CN114815284B - 一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光机装调技术领域，具体涉及一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其利用平行光管、星点分划板、照明装置、升降可调平台、带显微镜头的CCD图像传感器和高分辨率显示器等，运用像差理论精确消除折转光路前置镜组与后置镜组之间的光学间隔误差，其优势在于可通过高分辨率显示器清晰显示随着折转光路光学镜头前置镜组和后置镜组之间间隔调节变化，星点衍射像所反映的球差变化情况来判断前置镜组和后置镜组之间间隔误差，具有操作简单、直观和装调精度高等特点。
Description
技术领域
本发明属于光机装调技术领域，具体涉及一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法。
背景技术
在新型光电系统设计中，为了满足小型化和轻量化的要求，往往需要对光路进行折叠。常见的结构形式是前置镜组和后置镜组分别装入折转镜架中，通过一块平面反射镜安装到理论位置，达到所需的折叠角度并使前置镜组和后置镜组光轴同轴，此时的前置镜组和后置镜组之间需要满足理论间隔要求，才能获得良好的综合成像效果，并满足光学指标的设计值，如焦距，视场、分辨率等。传统接触式测量方法使用测高仪可以测量直线光学镜头各镜组之间的镜面光学间隔，而对于包含折转光路的光学系统镜面光学间隔,该测量方法不再适用。因而折转光路中的前组镜组与后组镜组之间的光学间隔通常只能通过结构加工来保证，并且由于间隔无法测量调整，系统成像经常存在均匀光晕，且焦距也常常不能满足要求。在2020年第3期屈亮发表的论文《镜面定位仪在折转光路光学系统中的应用研究》一文中，作者提到可选用镜面定位仪测量折转光路光学系统镜面光学间隔，虽该方法测量精度高，但是测量设备为进口仪器，价格昂贵，操作过程也较为复杂，难以广泛推广。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，所述折转光路光学镜头5包括：折转镜架5-2、前置镜组5-1、后置镜组5-5、平面反射镜组5-3及调整隔圈5-4；前置镜组5-1和后置镜组5-5设置为均可独立成完善像，平面反射镜组5-3固定到折转镜架5-2安装位置处；
步骤1：所述折转光路光学镜头5放置到光具座7的升降可调平台4上，升降可调平台4使折转光路光学镜头5与平行光管3中心高度等高、且折转光路光学镜头5物方正对平行光管3出光方向；
将带显微镜头的CCD图像传感器6架设到光具座7的导轨上，且显微镜头中心高度与折转光路光学镜头5中心等高；
步骤2：开启显示器8，在平行光管3物镜的物方焦平面处暂时不放置星点分划板2，点亮作为光源的照明装置1，经平行光管3物镜出射一束平行光束，该平行光束经折转光路光学镜头5后在其焦面位置处会聚成一个光斑，沿光具座7导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器6，使光斑清晰成像到CCD图像传感器6靶面处并在显示器8中显示出来；
步骤3：将星点分划板2垂直放置到平行光管3物镜的物方焦平面处，使用光源照亮星点孔，星点孔经平行光管3物镜成像于无穷远处,经折转光路光学镜头5成像后由带显微镜头的CCD图像传感器6接收，显示器8显示出星点衍射光斑；
步骤4：所述折转光路光学系统5的前置镜组5-1与后置镜组5-5之间的光学间隔若不满足系统要求，则沿光具座7导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器6，并实时观察离焦星点衍射像，光斑的形状及能量分布依然是轴对称，但是焦前和焦后对称截面的星点衍射像不对称，说明星点衍射光斑存在球差；
增减调整隔圈5-4的厚度，反复观察焦前和焦后对称截面的星点衍射像是否对称，直至星点衍射像能量集中，焦前和焦后星点像对称，图像上表现为无球差星点衍射像时，表明前置镜组5-1和后置镜组5-5满足了折转光路光学镜头5空气间隔要求，完成既定装调目标。
其中，所述方法基于光学间隔装调误差消除装置来实施，所述光学间隔装调误差装置包括：照明装置1、星点分划板2、平行光管3、升降可调平台4、带显微镜头的CCD图像传感器6、光具座7、高分辨率显示器8。
其中，所述光具座7上设置有导轨。
