一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法
【專利摘要】本發(fā)明使用三坐標測量儀對透鏡的測試面畫圓取點采樣，計算得到透鏡邊厚差，通過調(diào)整透鏡的止螺，使得邊厚差計算值不大于理論邊厚差，從而達到透鏡的光軸與鏡筒的基準軸重合的要求；根據(jù)各測試面頂點的測試數(shù)據(jù)和各透鏡的中心厚度，計算得到相鄰?fù)哥R之間的空氣間隔，與設(shè)計值比較，如果存在不在設(shè)計值范圍內(nèi)的，進行一次性拆卸，進行返修，返修完成后重新進行裝調(diào)。本發(fā)明是一種光學(xué)器件的機械裝調(diào)方法，無需使用光源，特別適用于紅外、近紅外等不可見光波段光學(xué)器件的裝調(diào)；將裝調(diào)過程數(shù)據(jù)化，可直觀的與光學(xué)設(shè)計參數(shù)進行比對；由于三坐標儀量程大、測量精度高，本發(fā)明可適用于中、大口徑光學(xué)器件的光學(xué)裝調(diào)。
【專利說明】—種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)鏡頭裝調(diào)領(lǐng)域，涉及一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，可用于一般光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)工作，特別適用于紅外、近紅外等不可見光波段光學(xué)鏡頭的裝調(diào)，具體是指一種使用三坐標測量儀對不可見光波段的中、大口徑長焦距光學(xué)鏡頭的機械裝調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在以往的光學(xué)裝調(diào)過程中，一般采用中心偏測量裝置進行對心裝調(diào)工作。使用中心偏測量裝置裝調(diào)可見光波段的光學(xué)器件時，只需要用人眼目測即可進行裝調(diào)。隨著光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，紅外、近紅外等不可見光波段的光學(xué)器件越來越多的得以應(yīng)用，傳統(tǒng)的中心偏測量裝置在這類光學(xué)儀器的裝調(diào)中無法得到使用。于是出現(xiàn)了新型的中心偏測量系統(tǒng)。在蔣世磊等人的專利《一種光學(xué)系統(tǒng)穿軸對心裝置及調(diào)整方法》(專利申請?zhí)?2129035.0)中，提出了一種可以用于裝調(diào)紅外光學(xué)系統(tǒng)的裝置和方法。相比于可見光波段的中心偏測量裝置，該裝置中增加了紅外探測頭替代人眼進行觀測，并對傳統(tǒng)中心偏測量裝置的結(jié)構(gòu)進行了簡化。上述這些裝調(diào)方法都是從光學(xué)成像角度出發(fā)進行光學(xué)器件的裝調(diào)，屬于光學(xué)裝調(diào)方法，其裝調(diào)復(fù)雜、難易程度取決于光學(xué)器件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。
[0003]近紅外長焦距鏡頭是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多段光學(xué)鏡筒組成，每段鏡筒內(nèi)都有多片口徑達到200mm的光學(xué)透鏡。采用上述的光學(xué)裝調(diào)方法進行裝調(diào)，過程復(fù)雜、困難，雖然能夠完成裝配任務(wù)，但是耗時耗力。此外，采用光學(xué)裝調(diào)方法裝配出的光學(xué)系統(tǒng)，如果在檢測過程中發(fā)現(xiàn)不滿足預(yù)期的性能指標，將會重新拆開查找原因再重復(fù)裝調(diào)直到滿足要求為止，其過程甚為復(fù)雜繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:提出了一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，該方法既可以用于紅外、近紅外等不可見光波段光學(xué)器件的裝調(diào)，還可以用于可見光波段的光學(xué)器件的裝調(diào)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，其裝調(diào)方法如下:
[0006](I)將透鏡裝入鏡筒，止螺裝入到對應(yīng)的孔位，緩慢旋緊至碰到透鏡邊緣后，向外旋出半圈，把鏡筒放置到三坐標測量儀的工作臺面上，選取孔位中的一組對角位對準三坐標測量儀測量頭的ox軸或oy軸方向；
