透鏡基于定心加工的誤差分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種透鏡基于定心加工的誤差分離方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往透鏡定心加工后的誤差表征方法僅僅是用其在定心車(chē)床高精度回轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)調(diào) 焦望遠(yuǎn)鏡中的球心像晃動(dòng)量進(jìn)行表征的。對(duì)于一般0.Olmm-0. 02mm同軸度的光學(xué)系統(tǒng)而 言，這種誤差表征方法已經(jīng)足夠準(zhǔn)確了，可以快速準(zhǔn)確的完成定心后的裝調(diào)任務(wù)。但對(duì)于小 于0.Olmm同軸度的光學(xué)系統(tǒng)，這種方法已經(jīng)不夠準(zhǔn)確，不能夠定量指導(dǎo)后續(xù)的裝調(diào)工作。
[0003] 球面透鏡可分為平凸透鏡、平凹透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、正彎月透鏡、負(fù)彎月透 鏡，任何一種透鏡都可以進(jìn)行光學(xué)定心加工。球面透鏡有兩個(gè)球面，如圖1所示，一個(gè)面朝 向內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡即為A面41，另一個(gè)面內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡即為B面42。朝向內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的球 面球心像的位置不需要計(jì)算，其位置就是此A面球面的曲率半徑Ra，而背向內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的 球面球心像因光線的折射需要計(jì)算球心像的位置。
[0004] 如圖2所示，薄透鏡在定心加工過(guò)程中并非繞其主面與光軸的交點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行晃 動(dòng)，而是繞兩球心像（a，b)晃動(dòng)包絡(luò)線的交點(diǎn)0進(jìn)行晃動(dòng)的，所以實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中透鏡的傾 斜量為9，實(shí)際的偏心量為A都是以0點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行分析與計(jì)算的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有的透鏡定心加工方法針對(duì)薄透鏡不夠準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供 一種基于誤差分離的透鏡定軸方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案：
[0007] -種基于誤差分離的透鏡定軸方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：
[0008] 1】搭建光學(xué)系統(tǒng)：
[0009] 光學(xué)系統(tǒng)包括車(chē)床回轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)控制工裝、鏡框、內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡、C⑶相機(jī)以及PC 機(jī)所述姿態(tài)調(diào)整工裝設(shè)置在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸上，鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整工裝的一端，所述內(nèi)調(diào)焦 望遠(yuǎn)鏡位于鏡框的出射窗口的正前方，且內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的另一端通過(guò)CCD相機(jī)與PC機(jī)連 接；鏡框內(nèi)固定有透鏡；透鏡的A面朝向內(nèi)調(diào)教望遠(yuǎn)鏡，透鏡的B面朝向車(chē)床回轉(zhuǎn)軸；
[0010] 2】通過(guò)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡尋找透鏡的兩個(gè)球面的球心自準(zhǔn)直像，旋轉(zhuǎn)車(chē)床回轉(zhuǎn)軸并粗 調(diào)姿態(tài)控制工裝，使兩個(gè)球心像晃動(dòng)量較??；
