CN116929722A - 一种测量多胶合透镜光轴的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量多胶合透镜光轴的方法。其步骤包括：确定基准透镜；胶合多组透镜；将胶合后的胶合透镜组放置于旋转平台上，测量胶合透镜组中基准透镜的外圆和水平端面，调整旋转平台使其径向跳动趋于0μm，确定机械中心轴线；测量其余透镜外圆的径向跳动，得到胶合透镜组的同轴度；若同轴度满足胶合指标，则输入胶合透镜组的面形数据并自动给出理论像点位置；使用定心仪测量胶合透镜组；使用定心仪分别测量各单透镜的光轴数据，使用拟合算法拟合出胶合透镜的等效光轴，并获得等效光轴的空间信息。采用本发明的方法，可以准确测量胶合透镜的胶合光轴精度数值。
Description
技术领域
本发明属于精密光学透镜检测领域，具体涉及一种测量多胶合透镜光轴的方法，主要用来检测胶合透镜加工胶合精度，特别适用于测量多胶合透镜的胶合精度数值。
背景技术
胶合透镜用于最大程度减少或者消除色差，也有助于最大程度的减少球差，胶合透镜的制造过程将两个及以上透镜胶合起来。随着现代光学科技的发展，胶合透镜因其较好的光学性能在光学系统中的应用越来越广泛，胶合透镜由多个单透镜胶合而成，考察多胶合透镜的光学指标主要集中在胶合光轴精度(如偏心优于5μm、倾斜优于10角秒)，同轴度优于3μm(将其中一个透镜作为基准，测量其他透镜与基准透镜的同轴度)，胶合透镜的光轴等效为其组成的单透镜光轴共同拟合而成，因此如何将多个光轴准确拟合出胶合光轴并检测其倾斜与偏心数据就显得至关重要。
目前胶合透镜测量面临以下几个问题：
(1)现有仪器只能对单个透镜测量其球心像点或顶点像点，通过其距离以及旋转半径测算其光轴精度；
(2)目前胶合透镜的指标不光要求单透镜的倾斜偏心数据，更重要的是胶合透镜的胶合精度要求(光轴精度)，使用定心仪对多个单透镜进行测量，即使单个透镜光轴精度(偏心、倾斜)达到要求数值，还是需要测量胶合透镜的光轴精度数值；
(3)目前对于胶合透镜的胶合精度的测量方法有两种：一个是将其中一个透镜作为基准，即通过调整平台的倾斜与偏心将基准透镜的光轴倾斜调整至零位，然后测量其他透镜的光轴精度，即比较其余光轴与基准透镜零位光轴的夹角是否满足指标要求的胶合精度(可以将基准透镜的零位光轴等同于下述的机械中心轴线)；另外一个是将胶合透镜的外圆及水平端面作为基准，确定机械中心轴线，然后测量各光轴的精度，即比较各光轴与机械中心轴线的夹角；
(4)当采用上述(3)中第一个测量方法，调整基准透镜，通过调整平台的倾斜与偏心将基准透镜的光轴倾斜调整至零位，这就意味着胶合透镜不以外圆与台阶端面为装配基准，那么胶合透镜装框后，仍需要调整外框结构，保证光轴精度，这将增加光学系统的装调难度。
发明内容
为克服上述现有技术存在的问题，即为了准确测量胶合透镜的胶合光轴精度数值，本发明提供一种多胶合透镜光轴拟合的新方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种测量多胶合透镜光轴的方法，包括如下步骤：
步骤1、确定基准透镜；
步骤2、采用通用工艺胶合多组透镜，其中包括基准透镜和其余透镜；
步骤3、将胶合后的胶合透镜组放置于旋转平台上，测量胶合透镜组中基准透镜的外圆和水平端面，调整旋转平台使其径向跳动趋于0μm，即将胶合透镜组的外圆与水平端面作为基准，确定机械中心轴线；
步骤4、测量其余透镜外圆的径向跳动，测量并给出胶合透镜组的同轴度；
步骤5、若同轴度满足胶合指标，则进行下一步；若不满足胶合指标，则重新胶合；
步骤6、使用高精度定心仪输入胶合透镜组的面形数据，所述面形数据包括胶合透镜组的曲率半径、材料、通光口径、中心厚度，高精度定心仪的自带软件将自动给出理论像点位置；
步骤7、使用定心仪测量胶合透镜组：高精度定心仪的自带软件自动计算理论球心像点位置，高精度定心仪配置的电机驱动自带的镜头移动到各像点高度，使旋转平台旋转，像点做圆周运动，定心仪分别检测出单透镜光轴偏心及倾斜数据；
