CN220104459U - 一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，本装置由自准直仪、多焦点环带透镜、精密五维调整架、待测透镜组、镜座、调平调心装置、空气轴承、位移传感器、大理石框架、图像显示***、定中定位测量分析***组成，将镜座安装在空气轴承的调心调平装置上，并通过位移传感器调至镜座的中心轴和空气轴承的中心轴重合，镜片上表面的球心位于多焦点环带透镜的焦点附近，不需调节多焦点环带透镜的位置就可以实现镜片的快速定中，大幅缩减高精度镜片的装调时间；通过图像处理与显示***分析十字分化丝的边缘扩散函数，从而计算出镜片的轴向装配误差，本实用新型解决了光学镜片定中定位精度低、装配效率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学检测技术领域，特别涉及一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置。
背景技术
光学透镜是一种具有前后两个曲面(或平面)边界的光学元件，能够折射和聚焦光线。光学透镜组是由两个或两个以上的光学透镜组成的集合，通过组合不同的透镜来实现特定的光学功能和性能，常用于工业相机、望远镜、显微镜、照明***等光学***，在设计装配与实际使用时，光学透镜组的定中(所有透镜的圆心在一条直线)非常重要，否则会影响光线正确通过透镜组并聚焦到成像平面上，进而影响光学***的性能和成像质量。
常用的定中方法是使用定中仪，光源发出的光线经过准直***后产生平行光，之后经过一个单一焦点的聚焦透镜会聚光线，当聚焦光线的焦点与透镜表面圆心重合时会反射一部分光线沿原路返回，通过观察光斑是否会随透镜旋转改变中心位置即可判断是否装配正确，但在实际装调时需要多次重复更换聚焦透镜或者调整透镜的上下距离、不断调整透镜的位置以确保精确的焦点，这种调整过程耗时且繁琐，对操作者的要求较高，也容易引入误差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，本实用新型装置中的多焦点环带透镜具有多个焦点，无需反复调整透镜位置，因而能够快速准确地探测多个焦点的成像，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，具体包括：
大理石框架，大理石框架的上部安装有自准直仪，大理石框架的中部安装有精密五维调整架，精密五维调整架内安装有多焦点环带透镜，大理石框架的下部安装有空气轴承；
空气轴承的上部安装有调平调心装置，用于调整镜座中心轴和空气轴承的中心轴同轴；
调平调心装置的顶部安装有镜座，镜座用以安装待测透镜组；
还包括图像显示***、定中定位测量分析***，图像显示***与自准直仪连接，图像显示***与定中定位测量分析***连接；
还包括位移传感器，用于测量镜座与空气轴承的同轴度，并把测量结果输入到定中定位测量分析***。
优选的，所述的自准直仪用于输出平行准直的激光束并采集反射像，由光源、聚焦透镜、十字分划板、分光棱镜、准直镜头，图像采集模块组成；
其中：光源用于发出发散的激光束；
聚焦透镜用于会聚光源发出的光束到十字分划板上，实现对十字分划板均匀照明；
十字分划板的表面刻有两条互相垂直的短横线，位于聚焦透镜的焦距处，用于形成十字丝影像；
分光棱镜用于分离发射的光线和反射返回的光线为两路，经十字分划板发射的光线沿原方向保持不变，反射返回的光线垂直传播到图像采集模块；
准直镜头用于将经十字分划板发射的光线准直为水平光线来定中；
图像采集模块，采用图像传感器对十字丝反射像进行采集，并将图像数据输出给定中定位测量分析***。
优选的，所述多焦点环带透镜，每个环带具有不同的焦距，不同环带的焦点沿着多焦点环带透镜的光轴分布，多焦点环带透镜焦点的位置是由待测透镜组中的光学镜片的球心位置所决定。
优选的，所述空气轴承为静压空气轴承，能够在水平方向旋转镜座和待测透镜组，用于为定中***提供高精度的回转精度。
优选的，所述的多焦点环带透镜的上表面是标准球面和非球面，下表面为环带面，所述的环带面为不连续的环带菲涅耳面或由连续不可导的曲面构成。
优选的，所述的多焦点环带透镜的多个焦点从下到上依次位于待测透镜组从下到上的透镜上表面的曲率中心。
一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位方法，包括以下步骤：
S1、将镜座安装到调平调心装置上，通过位移传感器测量使镜座与空气轴承同轴；
S2、将待测透镜组待安装的第一片光学镜片放置到镜座上，调节精密五维调整架使多焦点环带透镜中焦点和光学镜片的前表面球心重合，并旋转空气轴承分析十字分划丝的运动轨迹，根据运动轨迹调节被安装光学镜片的位置，直到在定中定位测量分析***中定中误差最小为止；
S3、安装下一片待测透镜组的透镜重复S2，此时光学镜片装调无需对多焦点环带透镜调整，可以直接在图像采集模块中采集到十字分划丝的反射像，根据运动轨迹调节被安装光学镜片的位置，直到在定中定位测量分析***中定中误差最小为止；
S4、通过对十字分划丝像的边缘扩散函数进行傅里叶变换得到对比度数值大小，计算出光学镜片的轴向定位误差。