[0007](2)用三坐標測量儀測量頭對鏡筒的內(nèi)壁進行取點采樣，獲取鏡筒內(nèi)壁圓柱的中心軸，從而建立一個以三坐標測量儀工作臺面和鏡筒內(nèi)壁圓柱的中心軸為基準的三維坐標系;
[0008](3)用三坐標測量儀測量頭對透鏡的上表面進行畫圓取點采樣，獲取各個點的z坐標值，找到z坐標值中的最大值和最小值，用最大值減去最小值獲取實際的邊厚差A(yù)t實；
[0009](4)根據(jù)下述公式計算進行判斷，所述公式為At，若滿足該公式，說明透鏡的基準軸與鏡筒內(nèi)壁圓柱的中心軸重合，將余下的止螺緩緩旋緊，并重復(fù)測量進行驗證；若不滿足上述公式，那么找到最大值和最小值對應(yīng)的止螺；
[0010](5)待透鏡裝調(diào)完畢后，測量透鏡的上表面頂點對應(yīng)的z坐標，用該透鏡上表面頂點對應(yīng)的z坐標減去前一個透鏡的上表面頂點對應(yīng)的z坐標再減去該透鏡的中心厚度，即得到該透鏡與前一個透鏡之間的空氣間隔；
[0011](6)將空氣間隔計算值與系統(tǒng)的設(shè)計值比較，如果計算值在設(shè)計值范圍之內(nèi)，那么說明滿足設(shè)計要求繼續(xù)進行裝調(diào)；如果計算值不在設(shè)計值范圍之內(nèi)，那么計算出對應(yīng)的修正量，繼續(xù)進行裝調(diào)工作；
[0012](7)重復(fù)上述(I) — (6)步，直到裝調(diào)完最后一片透鏡；
[0013](8)透鏡之間空氣間隔的實際值已經(jīng)通過測量和計算得到，將其與理論值相比較；如果所有的空氣間隔計算值均在設(shè)計值范圍之內(nèi)，裝入彈性墊圈，并用壓圈進行緊固，完成該光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)。如果存在空氣間隔的計算值不在設(shè)計值范圍之內(nèi)的，那么需要進行零件返修，對應(yīng)的修正量在前面的裝調(diào)過程中已經(jīng)計算得到；將鏡筒內(nèi)的零件一次性拆卸到要修正的部分，進行返修；返修完成后，重復(fù)上面的安裝過程，直到所有空氣間隔的計算值均在設(shè)計值范圍之內(nèi)，完成該光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)工作。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點是:本發(fā)明屬于機械裝調(diào)方法，與現(xiàn)行的光學(xué)裝調(diào)方法截然不同，由于不需要光源，不僅解決了紅外、近紅外等不可見光波段光學(xué)器件的裝調(diào)問題，而且還可以對可見光光學(xué)器件進行裝調(diào)；裝調(diào)過程中可以獲取每個鏡面的中心偏數(shù)據(jù)，以及相鄰鏡片之間的空氣間隔數(shù)據(jù)，可以直觀的與光學(xué)設(shè)計參數(shù)進行比對，驗證裝調(diào)結(jié)果是否滿足理論要求；另外由于三坐標儀量程大、測量精度高，本發(fā)明可適用于大型光學(xué)器件的光學(xué)裝調(diào)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為透鏡中心偏與邊厚差的關(guān)系示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的取點采樣示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的裝調(diào)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]結(jié)合圖1、圖2和圖3，D為透鏡的口徑；X為透鏡的表面傾角，是透鏡中心偏的一種常用表述方式，單位為分C );At為透鏡的邊厚差。一般情況下，透鏡的表面傾角和邊厚差數(shù)值均很小，可以近似的有以下關(guān)系:At=x (radVD;該關(guān)系式中X的單位為弧度(rad)。由于X常用的單位為分(')，需要進行轉(zhuǎn)換于是上述等式變?yōu)?At = X -D-π/(60.180) ^ 0.291.X.R.10_3。根據(jù)該關(guān)系式，可以將透鏡的中心偏轉(zhuǎn)換成為透鏡邊厚差。
[0019]三坐標測量儀測量頭6本身有一定的大小，對透鏡進行測試時無法進行全口徑測試。如圖2所示，根據(jù)透鏡的通光口徑Φ，按照公式(I)選取測試半徑R，單位為mm:
【權(quán)利要求】
