CN116413881A - 三光束透镜组定心装调方法 - Google Patents

Abstract

三光束透镜组定心装调方法涉及光学装调技术领域，解决了现有需要研发一种兼顾装调效率和定心精度的装调方法的问题，包括如下步骤：将第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束照射到待装调的透镜组上，所述第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束互不重合；转动透镜组或装调光束出射装置，观察转动时装调光束经透镜组透射后出射光束的光斑；根据光斑随着转动的变化，调整透镜组中的透镜，直至光斑不随转动而变化，则装调完成；所述装调光束出射装置能够出射第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束，第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束不重合。本发明利用光学玻璃的折射特性和回转对称性，能够保证定心精度且装调效率高。

Description

三光束透镜组定心装调方法

技术领域

本发明涉及光学装调技术领域，具体涉及三光束透镜组定心装调方法。

背景技术

随着光学技术、电子技术和精密加工技术的迅猛发展，光学系统越来越广泛的应用于航空航天、工业和民用等领域中，也就导致对光学系统成像质量、定位准确度的需求与日俱增，对于光学系统的综合性能、质量稳定性的要求也日益严苛。光学系统主要由光学镜头(透镜组)、机械部件和光电探测器组成，透镜组镜头是光学系统的最关键部分，其光学性能在很大程度上影响光学系统的综合性能。为了满足光学系统的高质量要求，需要对其透镜组包括设计、加工以及装调进行细致的优化。

透镜组的装调检测在光学系统设计时就要求进行充分的考虑，并且要结合机械结构设计，需要对光学透镜组、隔圈、光学镜筒等零件进行结构设计、确定配合精度，同时使用相关检测设备对光学透镜组的装调检测过程进行侧量。透镜组的装调往往是整个光学系统生成制造过程中的最后一步，同时也是直接影响整个光学系统性能和精度指标的关键环节，如何把诸多精密的光学透镜和机械结构间，按照设计要求进行装配，准确可靠的完成精密装调对光学镜头的生产制造过程来说是十分重要的。

此外在较多透镜组成的透镜组光学系统的装调中，光学透镜组与镜筒完成对位装配后，还需要保证定心精度。定心精度是光学系统装调中至关重要的参数指标，在系统的光学设计时就要充分考虑。定心精度表征的是光学透镜各个透镜的光轴一致性。由于配合间隙的存在，各个光学透镜的光轴相对于基准轴会产生平移、倾斜或者两者兼有的中心偏差。透镜的中心偏差会直接影响定心精度，破坏光学系统的共轴性和对称性，中心偏差还会对光学调制传递函数MTF造成影响，时光学系统产生像差，影响系统的光学质量。因此在光学透镜加工完成后，还要对透镜组进行定心装调检测。

从目前精密光学镜头制造行业现状看，光学镜头的装调主要通过操作经验丰富的技术人员，辅以相关的光学检测仪器完成。近年来为了高效、精确的进行光学系统定心调校，国内外高校和研究机构都对透镜组的精密定心技术进行了相关研究。并且研制了全自动化、半自动化的装配实验样机或者装配系统，旨在代替手工装配，提高装配精度和装配效率。目前较为成熟的透镜组定心装调采用的是定心仪装调，通过一束和回转轴重合的光束进行光轴的标校，再通过调整透镜的空间位置确定各个光学透镜的光轴。

目前比较成熟的透镜组装调方法采用和高精度转台同轴的光源，在透镜组按顺序装调时在另一侧回转轴方向安装成像相机，当透镜回转时如果透镜存在位置偏差，那么相机成像点就会随着移动并且在屏幕上划规则的圆圈，作为调整透镜偏心和倾斜的依据，这种装调方法可以得到较高的定心精度，但是在装调不用透镜的时候，需要频繁更换成像相机镜头，这个过程不仅使装调效率下降，同时也会可能出现成像相机镜头和像点不匹配，从而不能检测的情况。

因此，需要研发一种兼顾装调效率和定心精度的装调方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供三光束透镜组定心装调方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

三光束透镜组定心装调方法，包括如下步骤：

将第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束照射到待装调的透镜组上，所述第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束互不重合；

转动透镜组或装调光束出射装置，观察转动时装调光束经透镜组透射后出射光束的光斑；根据光斑随着转动的变化，调整透镜组中的透镜，直至光斑不随转动而变化，则装调完成；所述装调光束出射装置能够出射第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束，第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束不重合。

本发明的有益效果是：

本发明的三光束透镜组定心装调方法采用多光束定心装调技术，解决了透镜组高精度装调效率低的问题，利用光学玻璃的折射特性和回转对称性，只需要采用现有满足装调精度的转台等实现透镜组或装调光束出射装置的转动，以及三个激光光束即可完成透镜组的定心装调工作，能够保证定心精度且装调效率高。