其中，所述光具座7上的导轨延伸方向设置为与折转光路光学镜头5出射光路同轴。
其中，所述CCD图像传感器6上设置有带显微镜头。
其中，所述平面反射镜面5-3与折转镜架5-2设置为两者中心轴线成45°安装且不能产生应力变形，以满足反射镜的成像质量要求。
其中，所述步骤1之前，还包括装调前的预检测环节：
在装调之前，首先检测所述前置镜组5-1和后置镜组5-5的光学指标是否符合公差范围，在符合公差范围的情况下然后进行装配，装配后分别对前置镜组5-1和后置镜组5-5进行星点检测，要求星点能量集中，无轴外像差；然后将后置镜组5-5和调整隔圈5-4同时装入折转镜架5-2中，并进行紧固。
其中，所述光学指标包括透镜面形、中心厚、透镜中心偏。
其中，通过连接螺钉5-6将后置镜组5-5、调整隔圈5-4在折转镜架5-2中进行紧固。
其中，所述调整隔圈5-4设置为其厚度可增减调节。
(三)有益效果
本发明提供一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，在不使用先进测量仪器的情况下，借助平行光管、星点分划板、照明装置、升降可调平台、带显微镜头的CCD图像传感器和高分辨率显示器等，运用折转光路前置镜组和后置镜组之间的光学间隔误差会引起系统球差这一特性，通过星点检测法，调整前置镜组和后置镜组之间的光学间隔，通过观察星点图像的球差变化直至无球差星点衍射像时，精确消除前置镜组和后置镜组光学间隔误差，完成折转光路光学镜头的精确装调工作。
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)本发明运用像差理论，通过观察并消除星点衍射像中存在的球差，进而消除折转光路光学镜头中光学间隔的装配误差，可直观实时对光学系统的成像质量进行评估，提高了装调效率和调试精度。
(2)本发明相比传统的星点检测时的人眼观察方式，采用带显微镜头的CCD图像传感器进行图像采集并用高分辨率显示器进行显示，方便图像的观察与存储，同时可以实现多人观察，结果更加客观真实。
(3)本发明调试原理简单，易于操作，测量精度高，不需使用镜面定位仪等昂贵的测量设备就解决了带有折转光路光学镜头空气间隔无法测量的技术难题，同时可精确消除空气间隔装调误差。
附图说明
图1是本发明优选实例示意图。
图2是折转镜头组件示意图。
1-照明装置、2-星点分划板、3-平行光管、4-升降可调平台、5-折转光路光学镜头、6-带显微镜头的CCD图像传感器、7-光具座、8-高分辨率显示器、5-1-前置镜组、5-2-折转镜架、5-3-平面反射镜组、5-4-调整隔圈、5-5-后置镜组、5-6-连接螺钉。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，如图1-图2所示，所述折转光路光学镜头5包括：折转镜架5-2、前置镜组5-1、后置镜组5-5、平面反射镜组5-3及调整隔圈5-4；前置镜组5-1和后置镜组5-5设置为均可独立成完善像，平面反射镜组5-3固定到折转镜架5-2安装位置处；
步骤1：所述折转光路光学镜头5放置到光具座7的升降可调平台4上，升降可调平台4使折转光路光学镜头5与平行光管3中心高度等高、且折转光路光学镜头5物方正对平行光管3出光方向；
将带显微镜头的CCD图像传感器6架设到光具座7的导轨上，且显微镜头中心高度与折转光路光学镜头5中心等高；
步骤2：开启高分辨率显示器8，在平行光管3物镜的物方焦平面处暂时不放置星点分划板2，点亮作为光源的照明装置1，经平行光管3物镜出射一束平行光束，该平行光束经折转光路光学镜头5后在其焦面位置处会聚成一个光斑，沿光具座7导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器6，使光斑清晰成像到CCD图像传感器6靶面处并在高分辨率显示器8中显示出来；
步骤3：将星点分划板2垂直放置到平行光管3物镜的物方焦平面处，使用光源照亮星点孔，星点孔经平行光管3物镜成像于无穷远处,经折转光路光学镜头5成像后由带显微镜头的CCD图像传感器6接收，高分辨率显示器8显示出星点衍射光斑；
步骤4：所述折转光路光学系统5的前置镜组5-1与后置镜组5-5之间的光学间隔若不满足系统要求，则沿光具座7导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器6，并实时观察离焦星点衍射像，光斑的形状及能量分布依然是轴对称，但是焦前和焦后对称截面的星点衍射像不对称，说明星点衍射光斑存在球差；
