CN213812182U - 一种双模式中心偏测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双模式中心偏测量系统，包括准直仪和自准直仪，其中准直仪用于在透射模式时投射带十字线的平行光束到待测透镜上，并在待测透镜的焦面上呈现十字线像；自准直仪至少包括设置于内部的图像传感器和设置于前端的透镜头，自准直仪在透射模式时，用于将待测透镜的焦面上呈现的十字线像通过透镜头显现给图像传感器，从而得到待测透镜的中心偏差；自准直仪在反射模式时，用于投射带十字线的光束并垂直入射到待测透镜的被测面上，反射光通过透镜头将十字线像显现给图像传感器，从而得到待测透镜被测面的倾斜度和中心偏差。

Description

一种双模式中心偏测量系统

技术领域

本实用新型涉及以采用光学方法为特征的计量设备技术领域，尤其涉及一种双模式中心偏测量系统。

背景技术

现代光学镜头和系统已经成为了集精密机械、光学、软件和电子技术等的综合体系，典型的现代光学镜头如图1所示，一般皆由多组镜片构成，结构十分复杂。决定其性能的关键环节仍可抽象为：设计、加工、装调。并且伴随着计算机硬件和软件的发展，设计、加工环节已经不再是制约光学系统性能的原因。这是因为多种专业光学设计软件的出现，如：LightTools、TracePro、OSLO等，能够进行精确的光线追踪和系统优化，可直接将设计的光学系统MTF曲线优化到逼近衍射极限，因此设计环节已经不是制约光学系统性能的环节。性能优异的精密加工机床、精密检测设备。过程检验伴随着加工全过程，加工出的镜片精度已经能够得到保证。

因此装调环节成为了几乎是决定光学系统性能的唯一环节，而该环节中主要的挑战就是多镜头的中心偏差控制。例如现代光刻设备的核心-光刻镜头，其由几十片镜片组成，结构十分复杂，只有精密测定每片镜片的中心偏差，并严格控制所有镜片的相对位置，才能完全呈现光学系统设计的基础条件-镜片系光轴唯一性，从而消除中心偏差导致的像散性和不对称畸变，达到光学系统的设计指标。光学中心偏测量仪就是用于精密测定镜片或光学系统中心偏差的设备，已经成为现代光学系统装调中必不可少的仪器。

光学中心偏测量仪同时也是现代光学产品量产必须的检测装调设备。德国蔡司、日本尼康、佳能都已经具备稳定供应193nm光刻镜头的能力。在日本，以SIGMA公司为例，其一家光学镜头生产厂使用先进的装调技术和设备，实现了大规模的镜头制造，月产值能达到惊人的8万件，在无专业装调设备的情况下，是绝对无法实现的。

光学中心偏测量技术和设备的发展，也推动了光学系统装调新工艺方法的发展。新的工艺，即：测量和分析中心偏误差；建立系统中心偏误差分布模型；分配合理的公差。

对光学系统中心偏差的测量控制需求，是随着光学系统复杂化、性能要求极端化逐渐出现的。20世纪70年代开始，半导体、光电探测器件开始应用于光学中心偏测量设备中，该类设备开始逐渐高精度、智能化。设备的结构构成、测量光路原理和结构逐步确定，例如典型的反射式准直成像法原理的中心偏测量设备具有如图2所示的结构，其典型的测量光路如图3所示。反射式准直成像法测量原理采用自准直光路，被测镜片或镜片组放置于精密转动台上，并且该转台的机械转轴作为测量基准轴，通过自准像在CCD探测器上的偏移可推算出被测光学器件的中心偏误差值。分划板上的十字图案形成自准像。