步骤8、使用定心仪分别测量各单透镜的光轴数据，所述光轴定义为两像点之间的连线，即获得光轴的空间位置数据，所述空间位置数据包括两个球心像点的位置高度、光轴与机械中心轴的空间夹角，将获得的数据表导入工具软件中，并且获得多个单透镜光轴的空间位置数据，一个单透镜对应一个光轴，使用MATLAB软件将多个光轴复现，并利用MATLAB拟合算法拟合出胶合透镜多个光轴的等效光轴，并获得等效光轴的空间信息，判断是否满足加工指标要求。
进一步的，步骤1中，多个透镜进行胶合时，选用中间透镜为基准透镜；双透镜进行胶合时，选取水平端面易测量的透镜为基准透镜。
进一步的，步骤3中，使用测微仪对胶合透镜中的基准透镜外圆及水平端面进行测量；步骤4中，使用测微仪测量其余透镜外圆的径向跳动，测量并给出胶合透镜同轴度。
进一步的，步骤8中，所述工具软件包括MATLAB算法工具软件。
进一步的，步骤8中，所述光轴的空间位置数据包括像点高度、在x-z面上与机械中心轴线的夹角、在y-z面上与机械中心轴线的夹角。
进一步的，步骤8中，所述拟合算法包括最小二乘法。
进一步的，步骤8中，所述等效光轴的空间信息包括胶合光轴相对于机械中心轴线的倾斜与偏心。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
现有的测量胶合透镜的方法主要是测量单个透镜，然后选择某个基准透镜后，调整平台平移以及倾斜将基准透镜的光轴倾斜角度调整至零后(即将基准光轴与机械中心轴线重合)，测量其他透镜光轴与机械中心轴线夹角，是否满足胶合精度指标。这种方法是一种比较简易的测量胶合透镜胶合精度(胶合光轴的倾斜指标)，存在以下问题：调整平台将基准透镜光轴倾斜调整至零，费时费力，且不可能调整至零，始终存在误差，导致测量不准确，尤其是胶合精度要求较高的情况。本发明的优点在于无需调整基准透镜的光轴至零位，只需使用高精度定心仪依次测量透镜的光轴数据(倾斜及偏心)，将多组光轴数据(空间位置信息)导出进MATLAB中，利用拟合算法拟合出胶合透镜的等效光轴，求出拟合出的光轴与机械中心轴线的夹角，即为胶合透镜的胶合精度。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是胶合透镜的结构示意图；
图3是测微仪-基准透镜径向跳动趋近为零示意图；
图4是定心仪面形数据图；
图5是单透镜光轴的空间位置图；
图6是光轴复现及拟合光轴数据处理示意图。
图中标记：1、胶合透镜机械中心轴线；2、基准透镜水平端面；3、基准透镜外圆；4、其余透镜外圆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明一种测量多胶合透镜光轴的方法的整体流程如图1所示。该方法具体包括如下步骤：
步骤1、确定基准透镜，基准透镜的选定一般遵循以下原则：(1)多胶合时尽量选用中间透镜为基准透镜，这样做的有利原因是胶合误差的控制，以中间透镜为基准零位，上下方向的透镜胶合时同轴度误差控制较好；(2)双胶合透镜时，选取水平端面易测量的透镜为基准透镜，这样做的有利原因是可以将胶合透镜的外圆及水平端面作为基准，确定机械中心轴线，定量的比较各光轴与机械轴线的夹角精度；
步骤2、基准透镜确定后，采用通用工艺胶合多组透镜；
步骤3、以双胶合透镜为例(如图2所示，包括胶合透镜机械中心轴线1、基准透镜水平端面2、基准透镜外圆3、其余透镜外圆4)，将胶合透镜放置于旋转平台上，使用测微仪对胶合透镜中的基准透镜外圆及水平端面进行测量，调整旋转平台使其径向跳动趋于0μm，即将胶合透镜的外圆与水平端面作为基准，确定机械中心轴线；
步骤4、测微仪测量其余透镜外圆的径向跳动，测量并给出胶合透镜同轴度(如图3所示)；
步骤5、若同轴度满足胶合指标(如：同轴度要求±5μm)，则进行下一步；若超差，则重新胶合；
步骤6、输入胶合透镜面形数据并自动给出理论像点位置；
步骤7、使用高精度定心仪测量胶合透镜：手动输入胶合透镜面形数据(面形、曲率、厚度、材料折射率)，如图4所示，软件自动计算理论球心像点位置，移动高精度定心仪配置的电机，使CCD探测镜头移动到各像点高度，依次采集各个像点，旋转平台，像点做圆周运动，分别记录各个单透镜光轴偏心及倾斜数据(单光轴即为两个面的像点连线)；
