CN112817160B - 光学成像系统的装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学成像系统的装调方法，光学成像系统包括安装座和光学成像装置，所述光学成像装置包括相机、镜筒透镜、分光镜和物镜，本方法基于光源装置和准直屏来完成光学成像装置的装调，方法的步骤中包括：S1：调节所述光源装置的位置和角度以及调节所述相机的位置和角度，以使所述光源装置沿X向射出光斑并使射出的光斑垂直射入所述相机内成像，所述光斑中具有线性部分；S2：将所述镜筒透镜安装在所述安装座上并使所述光源装置射出的光斑穿过所述镜筒透镜后射入所述相机内成像，调节所述镜筒透镜的位置和角度以使相机中光斑的位置与所述第一基准位置重合。本发明能够提高装调精度，并且操作简单快捷，能够提高装调速度，降低实施成本。

Description

光学成像系统的装调方法

技术领域

本发明涉及一种光学成像系统的装调方法。

背景技术

目前，光学成像系统中各部件的位置精度、同轴度等直接决定了光学成像系统的成像质量。由于光学成像系统的功能集成化，内部透镜数量在不断增加，装调难度越来越高。如果仅依靠镜片外圆为基准来进行装调，虽然操作简单，但是精度较低，成像质量差。而通过定心仪能够测量镜片的上下表面曲率中心，再由软件计算得出镜片光轴偏差，进而进行位置调整，虽然定心仪设备精度高，能够提高装调精度，但是操作复杂，设备成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种光学成像系统的装调方法，它能够提高装调精度，并且操作简单快捷，能够提高装调速度，降低实施成本。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种光学成像系统的装调方法，光学成像系统包括安装座和至少一个光学成像装置，所述光学成像装置包括相机、镜筒透镜、分光镜和物镜，本方法基于光源装置和准直屏来完成光学成像装置的装调，方法的步骤中包括：

S1：将所述相机和所述光源装置安装在所述安装座上，调节所述光源装置的位置和/或角度以及调节所述相机的位置和/或角度，以使所述光源装置沿X向射出光斑并使射出的光斑垂直射入所述相机内成像；此时所述相机中光斑的位置为第一基准位置，所述光斑中具有线性部分；

S2：将所述镜筒透镜安装在所述安装座上并使所述光源装置射出的光斑穿过所述镜筒透镜后射入所述相机内成像，调节所述镜筒透镜的位置和角度以使相机中光斑的位置与所述第一基准位置重合并使所述光斑中的线性部分的线宽最细；

S3：将所述分光镜安装在所述安装座上以使所述光源装置射出的光斑部分穿过所述分光镜和所述镜筒透镜后射入所述相机中成像，另一部分经所述分光镜反射后照射在所述准直屏上形成光斑；

S4：沿垂直于所述X向的方向移动所述准直屏，调节所述分光镜的角度直到在所述准直屏移动过程中所述准直屏上的光斑的位置不变，此时所述相机中光斑的位置为第二基准位置；

S5：获取所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B；将所述物镜安装在所述安装座上以使所述光源装置射出的光斑穿过所述物镜、分光镜和所述镜筒透镜后射入所述相机中成像，调节所述物镜的位置和/或角度以使所述相机中光斑的位置与所述第二基准位置重合，然后沿与A向相反的方向偏移所述物镜移动B/X的距离；其中，X为该物镜的倍率。

进一步具体的，所述光学成像系统包括至少两个所述光学成像装置，方法的步骤中还包括：

S6：重复步骤S1~S5以完成剩余的所述光学成像装置的安装。

进一步提供一种所述光源装置、相机、镜筒透镜、分光镜和物镜的具体连接方式，所述光源装置和/或所述相机和/或所述镜筒透镜和/或所述分光镜和/或所述物镜分别通过五轴位移台连接在所述安装座上。

进一步，所述准直屏上设有刻度，和/或所述光源装置中包括偏振片。

进一步提供一种步骤S1的具体步骤，步骤S1的具体步骤为：

M1：将所述相机和所述光源光源装置安装在所述安装座上，调节所述光源装置的角度以使所述光源装置沿X向射出光斑；

M2：在所述相机和所述光源装置之间设置至少两个片板，所述片板中设有与所述光斑形状适配的光孔；

M3：调节所述相机的位置和/或调节所述光源装置的位置和/或调节所述片板的位置和角度，以使所述光源装置射出的光斑依次穿过所述光孔后射入所述相机内成像，并由所述相机中的感光面反射后在所述片板上形成亮斑；