附图说明

图1为本发明的三光束透镜组定心装调方法的应用示意图。

其中，1、装调光束，2、转台，3、镜筒，4、第一片透镜，5、第二片透镜，6、第三片透镜，7、第四片透镜。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

三光束透镜组定心装调方法，包括如下步骤：

将装调光束1照射到待装调透镜组上，所述装调光束1包括第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束；

转动透镜组或装调光束出射装置，观察转动时装调光束经透镜组透射后出射光束的光斑；根据随着转动导致的光斑的变化情况，调整透镜组中的透镜，直至光斑不随转动而变化，则装调完成，所述第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束绕转动轴周向设置。

上述装调光束出射装置的转动，装调光束出射装置可以是激光器，也可以是装调光束的出射光纤，将装调光束出射装置设置在同一转台2上，以实现每一束装调光束1的同步、绕同一转动中心轴转动。下面以装调光束1不转动，透镜组转动为例进行详述。

三光束透镜组定心装调方法包括：

步骤一、将待装调光学装置置于在转台2上，可通过固定装置可拆卸的将装调光学装置固定在转台2上，通常转台2采用定心仪。所述待装调的透镜组均安装在待装调光学装置的透镜安装位上，透镜组对应转台2的回转轴，即对应转动的轴线设置。

步骤二、将第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束照射到待装调透镜组上，所述第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束三者互不重合；

步骤三、转动转台2，观察经装调光束1经透镜组透射后出射光束的光斑；根据随着转台2转动光斑的变化，调整透镜组中的透镜，直至光斑不随转台2的转动而变化，装调完成。

所述步骤三中包括根据光斑随着转台2转动所呈的变化，调整第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束中部分或全部光束角度和位置的步骤。

优选的是，第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束绕转台2回转轴周向设置。

仅装调一片透镜时也可采用这一方法。

本发明先确保待装调光学装置安装在转台2上，装调的目标是透镜组装调后的理论光轴和转台2回转轴重合，因此将待装调光学装置安装在转台2上时，尽可能的使透镜的中心位于回转轴上。装调光束1至少采用3束，分别称之为第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束，第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束绕转台2回转轴周向设置，装调光束1均能够经过透镜组透射得到出射光束，对出射光束进行接收即得到出射光束的光斑。第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束绕转台2回转轴周向设置，每束装调光束1均和转台2回转轴的夹角大于等于0°小于90°，也就是不平行于回转轴。通常第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束互成约120°夹角。转动转台2，观察装调光束经透镜组透射后出射光束的光斑；根据光斑随着转台2转动所呈的变化，调整透镜的位置，直至透镜组的光轴和转台2回转轴重合，也就是直至光斑不再随着转台2的转动进行有规律的抖动。

可以逐一安装透镜逐一装调，也可以经透镜组中所有透镜都同时安装镜筒3上，再统一装调。下面以逐一安装透镜逐一装调为例详述步骤，对所述透镜组的装调顺序为：

S1、镜壳上安装有待调整的透镜，待装调完成后，进行S2；

S2、再在镜壳上安装N片待调整的透镜，N为正整数；

S3、对镜壳中最新安装的透镜进行装调，待装调完成后返回S2，直至所有透镜均装调完毕完成。

本发明三光束透镜组定心装调方法，用于可见光透镜组的装调，利用透镜元件的回转对称性，使用三束激光光束以一定角度照射到待装调透镜，以及满足装调精度的高精度转台2即可完成透镜组的快速装调。可见光透镜至少一个面为球面，大多数为两个工作表面皆为球面，这就导致激光光束通过透镜后存在一定的角度偏差。这种角度偏差如果在每片透镜装调完毕后应该是固定的。三束出射激光光束如果随着转台2的转动进行有规律的抖动，则可以判定透镜在装调的过程中存在偏差，进而对透镜的偏心和倾斜进行装调指导。