增减调整隔圈5-4的厚度，反复观察焦前和焦后对称截面的星点衍射像是否对称，直至星点衍射像能量集中，焦前和焦后星点像对称，图像上表现为无球差星点衍射像时，表明前置镜组5-1和后置镜组5-5满足了折转光路光学镜头5空气间隔要求，完成既定装调目标。
其中，所述方法基于光学间隔装调误差消除装置来实施，所述光学间隔装调误差装置包括：照明装置1、星点分划板2、平行光管3、升降可调平台4、带显微镜头的CCD图像传感器6、光具座7、高分辨率显示器8。
其中，所述光具座7上设置有导轨。
其中，所述光具座7上的导轨延伸方向设置为与折转光路光学镜头5出射光路同轴。
其中，所述CCD图像传感器6上设置有带显微镜头。
其中，所述平面反射镜面5-3与折转镜架5-2设置为两者中心轴线成45°安装且不能产生应力变形，以满足反射镜的成像质量要求。
其中，所述步骤1之前，还包括装调前的预检测环节：
在装调之前，首先检测所述前置镜组5-1和后置镜组5-5的光学指标是否符合公差范围，在符合公差范围的情况下然后进行装配，装配后分别对前置镜组5-1和后置镜组5-5进行星点检测，要求星点能量集中，无轴外像差；然后将后置镜组5-5和调整隔圈5-4同时装入折转镜架5-2中，并进行紧固。
其中，所述光学指标包括透镜面形、中心厚、透镜中心偏。
其中，通过连接螺钉5-6将后置镜组5-5、调整隔圈5-4在折转镜架5-2中进行紧固。
其中，所述调整隔圈5-4设置为其厚度可增减调节。
实施例1
本实施例提出的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差方法包括以下步骤：
步骤1：折转光路光学镜头由折转镜架5-2、前置镜组5-1、后置镜组5-5、平面反射镜组5-3及调整隔圈5-4等组成，平面反射镜组5-3固定到折转镜架5-2安装位置处，且要求平面反射镜面5-3与折转镜架5-2中心轴线成45°安装且不能产生应力变形，将前置镜组5-1中的透镜按图纸要求装入折转镜架5-2中并固定可靠。最后将后置镜组5-5连同调整隔圈5-4同时装入折转镜架5-2中，使用连接螺钉5-6进行紧固。
步骤2：折转光路光学镜头5放置到光具座7的可调平台4上，升降可调平台4使折转光路光学镜头5与平行光管3中心高度等高且转光路光学镜头5物方正对平行光3管出光方向。将带显微镜头的CCD图像传感器6架设到光具座7的导轨上，且其中心高度与折转光路光学镜头5中心等高。
步骤3：开启高分辨率显示器8，在平行光管3物镜的物方焦平面处暂时不放置分划板，点亮光源1，经平行光管3物镜出射一束平行光束，该平行光束经折转光路光学镜头5后在其焦面位置处会聚成一个光斑，沿光具座7导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器6，使光斑清晰成像到带显微镜头的CCD图像传感器6靶面处并在高分辨率显示器8中显示出来。
步骤4：星点分划板2垂直放置到平行光管3物镜的物方焦平面处，使用光源1照亮星点孔，星点孔经平行光管3物镜成像于无穷远处,经折转光路光学镜头5成像后由带显微镜头的CCD图像传感器6接收，高分辨率显示器8显示出星点衍射光斑。
步骤5：如果前置镜组5-1与后置镜组5-5之间的光学间隔不满足系统要求，沿光具座7导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器6，观察离焦星点衍射光斑，其光斑的形状及能量分布依然是轴对称，但焦前和焦后对称截面的星点衍射像不对称，说明星点衍射光斑存在球差。增减调整隔圈5-4的厚度，反复观察焦前和焦后对称截面的星点衍射像是否对称，直至星点衍射像能量集中，焦前和焦后星点光斑对称，图像上表现为无球差星点衍射像时，表明前置镜组5-1和后置镜组5-5满足了折转光路光学镜头空气间隔要求，使用连接螺钉5-6紧固，即完成全部的精密装调操作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述折转光路光学镜头(5)包括：折转镜架(5-2)、前置镜组(5-1)、后置镜组(5-5)、平面反射镜组(5-3)及调整隔圈(5-4)；前置镜组(5-1)和后置镜组(5-5)设置为均可独立成完善像，平面反射镜组(5-3)固定到折转镜架(5-2)安装位置处；