M4：调节所述相机的角度以使所述片板表面的亮斑移动至该片板上的光孔中。

进一步，在步骤S3中还包括以下步骤：

移除所述相机和所述光源装置之间的片板。

进一步，在步骤M2中，在所述相机和所述光源装置之间设置两个所述片板；

在步骤M4中，取出上方的一个片板，调节所述相机的角度以使下方的片板表面的亮斑移动至所述光孔中。

进一步提供一种所述片板的具体设置方式，所述片板适于安装在镜管中以便通过调节所述镜管来调节所述片板的位置和角度，所述镜管直接或间接地连接在所述安装座上并位于所述相机和所述光源装置之间。

进一步提供一种所述光斑的具体形状，所述光斑的形状为十字形。

进一步，所述X向为竖直向上的方向，所述安装座包括水平平台和连接在所述水平平台上的竖直平台。

采用了上述技术方案后，先将所述相机和所述光源装置安装在所述安装座上，调节所述光源装置的位置和角度以及调节所述相机的位置和角度，以使所述光源装置沿X向射出光斑并使射出的光斑垂直射入所述相机内成像；此时所述相机中光斑的位置为第一基准位置，所述光斑中具有线性部分。然后将所述镜筒透镜安装在所述安装座上并使所述光源装置射出的光斑穿过所述镜筒透镜后射入所述相机内成像，调节所述镜筒透镜的位置和角度以使相机中光斑的位置与所述第一基准位置重合并使所述光斑中的线性部分的线宽最细，此时所述镜筒透镜安装到位。然后将所述分光镜安装在所述安装座上以使所述光源装置射出的光斑部分穿过所述分光镜和所述镜筒透镜后射入所述相机中成像，另一部分经所述分光镜反射后照射在所述准直屏上形成光斑。然后沿垂直于所述X向的方向移动所述准直屏，调节所述分光镜的角度直到在所述准直屏移动过程中所述准直屏上的光斑的位置不变，则此时所述分光镜与X向之间的夹角为45度，此时所述相机中光斑的位置为第二基准位置，由于分光镜折射的原因，光斑在相机通的位置发生偏移。然后获取所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B；将所述物镜安装在所述安装座上以使所述光源装置射出的光斑穿过所述物镜、分光镜和所述镜筒透镜后射入所述相机中成像，调节所述物镜的位置和角度以使所述相机中光斑的位置与所述第二基准位置重合，然后沿与A向相反的方向偏移所述物镜移动B/X的距离；其中，X为该物镜的倍率。此时所述光学成像装置的装调结束，所述物镜与所述镜筒透镜达到较高的同轴度，所述光学成像装置中各部件之间具有较高的位置精度和配合精度。其中，所述相机内的光斑的位置为所述光斑在相机内的像素坐标，通过像素坐标能够计算出所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B。本方法不仅操作便捷，而且实施成本较低，提高了装调速度和装调精度。

附图说明

图1为本发明的光学成像系统的结构示意图；

图2为本发明的光学成像系统的主视图；

图3为本发明的片板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1、2所示，一种光学成像系统的装调方法，光学成像系统包括安装座100和至少一个光学成像装置200，所述光学成像装置200包括相机1、镜筒透镜2、分光镜3和物镜4，本方法基于光源装置5和准直屏6来完成光学成像装置200的装调，方法的步骤中包括：

S1：将所述相机1和所述光源装置5安装在所述安装座100上，调节所述光源装置5的位置和角度以及调节所述相机1的位置和角度，以使所述光源装置5沿X向射出光斑并使射出的光斑垂直射入所述相机1内成像；此时所述相机1中光斑的位置为第一基准位置，所述光斑中具有线性部分；