本实用新型装置结构简单，易集成，对***的改动和调整要求较小，仅需替换现有定中装置的聚焦透镜为多焦点环带透镜，解决了在定中时需要重复调整聚焦透镜位置的缺点，可以一次性探测多个焦点的成像，为光学定中领域带来了一种有效且便捷的解决方案。
附图说明
图1是本实用新型提出的一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置***示意图。
图2是本实用新型提出的自准直仪的内部结构示意图。
图3是本实用新型提出的多焦点环带透镜的侧面结构图。
附图标记：
1、自准直仪；2、多焦点环带透镜；3、精密五维调整架；4、待测透镜组；5、镜座；6、调平调心装置；7、空气轴承；8、位移传感器；9、大理石框架；10、图像显示***；11、定中定位测量分析***；12、光源；13、聚焦透镜；14、十字分划板；15、分光棱镜；16、准直镜头；17、图像采集模块。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图对本实用新型实施例进行描述。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语、“连接”、“安装”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸地连接，也可以是不可拆卸地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。此外“连通”可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通。其中，“固定”是指彼此连接且连接后的相对位置关系不变。本实用新型实施例中所提到的方位用语，例如，“内”、“外”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向，因此，使用的方位用语是为了更好、更清楚地说明及理解本实用新型实施例，而不是指示或暗指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实施例的限制。
本实用新型实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，具体包括自准直仪1、多焦点环带透镜2、精密五维调整架3、待测透镜组4、镜座5、调平调心装置6、空气轴承7、位移传感器8、大理石框架9、图像显示***10、定中定位测量分析***11。
自准直仪1用于输出平行准直的激光束并采集反射像，由光源12、聚焦透镜13、十字分划板14、分光棱镜15、准直镜头16，图像采集模块17组成；其中：光源12，用于发出发散的激光束；聚焦透镜13，用于会聚光源12发出的光束到十字分划板14上，实现对十字分划板14均匀照明；十字分划板14，其表面刻有两条互相垂直的短横线，位于聚焦透镜13的焦距处，用于形成十字丝影像；分光棱镜15，用于分离发射的光线和反射返回的光线为两路，经十字分划板14发射的光线沿原方向保持不变，反射返回的光线垂直传播到图像采集模块17；准直镜头16，用于将经十字分划板14发射的光线准直为水平光线来定中；图像采集模块17，采用图像传感器对十字丝反射像进行采集，并将图像数据输出给定中定位测量分析***11。
多焦点环带透镜2，每个环带具有不同的焦距，即具有多个不同位置的环带焦点；不同环带的焦点沿着多焦点环带透镜2的光轴分布；多焦点环带透镜2焦点的位置是由待测透镜组4中的光学镜片的球心位置所决定。
精密五维调整架3，用于调整多焦点环带透镜2的位置，使多焦点环带透镜2焦点与待测透镜组4的待测镜片球心重合。
待测透镜组4，用于反射光束返回自准直仪1。
镜座5，用于固定并调整待测透镜组4的位置。
调平调心装置6，安装在空气轴承7上，用于调整镜座5中心轴和空气轴承7的中心轴同轴；
空气轴承7为静压空气轴承，与镜座5相固定，可以在水平方向旋转镜座5和待测透镜组4，用于为定中***提供高精度的回转精度。
位移传感器8，用于测量镜座与空气轴承的同轴度，并把测量结果输入到定中定位测量分析***11。
大理石框架9，用于固定自准直仪1、精密五维调整架3、和空气轴承7，并保证自准直仪1光轴与空气轴承7回转轴重合。
图像显示***10，用于接受自准直仪1输入的反射像并显示十字分化丝反射像的运动轨迹。
所示定中定位测量分析***11，在接收位移传感器8和图像显示***10的数据后，通过图像识别算法对十字丝的运动轨迹解析出偏心误差和倾斜误差，给出定中精度；同时通过对十字分划丝像的边缘扩散函数进行傅里叶变换得到对比度数值大小，计算出光学镜片的轴向装配误差。
本实施例中，平行光束通过多焦点环带透镜2会聚在光学镜片的前表面球心处，光线抵达待测透镜组4的光学镜片反射回自准直仪1，通过分光棱镜15成像在图像采集模块17上。
本实施例中，多焦点环带透镜2的上表面是标准球面和非球面，下表面可以是环带面；的环带面可以是不连续的环带菲涅耳面，也可以由连续不可导的曲面构成。
本实施例中，多焦点环带透镜2的多个焦点从下到上依次位于待测透镜组4从下到上的透镜上表面的曲率中心。
