构的外径小于其前后的透镜的直径；

多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，相邻的透镜之间采用隔圈机构彼此间隔，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合。

在其中一个优选实施方式中，对于所述弹性干涉环的开口缝的直曲，所述弹性干涉环的开口缝为直线或曲线，或直线与曲线的组合；

和/或，

对于所述弹性干涉环的开口缝的断续，所述弹性干涉环的开口缝为连续的，此时弹性干涉环的侧壁不闭合，或者，所述弹性干涉环的开口缝为不连续的分段的。

在其中一个优选实施方式中，所述弹性干涉环为POM塑料、PC塑料、ABS塑料、铝合金中的任一种。

在其中一个优选实施方式中，所述弹性干涉环的中间为内径不变的通孔。

在其中一个优选实施方式中，所述弹性干涉环的内表面均为消光处理后形成的内表面。

在其中一个优选实施方式中，多透镜定心装置还包括限位装置；

所述限位装置设置在所述弹性干涉环中、最外两侧的透镜的两端，用于紧固透镜与弹性干涉环。

在其中一个优选实施方式中，多透镜定心装置还包括保护装置；

所述弹性干涉环的端口外壁处设有倒角，以便将弹性干涉环装入所述保护装置中，防止外部直接与弹性干涉环接触。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组；

所述透镜组包括前后设置的多片透镜，多片透镜中存在直径不同的透镜；

所述弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；

多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合；

所述弹性干涉环的内腔为多段变截面结构，第一片装入的透镜的两侧的弹性干涉环构造为自身一体向内收缩，收缩处的内径小于第二片装入的透镜两侧的弹性干涉环的内径；

若存在后续装入的透镜，则后续装入的透镜之间采用隔圈机构彼此间隔，待装入的所述隔圈机构的外径小于其前后的透镜的直径；若不存在后续装入的透镜，则无隔圈机构。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组、限位装置；

所述透镜组包括前后设置的多片透镜，多片透镜中存在直径不同的透镜；

所述弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；

多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合；

所述弹性干涉环的内腔为多段变截面结构，最先装入的两片透镜的两侧的弹性干涉环的内径不同，该两片透镜之间无间隔、相互接触安装；

所述限位装置设置在所述弹性干涉环中、最外两侧的透镜的两端，用于紧固透镜与弹性干涉环。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，还提供了一种所述的多透镜定心装置的定心方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、先放入透镜一，在弹性干涉环的最前端被限位并压紧，使透镜一在弹性干涉环中的轴向位置固定；

S2、随后放入隔圈机构，与透镜一接触并压紧后；

S3、再放入透镜二，与隔圈机构接触并压紧；

S4、再对透镜二的后端进行限位并压紧；

S5、若存在后续透镜，则重复步骤S2-S4；若不存在后续透镜，则忽略此步骤，直接跳转下一步；

S6、直至所有透镜安装完成，此时透镜组在弹性干涉环中的机械轴方向位置固定，防止透镜组在受到冲击时，在弹性干涉环中晃动，影响光学系统的成像效果。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的多透镜定心装置，通过使用特别构造的弹性干涉环，使透镜与弹性干涉环干涉配合安装，实现多透镜定心安装。

2、本发明的多透镜定心装置，弹性干涉环对加工精度要求低，在保证透镜的加工精度后，不需要再考虑透镜的安装公差，也不需要反复调试修改安装镜筒，透镜装入弹性干涉环中即可实现定心安装。

3、本发明的多透镜定心装置，透镜的安装与拆卸方便，总体安装流程时间短，适用于大部分光学系统，利于广泛推广使用。

附图说明

图1是本发明一种多透镜定心装置第一实施例的结构示意图；

图2是本发明一种多透镜定心装置第一实施例中弹性干涉环的外观结构示意图；

图3是本发明一种多透镜定心装置第二实施例的结构示意图；

图4是本发明一种多透镜定心装置第二实施例中弹性干涉环的外观结构示意图；

图5是本发明一种多透镜定心装置第三实施例的结构示意图；

图6是本发明一种多透镜定心装置第三实施例中弹性干涉环的外观结构示意图；

图7是本发明一种多透镜定心装置第一实施例中保护装置的外观结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种多透镜定心装置，第一实施例包括：弹性干涉环11、限位装置12、隔圈机构13、透镜组14。弹性干涉环11的外观示意图如图2所示。

所述的弹性干涉环11的内径略小于透镜组14的直径，自身具有径向弹性允许透镜装入，且弹性干涉环11不闭合，在弹性干涉环11的侧壁留有一条直线细缝21，透镜组14在装入弹性干涉环11后，除了径向变形外，细缝张开，会受到来自弹性干涉环11向内收缩的力，使弹性干涉环11夹持住透镜组14，透镜组14与弹性干涉环11实现干涉配合，透镜组14的光轴与弹性干涉环11的机械轴重合，达到定心安装的效果。