[0011] 3】通過(guò)C⑶相機(jī)配合PC機(jī)捕獲計(jì)算兩球心像的晃動(dòng)量（Da，Db);
[0012] 4】將兩球心像的晃動(dòng)量（Da，Db)帶入公式計(jì)算出透鏡的偏心量和傾斜量；
[0013] 傾斜量 0 = [DaA2*Loa)] *206265 = [DbA2*Lob)] *206265 ;
[0014] 偏心量A= 0 * (Lob+Rb+d)
[0015] 其中：Lab=a球心距_b球心距-透鏡中心厚度d;
[0016] a球心距=A面的曲率半徑Ra;
[0017]b球心距=B面球心像的位置L，根據(jù)透鏡的類型通過(guò)以下幾種方式確定：
[0024]Rb為透鏡B面的曲率半徑，Ra為透鏡A面的曲率半徑，N為透鏡材料折射率，d為 透鏡中心厚度；
[0025] Loa為球心a到兩球心晃動(dòng)包絡(luò)線交點(diǎn)〇的距離；
[0026] Lob為球心b到兩球心晃動(dòng)包絡(luò)線交點(diǎn)〇的距離；
[0027] Loa+Lob=Lab
[0028] 5】精調(diào)姿態(tài)控制工裝，調(diào)整原則是：
[0029] 優(yōu)先調(diào)整偏心量和傾斜量中數(shù)值較大的，若偏心量和傾斜量數(shù)值相當(dāng)，優(yōu)先調(diào)整 傾斜量；
[0030] 調(diào)整方法是：通過(guò)調(diào)整姿態(tài)控制工裝的上下、左右平移來(lái)控制偏心量；通過(guò)調(diào)整 姿態(tài)控制工裝的俯仰、方位來(lái)控制傾斜量；
[0031] 6】重復(fù)步驟5】直至，使得透鏡的偏心量和傾斜量都在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍以內(nèi)；
[0032] 7】此時(shí)透鏡的光軸已經(jīng)確定，即透鏡光軸和車(chē)床回轉(zhuǎn)軸中心重合。
[0033] 本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：
[0034] 本發(fā)明通過(guò)對(duì)光學(xué)元件的偏心量和傾斜量的分離計(jì)算，可以在線檢驗(yàn)光學(xué)元件定 心加工能否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，也可以針對(duì)其敏感指標(biāo)進(jìn)行定量的微調(diào)指導(dǎo)，提高透鏡 的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖2為透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3為基于誤差分離的透鏡定軸系統(tǒng)；
[0038] 圖4為本發(fā)明的原理示意圖；
[0039] 其中附圖標(biāo)記為：1-車(chē)床回轉(zhuǎn)軸，2-姿態(tài)控制工裝，3-鏡框，4-透鏡，41-A面， 42-B面，5-內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，6-CCD相機(jī)，7-PC機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 如圖1-3所示，薄透鏡在定心加工過(guò)程中并非繞其主面與光軸的交點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行 晃動(dòng)，而是繞兩球心像晃動(dòng)包絡(luò)線的交點(diǎn)0進(jìn)行晃動(dòng)的，所以實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中透鏡的傾斜 量為0，實(shí)際的偏心量為A都是以O(shè)點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行分析與計(jì)算的。通過(guò)對(duì)光學(xué)元件的偏心 量和傾斜量的計(jì)算，可以在線檢驗(yàn)光學(xué)元件定心加工能否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，也可以針 對(duì)其敏感指標(biāo)進(jìn)行定量的微調(diào)指導(dǎo)。
[0041] 一種基于誤差分離的透鏡定軸方法，包括以下步驟：
[0042] 1】搭建光學(xué)系統(tǒng)：