我国相对欧美、日本，在光学中心偏测量理论研究和仪器研发方面起步较晚。1987年才开始实行透镜中心误差国家标准。在近年国内开展的一些大口径、高精度、高分辨率光学系统研发工作中，开始逐渐重视光学中心偏差问题，并列为重点解决的问题之一。但目前仍由于缺少投资等原因，在产业化方面几乎没有建树，国内研发的产品只是国外商用产品的跟踪和复现，这也导致与此同步的高精度光学系统装调工艺水平也发展较慢。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种双模式中心偏测量系统，具有两种中心偏测量模式即透射模式和反射模式，该双模式中心偏测量系统包括：

准直仪，用于在透射模式时投射带十字线的平行光束到待测透镜上，并在待测透镜的焦面上呈现十字线像；

自准直仪，所述自准直仪至少包括设置于内部的图像传感器和设置于前端的透镜头，所述自准直仪在透射模式时，用于将待测透镜的焦面上呈现的十字线像通过所述透镜头显现给所述图像传感器，从而得到待测透镜的中心偏差；所述自准直仪在反射模式时，用于投射带十字线的光束并垂直入射到待测透镜的被测面上，反射光通过所述透镜头将十字线像显现给所述图像传感器，从而得到待测透镜被测面的倾斜度和中心偏差。

进一步的，透射模式时，所述透镜头与待测透镜的焦点重合。

进一步的，反射模式时，所述透镜头的焦点与待测透镜的被测面曲率中心重合。

进一步的，所述透镜头为可拆卸式设置，并能够设置为长焦镜头或短焦镜头。

进一步的，所述透镜头为焦距可调节的变焦透镜。

进一步的，所述图像传感器采用CCD探测器。

进一步的，还包括平面反射镜，用于将所述准直仪投射的带十字线的平行光束反射到待测透镜上，并在待测透镜的焦面上呈现十字线像。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的双模式中心偏测量系统集成了透射模式和反射模式两种中心偏测量方式，一方面，利用透射模式方便多个透镜的快速装配；另一方面，在装配完成之后，使用反射模式，可以直接对装配的各个透镜进行中心检验。因此，本实用新型同时具备检验、装配的用途，能大大提高镜头设备的成品装配效率。

附图说明

图1典型的现代光学镜头结构简图；

图2典型的反射式准直成像法原理的中心偏测量设备结构示意图；

图3反射式准直成像法原理图；

图4本实用新型实施例的双模式中心偏测量系统的透射模式原理图；

图5本实用新型实施例的双模式中心偏测量系统的反射模式原理图；

图6本实用新型实施例中反射模式下待测透镜的被测面为凹面时的

光路图；

图7本实用新型实施例中反射模式下待测透镜的被测面为凸面时的光路图；

附图标记：011-结组1，012-结组2，013-结组3，014-结组4；021-中心偏测量仪，022-前置物镜，023-透镜，024-平晶，025-中心偏夹具，026-一维平移台，027-气浮平台；031-CCD，032-耦合透镜，033-分划板，034-分束器，035-透镜组，036-被测透镜，037-光源；1- 准直仪，2-自准直仪，201-透镜头，3-待测透镜，301-待测透镜的被测面。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本实用新型的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种双模式中心偏测量系统，包括准直仪1和自准直仪2，其中自准直仪2至少包括设置于内部的图像传感器和设置于前端的透镜头201，该准直仪1和自准直仪2的组合可以提供两种中心偏测量模式，即透射模式和反射模式，其工作原理如下：

透射模式：如图4所示，准直仪1投射带十字线的平行光束到待测透镜3上，并在待测透镜3的焦面上呈现十字线像，自准直仪2将该十字线像通过透镜头201显现给图像传感器，从而得到待测透镜3的中心偏差；

反射模式：如图5所示，自准直仪2投射带十字线的光束并垂直入射到待测透镜3的被测面301上，反射光通过透镜头201将十字线像显现给图像传感器，从而得到待测透镜3被测面301的倾斜度和中心偏差。

