CN112683178A - 用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法。对光学镜头(3)与光电探测器(6)进行预装配；将平行光管(2)置于相机光学轴线上，在平行光管(2)焦面位置(11)放置分辨率靶标，相机对准平行光管(2)，采图计算机(7)显示分辨率靶标图像；以初始位置为起点将分辨率靶标沿轴向进行前后移动，同时观察分辨率靶标图像清晰度的变化，当清晰度最佳时记录下此时分辨率靶标相对起点的移动方向及移动距离；根据移动方向、移动距离以及预装配垫片厚度等，计算出适合光学镜头(3)与光电探测器(6)装配的最佳垫片厚度。采用本发明方法，光学镜头与探测器只需进行一次预装配便可确定最佳垫片厚度，快速且高效。

Description

用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法

技术领域

本发明属于光学装调技术领域，涉及一种用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法。

背景技术

与采用行业通用标准制造的商用货架产品不同的是，军用领域或一些工业领域所使用的光学镜头及光电探测器一般采取定制化设计。为了兼顾系统指标(如尺寸限制)及结构可靠性，光学镜头及光电探测器的接口外形(一般采用法兰盘形式)、接口位置及尺寸、法兰距(镜头像面与镜头接口安装端面距离)等并没有严格的设计标准，甚至根据同款设计指标制造出的多套光学镜头及光电探测器，会由于加工误差的随机性，每套产品的实测数值也会有区别，其中光学镜头法兰距这一数据的差异是不能忽略的，因为它决定着光学镜头与光电探测器装配时的相对位置关系。

光学镜头及光电探测器制造完成后，需要将二者进行装配以形成一个完整的相机。此处的装配包含两个过程，一是首先需要使光学镜头的像面与光电探测器的光敏面重合，其物理意义是相机内部的自调焦，两个面重合时相机输出的图像最清晰，一般将该过程称作光学调试；二是当光学镜头像面与光电探测器的光敏面重合时，记录下光学镜头安装接口(一般为法兰盘)端面与光电探测器安装接口(一般为法兰盘)端面间的轴向间隙，取与该间隙具有等值厚度的刚性垫片塞进两个安装接口端面间，然后将三者固定，进而完成整个相机的装配。

两个过程中最重要且耗时也最长的是第一个光学调试过程。一方面，传统的光学调试过程是先将光电探测器光敏面放置在光学镜头像面附近，然后沿轴向持续微量移动光电探测器，同时观察探测器输出的图像，待图像最清晰时，则停止移动，此时采用塞规或千分尺等测量工具量出镜头与探测器安装面间的间隙以确定垫片厚度，但该方法量取的垫片厚度与实际值具有较大偏差，相机装配后需要再次通电进行确认，如有偏差，需要先解除装配，然后尝试微量增加或减少垫片厚度并再次装配及通电确认，这一过程可能反复持续多次；也可采用精度更高的测量平台及工具来测量所需的垫片厚度，但会增加成本及降低效率。另一方面，由于不同规格镜头的设计差异以及同种规格镜头不同个体的加工差异，每套镜头的法兰距是不同的且也是不确定的；而光学镜头法兰距又决定了光学镜头与光电探测器的相对位置关系，即决定了刚性垫片的厚度；这意味着每套光学镜头及光电探测器装配所需的垫片厚度是不同的，即每套镜头及探测器均需要重复进行光学调试过程，在产品批产阶段，光学调试过程会耗费装调人员大量的时间，装配效率很低。

发明内容

本发明需解决的技术问题是在光学镜头与光电探测器装配的光学调试环节，能够快速、简单且精确的确定最佳垫片厚度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法，包括如下步骤：

步骤1、对光学镜头与光电探测器进行预装配；

步骤2、将平行光管置于相机光学轴线上，在平行光管焦面位置放置分辨率靶标，装配后的相机通电并对准平行光管，光电探测器将光强度信号转换成电信号并输出，采图计算机将所述电信号转换成分辨率靶标图像；

步骤3、以初始位置为起点将分辨率靶标沿轴向进行前后移动，同时观察分辨率靶标图像清晰度的变化，当清晰度最佳时记录下此时分辨率靶标相对起点的移动方向及移动距离；

步骤4、根据步骤3所述的移动方向、移动距离以及预装配垫片厚度，计算出适合光学镜头与光电探测器装配的最佳垫片厚度。

优选地，预装配所使用的垫片厚度取以往最佳垫片的平均值。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

本发明用图像清晰度判别程序代替了人眼，从而提高了像面位置的定位精度，调试精度提高了2倍以上，由不满足调试精度变为足以满足调试精度，保证了整个调试过程的稳定性及可靠性；