[0043] 光學(xué)系統(tǒng)包括車(chē)床回轉(zhuǎn)軸1、姿態(tài)控制工裝2、鏡框3、內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡5、C⑶相機(jī)6 以及PC機(jī)7,姿態(tài)調(diào)整工裝設(shè)置在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸上，所述鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整工裝的一端，所 述內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡位于鏡框的出射窗口的正前方，且內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的另一端通過(guò)CCD相機(jī)與 PC機(jī)連接；鏡框內(nèi)固定有透鏡4 ;透鏡的A面41朝向內(nèi)調(diào)教望遠(yuǎn)鏡，透鏡的B面42朝向車(chē) 床回轉(zhuǎn)軸；
[0044] 2】通過(guò)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡尋找透鏡的兩個(gè)球面的球心自準(zhǔn)直像，旋轉(zhuǎn)車(chē)床回轉(zhuǎn)軸并粗 調(diào)姿態(tài)控制工裝，使兩個(gè)球心像晃動(dòng)量較??；
[0045] 3】通過(guò)C⑶相機(jī)配合PC機(jī)捕獲計(jì)算兩球心像的晃動(dòng)量（Da，Db);
[0046] 4】將兩球心像的晃動(dòng)量（Da，Db)帶入公式計(jì)算出透鏡的偏心量和傾斜量；
[0047] 傾斜量 0 = [DaA2*Loa)] *206265 = [DbA2*Lob)] *206265 ;
[0048] 偏心量A= 0 * (Lob+Rb+d)
[0049] 其中：Lab=a球心距_b球心距-透鏡中心厚度d;
[0050] a球心距=A面的曲率半徑Ra;
[0051] b球心距=B面球心像的位置L，根據(jù)透鏡的類型通過(guò)以下幾種方式確定：
[0058] Rb為透鏡B面的曲率半徑，Ra為透鏡A面的曲率半徑，N為透鏡材料折射率，d為 透鏡中心厚度；
[0059] Loa為球心a到兩球心晃動(dòng)包絡(luò)線交點(diǎn)〇的距離；
[0060] Lob為球心b到兩球心晃動(dòng)包絡(luò)線交點(diǎn)〇的距離；
[0061] Loa+Lob=Lab;如圖 4 所不，
[0062] 5】精調(diào)姿態(tài)控制工裝，調(diào)整原則是：
[0063] 優(yōu)先調(diào)整偏心量和傾斜量中數(shù)值較大的，若偏心量和傾斜量數(shù)值相當(dāng)，優(yōu)先調(diào)整 傾斜量；
[0064] 調(diào)整方法是：通過(guò)調(diào)整姿態(tài)控制工裝的上下、左右平移來(lái)控制偏心量；通過(guò)調(diào)整 姿態(tài)控制工裝的俯仰、方位來(lái)控制傾斜量；
[0065] 6】重復(fù)步驟5】直至，使得透鏡的偏心量和傾斜量都在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍以內(nèi)；
[0066] 7】此時(shí)透鏡的光軸已經(jīng)確定，即透鏡光軸和車(chē)床回轉(zhuǎn)軸中心重合。
[0067] 使用的具體方法：
[0068] 1.通過(guò)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡尋找膠合透鏡的兩個(gè)球面的球心自準(zhǔn)直像，旋轉(zhuǎn)車(chē)床主軸并 粗調(diào)姿態(tài)控制工裝，使兩個(gè)球心像晃動(dòng)量較?。?br>[0069] 2.通過(guò)C⑶相機(jī)配合電腦捕獲計(jì)算兩球心像的晃動(dòng)量；
[0070] 3.將兩球心像的晃動(dòng)量帶入上述公式計(jì)算出透鏡的偏心量和傾斜量；
[0071] 4.精調(diào)姿態(tài)控制工裝，調(diào)整原則是：優(yōu)先調(diào)整偏心量和傾斜量中數(shù)值較大的，若 偏心量和傾斜量數(shù)值相當(dāng)，優(yōu)先調(diào)整傾斜量。務(wù)必將其調(diào)整到設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍以內(nèi)；
[0072] 5.精調(diào)姿態(tài)控制工裝，調(diào)整方法是：通過(guò)調(diào)整姿態(tài)控制工裝的上下、左右平移來(lái) 控制偏心量；通過(guò)調(diào)整姿態(tài)控制工裝的俯仰、方位來(lái)控制傾斜量；