其中，透射模式直接根据最终成像结果进行判断是否存在中心偏差，此模式模式方便多个透镜的快速装配，但缺点是成像会受透镜本身的面型影响。为了解决该问题，本实用新型提供了反射模式，该反射模式根据反射的十字线像在透镜转动时形成的圆周半径进行判断，其不受透镜本身面型影响，故在装配完成之后，使用反射模式可以直接对装配的各个透镜进行中心检验。因此，本实用新型同时具备检验、装配的用途，能大大提高镜头设备的成品装配效率。

具体的，采用透射模式测量时，需调整透镜头201与待测透镜3 的焦点至重合。透镜头201的选取比较自由，但为了方便找焦点即找像：

在本实用新型的一个优选实施例中，透镜头201为可拆卸式设置，先选择大视场(长焦)的透镜头201，找到像后把像调整到中间，再换上大倍率(短焦)的透镜头201，进行测量，以提高测量精度。

在本实用新型的另一个优选实施例中，透镜头201为焦距可调节的变焦透镜，先将变焦透镜调至长焦，找到像后把像调整到中间，再将变焦透镜调至短焦，进行测量，以提高测量精度。

反射模式下有两种情况，一是待测透镜3的被测面301为凹面，一是待测透镜3的被测面301为凸面。

(1)待测透镜3的被测面301为凹面时

光束从自准直仪2发出，十字线像聚焦到待测透镜3的被测面301 曲率中心，图像经透镜头201反射，显现在图像传感器上，从而可描绘出倾斜面的准据和单独的中心偏差。如图6所示，待测透镜3的被测面301曲率中心应调至与透镜头201焦点重合，自准直仪2出射光线先汇聚到焦点，然后继续垂直入射至被测面301后，原路返回。

此时透镜头201的选取同透射模式。

(2)待测透镜3的被测面301为凸面时

如图7所示，待测透镜3的被测面301曲率中心应调至与透镜头201 焦点重合，自准直仪2出射光线垂直入射至被测面301后，原路返回。

此时透镜头201的焦点位于待测透镜3被测面301的相对侧，如果透镜头201焦距太短，有可能找不到像，所以需要选择足够长焦的透镜头201。

在本实用新型的又一个优选实施例中，图像传感器采用CCD探测器，具体采用CCD相机或CCD芯片实现。

在本实用新型的再一个优选实施例中，如图4所示，该双模式中心偏测量系统还包括平面反射镜，用于将准直仪1投射的带十字线的平行光束反射到待测透镜3上，并在待测透镜3的焦面上呈现十字线像。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是本实用新型使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。

Claims (7)

1.一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，包括：

准直仪，用于在透射模式时投射带十字线的平行光束到待测透镜上，并在待测透镜的焦面上呈现十字线像；

自准直仪，所述自准直仪至少包括设置于内部的图像传感器和设置于前端的透镜头，所述自准直仪在透射模式时，用于将待测透镜的焦面上呈现的十字线像通过所述透镜头显现给所述图像传感器，从而得到待测透镜的中心偏差；所述自准直仪在反射模式时，用于投射带十字线的光束并垂直入射到待测透镜的被测面上，反射光通过所述透镜头将十字线像显现给所述图像传感器，从而得到待测透镜被测面的倾斜度和中心偏差。

2.根据权利要求1所述的一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，透射模式时，所述透镜头与待测透镜的焦点重合。

3.根据权利要求1所述的一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，反射模式时，所述透镜头的焦点与待测透镜的被测面曲率中心重合。

4.根据权利要求2或3任一项所述的一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，所述透镜头为可拆卸式设置，并能够设置为长焦镜头或短焦镜头。

5.根据权利要求2或3任一项所述的一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，所述透镜头为焦距可调节的变焦透镜。

6.根据权利要求1～3任一项所述的一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，所述图像传感器采用CCD探测器。

7.根据权利要求1～3任一项所述的一种双模式中心偏测量系统，其特征在于，还包括平面反射镜，用于将所述准直仪投射的带十字线的平行光束反射到待测透镜上，并在待测透镜的焦面上呈现十字线像。

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