三束激光光束可以在透镜组装调的过程中进行角度调节，以满足不同透镜出射点的位置要求。另外本发明的装调方法中，入射的激光光束的位置不必和定心仪的回转轴重合，只要入射到要装调的透镜组即可，存在一定角度和位置偏差都可接受，冗余较大。三束激光光束各成一定角度，不与待装调光学装置同步转动。如图1，以装调第一片透镜4为例，三束激光光束入射到待装调透镜后，光线按照折射定律出射光束仍然按照各自的角度进行传播，这时回转转台2，如果透镜不存在偏心和倾斜偏差，则透镜两个面的光轴和回转轴重合即；透镜如果存在偏心和倾斜误差则各个出射激光光束会随着转台2的转动呈现有规律的变化，即知道透镜的偏心和倾斜偏差，进而可以通过调整透镜的倾斜和偏心将透镜装调误差调到最小，即当透镜随着转台2转动时，三束出射激光光束位置不随之变时，该透镜装调完毕。之后所有透镜组以此类推，同样根据出射激光光束的运动进行判断并装调。如果有负光焦度的透镜，按照几何光学理论，激光光束也同样会继续传播，因此可进行负光焦度透镜的装调。重复以上装调步骤即可将所有透镜进行装调。该方法和传统定心装调的区别和优势在于不需要频繁更换装调镜头，也不需要和转台2回转轴重合的基准光束，可以有效提高透镜组的装调效率。

采用本方案进行透镜组装调检测需要转台2，三束可见光装调激光光束，并且方向可调，将激光光源安装在转台2下方且激光光速方向对向透镜组，激光光源不随转台2转动。在开始装调透镜前，先调整激光光束角度。如果需要调整的透镜较多，则激光光束和转台2回转轴的角度应小一些，如果需要装调的透镜较少，则激光光束角度可以适当增大。首先将镜壳(即待装调光学装置)的机械中心轴和转台2对正，可以采用打表的方式进行调整，在镜壳和转台2的回转中心调正后，将镜壳和转台2固定好，以免后续安装透镜时晃动影响装调精度。安装第一片透镜4时，由于透镜的两个面的一个面应该为球面，因此透镜具有一定的光焦度，因此激光光束经过透镜后会发生偏折，入射角度越大偏折越大。这时旋转转台2，如果待装调透镜的空间位置和回转轴存在偏差，也就是透镜的回转中心和转台2的回转中心不一致时，激光入射光线相对于透镜的入射角度就会发生变化，因此出射光束也会发生变化，这种变化会随着转台2的转动周期性改变。调整透镜的倾斜和平移将透镜的回转中心和转台2的回转中心重合，那么该透镜装调完毕。在进行第二片透镜5装调前，应该将激光光束进行适当的调整，透镜边缘在旋转过程中的晃动量最大，因此调整到出射光束接近透镜边缘为准。继续转动转台2，则可以调整第二片透镜5的偏心和倾斜使之达到精度要求。以此类推，则可以将第三片透镜6、和第四片透镜7装调完毕。在装调的过程如果存在负光焦度透镜，该方法同样适用。在转台2旋转的过程中，三束激光光束经过透镜后会随着转台2的旋转有规律的晃动，因此会给透镜的装调进行非常直观的指导。这里需要注意的是，因为尽量分散的角度可以将待装调透镜两维的偏心和倾斜的偏差量放大，三束激光光束的出射角度应该成约120°，并且每次装调透镜时，都要将激光光束调整至待装调透镜边缘。

本发明采用多光束定心装调技术，解决了透镜组高精度装调效率低的问题，利用光学玻璃的折射特性和回转对称性，只需要采用现有满足装调精度的转台2实现透镜组或装调光束出射装置的转动，以及三个激光光束即可完成透镜组的定心装调工作。

Claims (7)

1.三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，包括如下步骤：

将第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束照射到待装调的透镜组上，所述第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束互不重合；

转动透镜组或装调光束出射装置，观察转动时装调光束经透镜组透射后出射光束的光斑；根据光斑随着转动的变化，调整透镜组中的透镜，直至光斑不随转动而变化，则装调完成；所述装调光束出射装置能够出射第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束，第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束不重合。

2.如权利要求1所述的三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，所述第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束绕转动轴周向设置。

3.如权利要求1所述的三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，所述待装调的透镜组置于转台上，所述转动透镜组或装调光束出射装置具体为通过转台转动透镜组。

4.如权利要求1所述的三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，还包括根据光斑随着转动的变化调整第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束中部分或全部光束角度和位置的步骤。

5.如权利要求1所述的三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，第一装调光束、第二装调光束和第三装调光束互成120°夹角。

6.如权利要求1所述的三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，所述出射光束接近最外侧透镜的边缘，所述最外侧透镜为距离所述光斑最近的透镜。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的三光束透镜组定心装调方法，其特征在于，对所述透镜组的装调顺序为：

S1、镜壳上安装有待调整的透镜，待装调完成后，进行S2；

S2、再在镜壳上安装N片待调整的透镜，N为正整数；

S3、对镜壳中最新安装的透镜进行装调，待装调完成后返回S2，直至所有透镜均装调完毕完成。

Images