S2：将所述镜筒透镜2安装在所述安装座100上并使所述光源装置5射出的光斑穿过所述镜筒透镜2后射入所述相机1内成像，调节所述镜筒透镜2的位置和角度以使相机1中光斑的位置与所述第一基准位置重合并使所述光斑中的线性部分的线宽最细；然后固定所述镜筒透镜2的位置；具体的，当所述相机1中光斑的位置与所述第一基准位置重合后，代表所述镜筒透镜2的位置调节到位；其中，镜筒透镜2的位置精度取决于镜筒透镜2的后焦距长度以及所述相机1中像源的大小，镜筒透镜2的后焦距越长，相机1的像源越小，则所述镜筒透镜2的位置精度越高；进一步具体的，光斑穿过所述镜筒透镜2后，在所述镜筒透镜2的后焦面位置上激光线是最细的；调节所述镜筒透镜2的位置包括调节所述镜筒透镜2的X、Y、Z方向上的位置；

S3：将所述分光镜3安装在所述安装座100上以使所述光源装置5射出的光斑部分穿过所述分光镜3和所述镜筒透镜2后射入所述相机1中成像，另一部分经所述分光镜3反射后照射在所述准直屏6上形成光斑；

S4：沿垂直于所述X向的方向移动所述准直屏6，调节所述分光镜3的角度直到在所述准直屏6移动过程中所述准直屏6上的光斑的位置不变，则此时所述分光镜3与X向之间的夹角为45度，此时所述相机1中光斑的位置为第二基准位置，由于分光镜3折射的原因，光斑在相机1通的位置发生偏移；

S5：获取所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B；将所述物镜4安装在所述安装座100上以使所述光源装置5射出的光斑穿过所述物镜4、分光镜3和所述镜筒透镜2后射入所述相机1中成像，调节所述物镜4的位置和角度以使所述相机1中光斑的位置与所述第二基准位置重合，然后沿与A向相反的方向偏移所述物镜4移动B/X的距离；其中，X为该物镜4的倍率，此时所述光学成像装置200的装调结束，所述物镜4与所述镜筒透镜2达到较高的同轴度，所述光学成像装置200中各部件之间具有较高的位置精度和配合精度。其中，所述相机1内的光斑的位置为所述光斑在相机1内的像素坐标，通过像素坐标能够计算出所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B。具体的，只需重复步骤S5既能完成其它倍率的物镜4的装调。本方法操作便捷，实施成本较低，能保证装调速度和装调精度。

如图1、2所示，所述光学成像系统可以包括至少两个所述光学成像装置200，方法的步骤中还可以包括：

S6：重复步骤S1~S5以完成剩余的所述光学成像装置200的安装。

如图1、2所示，所述光源装置5、所述相机1、所述镜筒透镜2、所述分光镜3和所述物镜4分别通过五轴位移台7连接在所述安装座100上；具体的，所述五轴位移台7适于调节连接在其上的部件的位置和角度，所述光源装置5、相机1、镜筒透镜2和物镜4的位置与角度均是通过所述五轴位移台7调节的，所述五轴位移台7的具体结构为本领域技术人员熟知的现有技术，本实施例中不作具体赘述；其中，所述五轴位移台7又称精密五轴位移台。

如图1、2所示，所述准直屏6上设有刻度，所述光源装置5中包括偏振片；在本实施例中，通过调节所述偏振片与光源之间的偏振夹角能够调节相机1中光斑的亮度，使光斑在相机1内不会由于过曝而导致判断精度下降，所述准直屏6可以但不限于是磁性激光防护挡板。

如图1~3所示，步骤S1的具体步骤可以为：

M1：将所述相机1和所述光源光源装置5安装在所述安装座100上，调节所述光源装置5的角度以使所述光源装置5沿X向射出光斑；

M2：在所述相机1和所述光源装置5之间设置至少两个片板8，所述片板8中设有与所述光斑形状适配的光孔9；

M3：调节所述相机1的位置和调节所述光源装置5的位置和调节所述片板8的位置和角度，以使所述光源装置5射出的光斑依次穿过所述光孔9后射入所述相机1内成像，并由所述相机1中的感光面反射后在所述片板8上形成亮斑；

M4：调节所述相机1的角度以使所述片板8表面的亮斑移动至该片板8上的光孔9中，此时所述片板8上的亮斑消失，亮斑从所述光孔9中穿过，此时相机1与所述光源装置5射出光斑的方向垂直。具体的，所有所述片板8的尺寸均相同，所述片板8平行于所述相机1设置。