[0073] 6.按照上述方法反復(fù)調(diào)整，使得透鏡的偏心量和傾斜量都在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍以內(nèi)。 此時(shí)透鏡的光軸已經(jīng)確定，即其光軸和車(chē)床主軸中心重合。車(chē)削結(jié)構(gòu)件相關(guān)部位，保證其與 透鏡光軸的同心度與垂直度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種透鏡基于定心加工的誤差分離方法，其特征在于，包括以下步驟： 1】搭建光學(xué)系統(tǒng)： 光學(xué)系統(tǒng)包括車(chē)床回轉(zhuǎn)軸、姿態(tài)控制工裝、鏡框、內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡、CCD相機(jī)以及PC機(jī)所 述姿態(tài)調(diào)整工裝設(shè)置在車(chē)床回轉(zhuǎn)軸上，所述鏡框設(shè)置在姿態(tài)調(diào)整工裝的一端，所述內(nèi)調(diào)焦 望遠(yuǎn)鏡位于鏡框的出射窗口的正前方，且內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡的另一端通過(guò)CCD相機(jī)與PC機(jī)連 接；鏡框內(nèi)固定有透鏡；透鏡的A面朝向內(nèi)調(diào)教望遠(yuǎn)鏡，透鏡的B面朝向車(chē)床回轉(zhuǎn)軸； 2】通過(guò)內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡尋找透鏡的兩個(gè)球面的球心自準(zhǔn)直像，旋轉(zhuǎn)車(chē)床回轉(zhuǎn)軸并粗調(diào)姿 態(tài)控制工裝，使兩個(gè)球心像晃動(dòng)量較??； 3】通過(guò)(XD相機(jī)配合PC機(jī)捕獲計(jì)算兩球心像的晃動(dòng)量（Da，Db); 4】將兩球心像的晃動(dòng)量（Da，Db)帶入公式計(jì)算出透鏡的偏心量和傾斜量； 傾斜量 0 = [DaA2*Loa)]*206265 = [DV(2*Lob)]*206265; 偏心量A= 0*(Lob+Rb+d) 其中：Lab=a球心距_b球心距-透鏡中心厚度d;a球心距=A面的曲率半徑Ra; b球心距=B面球心像的位置L，根據(jù)透鏡的類型通過(guò)以下幾種方式確定：Rb為透鏡B面的曲率半徑，Ra為透鏡A面的曲率半徑，N為透鏡材料折射率，d為透鏡 中心厚度； Loa為球心a到兩球心晃動(dòng)包絡(luò)線交點(diǎn)〇的距離； Lob為球心b到兩球心晃動(dòng)包絡(luò)線交點(diǎn)〇的距離； Los+Lob-L&b 5】精調(diào)姿態(tài)控制工裝，調(diào)整原則是： 優(yōu)先調(diào)整偏心量和傾斜量中數(shù)值較大的，若偏心量和傾斜量數(shù)值相當(dāng)，優(yōu)先調(diào)整傾斜 量； 調(diào)整方法是：通過(guò)調(diào)整姿態(tài)控制工裝的上下、左右平移來(lái)控制偏心量；通過(guò)調(diào)整姿態(tài) 控制工裝的俯仰、方位來(lái)控制傾斜量； 6】重復(fù)步驟5】直至，使得透鏡的偏心量和傾斜量都在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍以內(nèi)； 7】此時(shí)透鏡的光軸已經(jīng)確定，即透鏡光軸和車(chē)床回轉(zhuǎn)軸中心重合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種透鏡基于定心加工的誤差分離方法，搭建光學(xué)系統(tǒng)：通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)尋找透鏡的兩個(gè)球面的球心自準(zhǔn)直像，旋轉(zhuǎn)車(chē)床回轉(zhuǎn)軸并粗調(diào)姿態(tài)控制工裝，使兩個(gè)球心像晃動(dòng)量較??；通過(guò)CCD相機(jī)配合PC機(jī)捕獲計(jì)算兩球心像的晃動(dòng)量；將兩球心像的晃動(dòng)量帶入公式計(jì)算出透鏡的偏心量和傾斜量；精調(diào)姿態(tài)控制工裝，直至使得透鏡的偏心量和傾斜量都在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍以內(nèi)；為了解決現(xiàn)有的透鏡定心加工方法針對(duì)薄透鏡不夠準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)對(duì)光學(xué)元件的偏心量和傾斜量的分離計(jì)算，可以在線檢驗(yàn)光學(xué)元件定心加工能否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，提高透鏡的精度。
【IPC分類】B23B25/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105108186
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510361721
【發(fā)明人】付興, 李寧, 段戰(zhàn)軍, 付西紅
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月25日