光学镜头与探测器只需装配一次，便可利用分辨率靶标移动及光学系统物像关系来计算最佳垫片厚度，结果使调试效率提高了4倍；

涉及的必要的设备及仪器仅需光学镜头、光电探测器、平行光管及用于采集相机图像的计算机，易于实现且操作简单。

附图说明

图1为本发明确定用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度光学调试示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本方法技术方案的精神和范围，均应涵盖在本方法的保护范围中。

如图1所示，本发明为确定用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度，采取光学调试方法，涉及的仪器设备包括平行光管2、光学镜头3、光电探测器6、采图计算机7。

首先在平行光管焦面位置11放置分辨率靶标，平行光管2将分辨率靶标发出的光线变成平行光；光学镜头3在其焦面位置41将该平行光汇聚成靶标的光学像；光电探测器6的光敏面5感知所述光学像的光强度，光电探测器6将光强度信号转换成电信号并输出；采图计算机7将该电信号转换成靶标图像。

用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法，包括如下步骤：

步骤1、对光学镜头3与光电探测器6进行预装配；

步骤2、将平行光管2置于相机光学轴线上，在平行光管2焦面位置11放置分辨率靶标，装配后的相机通电并对准平行光管2，光电探测器6将光强度信号转换成电信号并输出，采图计算机7将该电信号转换成靶标图像；

步骤3、以初始位置为起点将靶标沿轴向进行前后移动，同时观察靶标图像清晰度的变化，当清晰度最佳时记录下此时靶标相对起点的移动方向及移动距离；

步骤4、根据步骤3所述的移动方向、移动距离以及预装配垫片厚度，计算出适合光学镜头3与光电探测器6装配的最佳垫片厚度。

平行光管靶标毫米级精度的移动相当于靶标图像微米级精度的偏移，完全能满足常规光学调试对精度的要求。

在优选的实施例中，预装配所使用的垫片厚度取以往最佳垫片的平均值。

以某款光学镜头为例，进一步介绍本发明具体实施方式。

已知其与某款光电探测器装配的最佳垫片厚度处在1mm～2mm范围之间，实施例确定其具体数值的过程如下：

1)首先选取一片具有1.50mm厚度的垫片，将其作为初始垫片放置在光学镜头与探测器安装接口之间并进行相机装配。装配后的光电探测器光敏面5与镜头焦面位置41很可能不重合，则从采图计算机7上观察到靶标图像是不清晰的；

2)沿轴向移动平行光管靶标，位移为ΔX(记向平行光管一侧移动时为正，反之为负)，使其处在新的靶标位置12；同时光学镜头3的像面也会偏离镜头焦面位置41并移动到新的像面位置42，位移为ΔX'，方向与ΔX同向；采图计算机7处的分辨率靶标图像清晰度也会随之变化；

3)根据物像距离变化关系，ΔX每增加10mm，ΔX'增加0.04mm；

4)继续移动分辨率靶标，图像越来越不清晰时，则反向移动，当图像清晰度最佳时，停止移动分辨率靶标，并记下此时的ΔX，同时新的像面位置42刚好与探测器光敏面5重合；

5)根据3)和4)，计算最佳垫片厚度

6)将分辨率靶标重新置于平行光管焦面位置(11)，按计算出的最佳垫片厚度重新调整垫片厚度，并按照新垫片厚度重新装配镜头及探测器。

Claims (3)

1.一种用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法，包括如下步骤：

步骤1、对光学镜头(3)与光电探测器(6)进行预装配；

步骤2、将平行光管(2)置于相机光学轴线上，在平行光管(2)焦面位置(11)放置分辨率靶标，装配后的相机通电并对准平行光管(2)，光电探测器(6)将光强度信号转换成电信号并输出，采图计算机(7)将所述电信号转换成分辨率靶标图像；

步骤3、以初始位置为起点将分辨率靶标沿轴向进行前后移动，同时观察分辨率靶标图像清晰度的变化，当清晰度最佳时记录下此时分辨率靶标相对起点的移动方向及移动距离；

步骤4、根据步骤3所述的移动方向、移动距离以及预装配垫片厚度，计算出适合光学镜头(3)与光电探测器(6)装配的最佳垫片厚度。

2.根据权利要求1所述的一种用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法，其特征在于，预装配所使用的垫片厚度取以往最佳垫片的平均值。

3.根据权利要求1所述的一种用于光学镜头与光电探测器装配的垫片厚度确定方法，其特征在于，所述最佳垫片厚度Z为：

其中，ΔX为分辨率靶标图像清晰度最佳时以初始位置为起点沿轴向前后移动的位移，记向平行光管一侧移动时为正，反之为负。

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