具体的，在步骤S3中还包括以下步骤：

移除所述相机1和所述光源装置5之间的片板8。

具体的，在步骤M2中，在所述相机1和所述光源装置5之间设置两个所述片板8；

在步骤M4中，取出上方的一个片板8，调节所述相机1的角度以使下方的片板8表面的亮斑移动至所述光孔9中，此时所述亮斑在所述片板8上消失；具体的，所述相机1与所述光源装置5射出光斑的方向之间的垂直度的精度取决于两个片板8之间的距离，两个所述片板8之间的距离越远，则垂直精度越高。

如图1~3所示，所述片板8适于安装在镜管10中以便通过调节所述镜管10来调节所述片板8的位置和角度，所述镜管10直接或间接地连接在所述安装座100上并位于所述相机1和所述光源装置5之间；具体的，所述镜管10通过五轴位移台7连接在所述安装座100上，所述镜筒透镜2适于安装在所述镜管10中。

在本实施例中，所述光斑的形状可以为十字形；具体的，十字形的光斑具有两条相互垂直的线性部分，所述光孔9为十字孔，所述光源装置5为十字激光器。

如图1~3所示，所述X向可以为竖直向上的方向，所述安装座100可以包括水平平台11和连接在所述水平平台11上的竖直平台12；具体的，所述光源装置5沿X向射出光斑即为竖直向上射出光斑，在本实施例中通过激光准直仪来调节所述光源装置5垂直所述水平平台11向上发射光斑，因为所述水平平台11为水平设置的，因此垂直于水平平台11的方向即为竖直方向。进一步具体的，在步骤S4中，所述准直屏6沿水平方向移动，所述水平平台11的水平度以及所述竖直平台12的竖直度均有一定的保障。

本发明的工作原理如下：

先将所述相机1和所述光源装置5安装在所述安装座100上，调节所述光源装置5的位置和角度以及调节所述相机1的位置和角度，以使所述光源装置5沿X向射出光斑并使射出的光斑垂直射入所述相机1内成像；此时所述相机1中光斑的位置为第一基准位置，所述光斑中具有线性部分。然后将所述镜筒透镜2安装在所述安装座100上并使所述光源装置5射出的光斑穿过所述镜筒透镜2后射入所述相机1内成像，调节所述镜筒透镜2的位置和角度以使相机1中光斑的位置与所述第一基准位置重合并使所述光斑中的线性部分的线宽最细，此时所述镜筒透镜2安装到位。然后将所述分光镜3安装在所述安装座100上以使所述光源装置5射出的光斑部分穿过所述分光镜3和所述镜筒透镜2后射入所述相机1中成像，另一部分经所述分光镜3反射后照射在所述准直屏6上形成光斑。然后沿垂直于所述X向的方向移动所述准直屏6，调节所述分光镜3的角度直到在所述准直屏6移动过程中所述准直屏6上的光斑的位置不变，则此时所述分光镜3与X向之间的夹角为45度，此时所述相机1中光斑的位置为第二基准位置，由于分光镜3折射的原因，光斑在相机1通的位置发生偏移。然后获取所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B；将所述物镜4安装在所述安装座100上以使所述光源装置5射出的光斑穿过所述物镜4、分光镜3和所述镜筒透镜2后射入所述相机1中成像，调节所述物镜4的位置和角度以使所述相机1中光斑的位置与所述第二基准位置重合，然后沿与A向相反的方向偏移所述物镜4移动B/X的距离；其中，X为该物镜4的倍率。此时所述光学成像装置200的装调结束，所述物镜4与所述镜筒透镜2达到较高的同轴度，所述光学成像装置200中各部件之间具有较高的位置精度和配合精度。其中，所述相机1内的光斑的位置为所述光斑在相机1内的像素坐标，通过像素坐标能够计算出所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B。本方法不仅操作便捷，而且实施成本较低，提高了装调速度和装调精度。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

Claims (10)

1.一种光学成像系统的装调方法，其特征在于，光学成像系统包括安装座（100）和至少一个光学成像装置（200），所述光学成像装置（200）包括相机（1）、镜筒透镜（2）、分光镜（3）和物镜（4），本方法基于光源装置（5）和准直屏（6）来完成光学成像装置（200）的装调，方法的步骤中包括：