本实用新型还设计了一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位方法，图3是本实用新型提出的多焦点环带透镜的侧面结构图，下面以多焦点环带透镜2的菲涅耳面有N＝7个环带为例，位于最内围的第1个环带的焦距为f1，位于次内围的第2～3个环带焦距为f2,位于次***的第4～5个环带焦距为f3,位于最***的第6～7个环带焦距为f4。待测透镜组4由4片透镜组成，在设计时，每片透镜的上表面的曲率中心从下到上依次位于f1、f2、f3和f4的曲率中心。
将镜座5安装到调平调心装置6上，通过位移传感器8测量使镜座5与空气轴承7同轴；
将待测透镜组4待安装的第一片光学镜片(焦距为f1)放置到镜座5上，调节精密五维调整架3使多焦点环带透镜2中焦点和光学镜片的前表面球心重合；并旋转空气轴承7分析十字分划丝的运动轨迹，根据运动轨迹调节被安装光学镜片的位置，直到在定中定位测量分析***11中定中误差最小为止；
将待测透镜组4待安装的第二片光学镜片(焦距为f2)放置到镜座5上，此时光学镜片装调无需对多焦点环带透镜2调整；旋转空气轴承7分析十字分划丝的运动轨迹，根据运动轨迹调节被安装光学镜片的位置，直到在定中定位测量分析***11中定中误差最小为止；
将待测透镜组4待安装的第三片光学镜片(焦距为f3)放置到镜座5上，此时光学镜片装调无需对多焦点环带透镜2调整；旋转空气轴承7分析十字分划丝的运动轨迹，根据运动轨迹调节被安装光学镜片的位置，直到在定中定位测量分析***11中定中误差最小为止；
将待测透镜组4待安装的第四片光学镜片(焦距为f4)放置到镜座5上，此时光学镜片装调无需对多焦点环带透镜2调整；旋转空气轴承7分析十字分划丝的运动轨迹，根据运动轨迹调节被安装光学镜片的位置，直到在定中定位测量分析***11中定中误差最小为止；
最后，通过对十字分划丝像的边缘扩散函数进行傅里叶变换得到对比度数值大小，计算出光学镜片的轴向定位误差，至此，透镜定中结束。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内；在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，其特征在于，具体包括：
大理石框架(9)，大理石框架(9)的上部安装有自准直仪(1)，大理石框架(9)的中部安装有精密五维调整架(3)，精密五维调整架(3)内安装有多焦点环带透镜(2)，大理石框架(9)的下部安装有空气轴承(7)；
空气轴承(7)的上部安装有调平调心装置(6)，用于调整镜座(5)中心轴和空气轴承(7)的中心轴同轴；
调平调心装置(6)的顶部安装有镜座(5)，镜座(5)用以安装待测透镜组(4)；
还包括图像显示***(10)、定中定位测量分析***(11)，图像显示***(10)与自准直仪(1)连接，图像显示***(10)与定中定位测量分析***(11)连接；
还包括位移传感器(8)，用于测量镜座(5)与空气轴承(7)的同轴度，并把测量结果输入到定中定位测量分析***(11)。
2.根据权利要求1所述的一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，其特征在于，所述的自准直仪(1)用于输出平行准直的激光束并采集反射像，由光源(12)、聚焦透镜(13)、十字分划板(14)、分光棱镜(15)、准直镜头(16)，图像采集模块(17)组成；
其中：光源(12)用于发出发散的激光束；
聚焦透镜(13)用于会聚光源(12)发出的光束到十字分划板(14)上，实现对十字分划板(14)均匀照明；
十字分划板(14)的表面刻有两条互相垂直的短横线，位于聚焦透镜(13)的焦距处，用于形成十字丝影像；
分光棱镜(15)用于分离发射的光线和反射返回的光线为两路，经十字分划板(14)发射的光线沿原方向保持不变，反射返回的光线垂直传播到图像采集模块(17)；
准直镜头(16)用于将经十字分划板(14)发射的光线准直为水平光线来定中；
图像采集模块(17)，采用图像传感器对十字丝反射像进行采集，并将图像数据输出给定中定位测量分析***(11)。
3.根据权利要求1所述的一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，其特征在于，所述多焦点环带透镜(2)，每个环带具有不同的焦距，不同环带的焦点沿着多焦点环带透镜(2)的光轴分布，多焦点环带透镜(2)焦点的位置是由待测透镜组(4)中的光学镜片的球心位置所决定。
4.根据权利要求1所述的一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，其特征在于，所述空气轴承(7)为静压空气轴承，能够在水平方向旋转镜座(5)和待测透镜组(4)，用于为定中***提供高精度的回转精度。
5.根据权利要求3所述的一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，其特征在于，所述的多焦点环带透镜(2)的上表面是标准球面和非球面，下表面为环带面，所述的环带面为不连续的环带菲涅耳面或由连续不可导的曲面构成。
6.根据权利要求3所述的一种基于多焦点环带透镜的光学镜片定中定位装置，其特征在于，所述的多焦点环带透镜(2)的多个焦点从下到上依次位于待测透镜组(4)从下到上的透镜上表面的曲率中心。
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