优选的，所述的弹性干涉环的材料为POM塑料、PC塑料、ABS塑料、铝合金等具有一定硬度、强度、钢性的材料，弹性干涉环轴向不易变形，保证透镜安装后的定心效果。

优选的，所述的弹性干涉环的中间为直径统一的通孔。

优选的，所述弹性干涉环的内表面均做消光处理，避免杂散光的影响，保证光学系统的成像质量。

优选的，所述弹性干涉环的两端设有限位装置12，保证透镜与弹性干涉环紧固，使透镜在弹性套装中的轴向位置固定。如图1示例中，限位装置12包括限位装置一121和限位装置二122。限位装置一121是否为弹性干涉环自身一体成型形成的，不做限制。

在弹性干涉环11的一端设置有限位装置一121，按照所设计的光学系统先放入透镜一141，与限位装置一121接触并压紧，使透镜一141在弹性干涉环11中的轴向位置固定；随后放入隔圈机构13，与透镜一141接触并压紧后，隔圈机构13用来控制透镜一141与透镜二142的间隔，隔圈机构的外径均小于上下透镜的直径；再放入透镜二142，与隔圈机构13接触并压紧；最后放入限位装置二122，限位装置二122为一个圆环，其外径小于透镜组14的直径，限位装置二122与透镜二142接触并压紧，限位装置二122通过点胶的方法与弹性干涉环11固定，使透镜组14在弹性干涉环11中的机械轴方向位置固定，防止透镜组14在受到冲击时，在弹性干涉环11中晃动，影响光学系统的成像效果。

进一步的，在本实施例中，只表示了两片透镜或组合透镜的定心安装，可以理解的，对于更多透镜的安装，可通过增长弹性干涉环的长度，在需要的位置相应增加隔圈机构13，即可实现更多透镜组14的定心安装，满足不同光学系统的透镜定心安装。隔圈机构的个数依情况而定，图3示例中，隔圈机构13包括隔圈机构一131和隔圈机构二132。

进一步的，在本实施例中，隔圈机构13可以设置不同的高度，以此控制透镜之间的间隔；也可以设置不同的内径，以此当作光学系统的光阑。可以理解的，本实施例的隔圈机构13对于部分光学系统，可以不安装，透镜与透镜接触，压紧安装。

进一步的，在本实施例中，弹性干涉环11的端口外壁处设有倒角22，以便将弹性干涉环装11入一个保护装置15中，防止外部装置直接与弹性干涉环接触，使弹性干涉环11产生形变，影响透镜组14的定心安装效果。保护装置15的外观示意图如图7所示。可以理解的，保护装置15可以设计有多种形状，用来安装不同的弹性干涉环11。

图3展示了本发明一种多透镜定心方法的第二实施例。其与第一实施例的区别在于，弹性干涉环11内部为多段式结构的，通过设置不同内径，能够完成不同直径透镜的定心安装，这里透镜组以三个透镜进行说明。隔圈装置一131实际上是弹性干涉环11一体成型内收形成，透镜一141通过点胶固定，隔圈装置二132的高度与内径和隔圈装置一131不同，且不与弹性干涉环一体，为独立构件，控制了透镜二142与透镜三143之间的间隔，透镜三143装入后压紧，通过点胶的方式与弹性干涉环11固定，使透镜三143在弹性干涉环11中的位置固定。弹性干涉环11的外部形状为方形，弹性干涉环11的外观示意图如图4所示，可以理解的，对于不同的安装情况，弹性干涉环的外部形状是多样的，不局限与圆形、方形等形状。

图5展示了本发明一种多透镜定心方法的第三实施例。其与第一实施例的区别在于，弹性干涉环11是由两段不同直径圆环组成的多段式结构，透镜一141与透镜二142之间无隔圈装置，相互接触安装。限位装置一121通过螺纹连接的方式与弹性干涉环11固定，压紧透镜一141，透镜二142被限位装置二122压紧，限位装置二122通过被外部装置压紧的方式与弹性干涉环固定。可以理解的，限位装置可以有多种固定方式，不局限于点胶固定、螺纹连接固定、外部压紧固定等固定或组合方式，限位装置也不局限于圆环形状，如限位装置二122所示，可以为其它不同形状。

弹性干涉环11的外观示意图如图6所示。弹性干涉环11上的细缝为一条S形曲线细缝，可以理解的，弹性干涉环的上的细缝，可以更改为其它不同形状，也可是是不连续的、分段的，细缝的宽度可以根据弹性干涉环的直径做出相应更改，保证透镜与弹性干涉环的干涉配合效果。