S1：将所述相机（1）和所述光源装置（5）安装在所述安装座（100）上，调节所述光源装置（5）的位置和/或角度以及调节所述相机（1）的位置和/或角度，以使所述光源装置（5）沿X向射出光斑并使射出的光斑垂直射入所述相机（1）内成像；此时所述相机（1）中光斑的位置为第一基准位置，所述光斑中具有线性部分；

S2：将所述镜筒透镜（2）安装在所述安装座（100）上并使所述光源装置（5）射出的光斑穿过所述镜筒透镜（2）后射入所述相机（1）内成像，调节所述镜筒透镜（2）的位置和角度以使相机（1）中光斑的位置与所述第一基准位置重合并使所述光斑中的线性部分的线宽最细；

S3：将所述分光镜（3）安装在所述安装座（100）上以使所述光源装置（5）射出的光斑部分穿过所述分光镜（3）和所述镜筒透镜（2）后射入所述相机（1）中成像，另一部分经所述分光镜（3）反射后照射在所述准直屏（6）上形成光斑；

S4：沿垂直于所述X向的方向移动所述准直屏（6），调节所述分光镜（3）的角度直到在所述准直屏（6）移动过程中所述准直屏（6）上的光斑的位置不变，此时所述相机（1）中光斑的位置为第二基准位置；

S5：获取所述第二基准位置相对所述第一基准位置的偏移方向A以及偏移量B；将所述物镜（4）安装在所述安装座（100）上以使所述光源装置（5）射出的光斑穿过所述物镜（4）、分光镜（3）和所述镜筒透镜（2）后射入所述相机（1）中成像，调节所述物镜（4）的位置和/或角度以使所述相机（1）中光斑的位置与所述第二基准位置重合，然后沿与A向相反的方向偏移所述物镜（4）移动B/X的距离；其中，X为该物镜（4）的倍率。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，所述光学成像系统包括至少两个所述光学成像装置（200），方法的步骤中还包括：

S6：重复步骤S1~S5以完成剩余的所述光学成像装置（200）的安装。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，所述光源装置（5）和/或所述相机（1）和/或所述镜筒透镜（2）和/或所述分光镜（3）和/或所述物镜（4）分别通过五轴位移台（7）连接在所述安装座（100）上。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，所述准直屏（6）上设有刻度，和/或所述光源装置（5）中包括偏振片。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤为：

M1：将所述相机（1）和所述光源装置（5）安装在所述安装座（100）上，调节所述光源装置（5）的角度以使所述光源装置（5）沿X向射出光斑；

M2：在所述相机（1）和所述光源装置（5）之间设置至少两个片板（8），所述片板（8）中设有与所述光斑形状适配的光孔（9）；

M3：调节所述相机（1）的位置和/或调节所述光源装置（5）的位置和/或调节所述片板（8）的位置和角度，以使所述光源装置（5）射出的光斑依次穿过所述光孔（9）后射入所述相机（1）内成像，并由所述相机（1）中的感光面反射后在所述片板（8）上形成亮斑；

M4：调节所述相机（1）的角度以使所述片板（8）表面的亮斑移动至该片板（8）上的光孔（9）中。

6.根据权利要求5所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，在步骤S3中还包括以下步骤：

移除所述相机（1）和所述光源装置（5）之间的片板（8）。

7.根据权利要求5所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，

在步骤M2中，在所述相机（1）和所述光源装置（5）之间设置两个所述片板（8）；

在步骤M4中，取出上方的一个片板（8），调节所述相机（1）的角度以使下方的片板（8）表面的亮斑移动至所述光孔（9）中。

8.根据权利要求5所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，所述片板（8）适于安装在镜管（10）中以便通过调节所述镜管（10）来调节所述片板（8）的位置和角度，所述镜管（10）直接或间接地连接在所述安装座（100）上并位于所述相机（1）和所述光源装置（5）之间。

9.根据权利要求1所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，所述光斑的形状为十字形。

10.根据权利要求1所述的光学成像系统的装调方法，其特征在于，所述X向为竖直向上的方向，所述安装座（100）包括水平平台（11）和连接在所述水平平台（11）上的竖直平台（12）。

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