步骤8、使用定心仪分别测量各单透镜的光轴偏心及倾斜数据，将数据表导进如MATLAB等算法工具软件中(如图5)，并且获得光轴的空间位置数据(即像点高度、在x-z面与机械轴夹角、在y-z面上与机械轴夹角)，透镜的偏心数据如下表所示(其中：从左至右依次为偏心(x/y方向分量)、倾斜(x/y方向分量))：
| 透镜 | 偏心x分量 | 偏心y分量 | 倾斜x分量 | 倾斜y分量 |
| 1# | -0.3 | -0.2 | -1.7 | -0.1 |
| 2# | 0.3 | -0.2 | 1.7 | 0.2 |
将光轴复现，使用最小二乘法等拟合算法拟合出胶合透镜的等效光轴，并获得等效光轴的空间信息(如：胶合光轴相对于机械轴的倾斜与偏心)，最后给出拟合出的光轴的偏心倾斜数据，如图6所示，倾斜数值在8角秒以内，则判断满足加工指标要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定基准透镜；
步骤2、采用通用工艺胶合多组透镜，其中包括基准透镜和其余透镜；
步骤3、将胶合后的胶合透镜组放置于旋转平台上，测量胶合透镜组中基准透镜的外圆和水平端面，调整旋转平台使其径向跳动趋于0μm，即将胶合透镜组的外圆与水平端面作为基准，确定机械中心轴线；
步骤4、测量其余透镜外圆的径向跳动，测量并给出胶合透镜组的同轴度；
步骤5、若同轴度满足胶合指标，则进行下一步；若不满足胶合指标，则重新胶合；
步骤6、使用高精度定心仪输入胶合透镜组的面形数据，所述面形数据包括胶合透镜组的曲率半径、材料、通光口径、中心厚度，高精度定心仪的自带软件将自动给出理论像点位置；
步骤7、使用定心仪测量胶合透镜组：高精度定心仪的自带软件自动计算理论球心像点位置，高精度定心仪配置的电机驱动自带的镜头移动到各像点高度，使旋转平台旋转，像点做圆周运动，定心仪分别检测出单透镜光轴偏心及倾斜数据；
步骤8、使用定心仪分别测量各单透镜的光轴数据，所述光轴定义为两像点之间的连线，即获得光轴的空间位置数据，所述空间位置数据包括两个球心像点的位置高度、光轴与机械中心轴的空间夹角，将获得的数据表导入工具软件中，并且获得多个单透镜光轴的空间位置数据，一个单透镜对应一个光轴，使用MATLAB软件将多个光轴复现，并利用MATLAB拟合算法拟合出胶合透镜多个光轴的等效光轴，并获得等效光轴的空间信息，判断是否满足加工指标要求。
2.根据权利要求1所述的一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，步骤1中，多个透镜进行胶合时，选用中间透镜为基准透镜；双透镜进行胶合时，选取水平端面易测量的透镜为基准透镜。
3.根据权利要求1所述的一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，步骤3中，使用测微仪对胶合透镜中的基准透镜外圆及水平端面进行测量；步骤4中，使用测微仪测量其余透镜外圆的径向跳动，测量并给出胶合透镜同轴度。
4.根据权利要求1所述的一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，步骤8中，所述工具软件包括MATLAB算法工具软件。
5.根据权利要求1所述的一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，步骤8中，所述光轴的空间位置数据包括像点高度、在x-z面上与机械中心轴线的夹角、在y-z面上与机械中心轴线的夹角。
6.根据权利要求1所述的一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，步骤8中，所述拟合算法包括最小二乘法。
7.根据权利要求1所述的一种测量多胶合透镜光轴的方法，其特征在于，步骤8中，所述等效光轴的空间信息包括胶合光轴相对于机械中心轴线的倾斜与偏心。
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