步骤1：所述折转光路光学镜头(5)放置到光具座(7)的升降可调平台(4)上，升降可调平台(4)使折转光路光学镜头(5)与平行光管(3)中心高度等高、且折转光路光学镜头(5)物方正对平行光管(3)出光方向；
将带显微镜头的CCD图像传感器(6)架设到光具座(7)的导轨上，且显微镜头中心高度与折转光路光学镜头(5)中心等高；
步骤2：开启显示器(8)，在平行光管(3)物镜的物方焦平面处暂时不放置星点分划板(2)，点亮作为光源的照明装置(1)，经平行光管(3)物镜出射一束平行光束，该平行光束经折转光路光学镜头(5)后在其焦面位置处会聚成一个光斑，沿光具座(7)导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器(6)，使光斑清晰成像到CCD图像传感器(6)靶面处并在显示器(8)中显示出来；
步骤3：将星点分划板(2)垂直放置到平行光管(3)物镜的物方焦平面处，使用光源照亮星点孔，星点孔经平行光管(3)物镜成像于无穷远处,经折转光路光学镜头(5)成像后由带显微镜头的CCD图像传感器(6)接收，显示器(8)显示出星点衍射光斑；
步骤4：所述折转光路光学系统(5)的前置镜组(5-1)与后置镜组(5-5)之间的光学间隔若不满足系统要求，则沿光具座(7)导轨方向前后微调带显微镜头的CCD图像传感器(6)，并实时观察离焦星点衍射像，光斑的形状及能量分布依然是轴对称，但是焦前和焦后对称截面的星点衍射像不对称，说明星点衍射光斑存在球差；
增减调整隔圈(5-4)的厚度，反复观察焦前和焦后对称截面的星点衍射像是否对称，直至星点衍射像能量集中，焦前和焦后星点像对称，图像上表现为无球差星点衍射像时，表明前置镜组(5-1)和后置镜组(5-5)满足了折转光路光学镜头(5)空气间隔要求，完成既定装调目标。
2.如权利要求1所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述方法基于光学间隔装调误差消除装置来实施，所述光学间隔装调误差装置包括：照明装置(1)、星点分划板(2)、平行光管(3)、升降可调平台(4)、带显微镜头的CCD图像传感器(6)、光具座(7)、高分辨率显示器(8)。
3.如权利要求2所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述光具座(7)上设置有导轨。
4.如权利要求3所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述光具座(7)上的导轨延伸方向设置为与折转光路光学镜头(5)出射光路同轴。
5.如权利要求2所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述CCD图像传感器(6)上设置有带显微镜头。
6.如权利要求1所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述平面反射镜面(5-3)与折转镜架(5-2)设置为两者中心轴线成45°安装且不能产生应力变形，以满足反射镜的成像质量要求。
7.如权利要求1所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述步骤1之前，还包括装调前的预检测环节：
在装调之前，首先检测所述前置镜组(5-1)和后置镜组(5-5)的光学指标是否符合公差范围，在符合公差范围的情况下然后进行装配，装配后分别对前置镜组(5-1)和后置镜组(5-5)进行星点检测，要求星点能量集中，无轴外像差；然后将后置镜组(5-5)和调整隔圈(5-4)同时装入折转镜架(5-2)中，并进行紧固。
8.如权利要求7所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述光学指标包括透镜面形、中心厚、透镜中心偏。
9.如权利要求7所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，通过连接螺钉(5-6)将后置镜组(5-5)、调整隔圈(5-4)在折转镜架(5-2)中进行紧固。
10.如权利要求7所述的带有折转光路光学镜头消除光学间隔装调误差的方法，其特征在于，所述调整隔圈(5-4)设置为其厚度可增减调节。
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