综上所述，与现有技术相比，本发明的方案具有如下显著优势：

本发明通过使用特别构造的弹性干涉环，使透镜与弹性干涉环干涉配合安装，实现多透镜定心安装。本发明中的弹性干涉环对加工精度要求低，在保证透镜的加工精度后，不需要再考虑透镜的安装公差，也不需要反复调试修改安装镜筒，透镜装入弹性干涉环中即可实现定心安装。透镜的安装与拆卸方便，总体安装流程时间短，适用于大部分光学系统，利于广泛推广使用。

可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本发明实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本发明实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明实施例公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明实施例的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。

然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明实施例的单独实施例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组、隔圈机构；

所述透镜组包括前后设置的多片透镜；

所述弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；

待装入的所述隔圈机构的外径小于其前后的透镜的直径；

多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，相邻的透镜之间采用隔圈机构彼此间隔，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合；

所述弹性干涉环的中间为内径不变的通孔；

对于所述弹性干涉环的开口缝的直曲，所述弹性干涉环的开口缝为直线或曲线，或直线与曲线的组合；

和/或，

对于所述弹性干涉环的开口缝的断续，所述弹性干涉环的开口缝为连续的，此时弹性干涉环的侧壁不闭合，或者，所述弹性干涉环的开口缝为不连续的分段的。

2.如权利要求1所述的多透镜定心装置，其特征在于：

所述弹性干涉环为POM塑料、PC塑料、ABS塑料、铝合金中的任一种。

3.如权利要求1所述的多透镜定心装置，其特征在于：

所述弹性干涉环的内表面均为消光处理后形成的内表面。

4.如权利要求1所述的多透镜定心装置，其特征在于：

多透镜定心装置还包括限位装置；

所述限位装置设置在所述弹性干涉环中、最外两侧的透镜的两端，用于紧固透镜与弹性干涉环。

5.如权利要求1所述的多透镜定心装置，其特征在于：

多透镜定心装置还包括保护装置；

所述弹性干涉环的端口外壁处设有倒角，以便将弹性干涉环装入所述保护装置中，防止外部直接与弹性干涉环接触。

6.一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组；

所述透镜组包括前后设置的多片透镜，多片透镜中存在直径不同的透镜；

所述弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；

对于所述弹性干涉环的开口缝的直曲，所述弹性干涉环的开口缝为直线或曲线，或直线与曲线的组合；

和/或，

对于所述弹性干涉环的开口缝的断续，所述弹性干涉环的开口缝为连续的，此时弹性干涉环的侧壁不闭合，或者，所述弹性干涉环的开口缝为不连续的分段的；

多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合；

所述弹性干涉环的内腔为多段变截面结构，第一片装入的透镜的两侧的弹性干涉环构造为自身一体向内收缩，收缩处的内径小于第二片装入的透镜两侧的弹性干涉环的内径；

若存在后续装入的透镜，则后续装入的透镜之间采用隔圈机构彼此间隔，待装入的所述隔圈机构的外径小于其前后的透镜的直径；若不存在后续装入的透镜，则无隔圈机构。

7.一种多透镜定心装置，其特征在于：包括弹性干涉环、透镜组、限位装置；

所述透镜组包括前后设置的多片透镜，多片透镜中存在直径不同的透镜；

所述弹性干涉环的内径小于待装入透镜的直径，且弹性干涉环的侧壁留有开口缝；

对于所述弹性干涉环的开口缝的直曲，所述弹性干涉环的开口缝为直线或曲线，或直线与曲线的组合；

和/或，

对于所述弹性干涉环的开口缝的断续，所述弹性干涉环的开口缝为连续的，此时弹性干涉环的侧壁不闭合，或者，所述弹性干涉环的开口缝为不连续的分段的；

多片透镜和隔圈机构依次装入弹性干涉环后，透镜与弹性干涉环之间相互干涉配合，不同透镜的光轴及弹性干涉环的机械轴重合；

所述弹性干涉环的内腔为多段变截面结构，最先装入的两片透镜的两侧的弹性干涉环的内径不同，该两片透镜之间无间隔、相互接触安装；

所述限位装置设置在所述弹性干涉环中、最外两侧的透镜的两端，用于紧固透镜与弹性干涉环。

8.一种如权利要求1~5中任一项所述的多透镜定心装置的定心方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、先放入透镜一，在弹性干涉环的最前端被限位并压紧，使透镜一在弹性干涉环中的轴向位置固定；

S2、随后放入隔圈机构，与透镜一接触并压紧后；

S3、再放入透镜二，与隔圈机构接触并压紧；

S4、再对透镜二的后端进行限位并压紧；

S5、若存在后续透镜，则重复步骤S2-S4；若不存在后续透镜，则忽略此步骤，直接跳转下一步；

S6、直至所有透镜安装完成，此时透镜组在弹性干涉环中的机械轴方向位置固定，防止透镜组在受到冲击时，在弹性干涉环中晃动，影响光学系统的成像效果。