1.一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，其裝調(diào)方法特征如下: 1)將透鏡裝入鏡筒(7)，止螺(14)裝入到對應(yīng)的孔位，緩慢旋緊至碰到透鏡邊緣后，向外旋出半圈，把鏡筒(7)放置到三坐標測量儀的工作臺面上，選取孔位中的一組對角位對準三坐標測量儀測量頭(6)的ox軸或oy軸方向； 2)用三坐標測量儀測量頭(6)對鏡筒(7)的內(nèi)壁進行取點采樣，獲取鏡筒(7)內(nèi)壁圓柱的中心軸，從而建立一個以三坐標測量儀工作臺面和鏡筒(7)內(nèi)壁圓柱的中心軸為基準的三維坐標系； 3)用三坐標測量儀測量頭(6)對透鏡的上表面進行畫圓取點采樣，獲取各個點的z坐標值，找到z坐標值中的最大值和最小值，用最大值減去最小值獲取實際的邊厚差; 4)根據(jù)下述公式計算進行判斷，所述公式為匕1實(At，若滿足該公式，說明透鏡的基準軸與鏡筒(7)內(nèi)壁圓柱的中心軸重合，將余下的止螺(14)緩緩旋緊，并重復(fù)測量進行驗證；若不滿足上述公式，那么找到最大值和最小值對應(yīng)的止螺(14)； 5)待透鏡裝調(diào)完畢后，測量透鏡的上表面頂點對應(yīng)的z坐標，用該透鏡上表面頂點對應(yīng)的z坐標減去前一個透鏡的上表面頂點對應(yīng)的z坐標再減去該透鏡的中心厚度，即得到該透鏡與前一個透鏡之間的空氣間隔； 6)將空氣間隔計算值與系統(tǒng)的設(shè)計值比較，如果計算值在設(shè)計值范圍之內(nèi)，那么說明滿足設(shè)計要求繼續(xù)進行裝調(diào)；如果計算值不在設(shè)計值范圍之內(nèi)，那么計算出對應(yīng)的修正量，繼續(xù)進行裝調(diào)工作； 7)重復(fù)上述I)一6)步，直到裝調(diào)完最后一片透鏡； 8)透鏡之間空氣間隔的實際值已經(jīng)通過測量和計算得到，將其與理論值相比較；如果所有的空氣間隔計算值均在設(shè)計值范圍之內(nèi)，裝入彈性墊圈(9)，并用壓圈(8)進行緊固，完成該光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)；如果存在空氣間隔的計算值不在設(shè)計值范圍之內(nèi)的，那么需要進行零件返修，對應(yīng)的修正量在前面的裝調(diào)過程中已經(jīng)計算得到；將鏡筒內(nèi)的零件一次性拆卸到要修正的部分，進行返修；返修完成后，重復(fù)上面的安裝過程，直到所有空氣間隔的計算值均在設(shè)計值范圍之內(nèi)，完成該光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，其特征在于:第4)步中，若不滿足上述公式，那么找到最大值和最小值對應(yīng)的止螺(14)，根據(jù)透鏡的下表面的凹凸情況、上表面和下表面的彎曲程度以及上表面的凹凸情況進行如下調(diào)整； 4-1)若透鏡的下表面為凸面，上表面比下表面彎曲程度要大，且上表面是凹面，將最大值對應(yīng)的止螺(14)輕微向外旋出，然后將最小值對應(yīng)的止螺(14)緩慢旋緊，推動透鏡向最大值的方向移動；調(diào)整完畢后，重復(fù)取點采樣并進行上述公式判斷直到滿足公式為止； 4-2)若透鏡的下表面為凸面，上表面比下表面彎曲程度要小，且上表面是凹面，將最小值對應(yīng)的止螺(14)輕微向外旋出，然后將最大值對應(yīng)的止螺(14)緩慢旋緊，推動透鏡向最小值的方向移動；調(diào)整完畢后，重復(fù)取點采樣并進行上述公式判斷直到滿足公式為止； 4-3)若透鏡的下表面為凸面，且上表面是凸面，將最小值對應(yīng)的止螺(14)輕微向外旋出，然后將最大值對應(yīng)的止螺(14)緩慢旋緊，推動透鏡向最小值的方向移動；調(diào)整完畢后，重復(fù)取點采樣并進行上述公式判斷直到滿足公式為止； 4-4)若透鏡的下表面為凹面，且上表面是凸面，將最小值對應(yīng)的止螺(14)輕微向外旋出，然后將最大值對應(yīng)的止螺(14)緩慢旋緊，推動透鏡向最小值的方向移動；調(diào)整完畢后，重復(fù)取點采樣并進行上述公式判斷直到滿足公式為止； 4-5)若透鏡的下表面為凹面，且上表面是凹面，將最大值對應(yīng)的止螺(14)輕微向外旋出，然后將最小值對應(yīng)的止螺(14)緩慢旋緊，推動透鏡向最大值的方向移動；調(diào)整完畢后，重復(fù)取點采樣并進行上述公式判斷直到滿足公式為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，其特征在于:第一透鏡(I)不需要計算空氣間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用三坐標測量儀裝調(diào)近紅外大型長焦距鏡頭的方法，其特征在于:三坐標測量儀測試時取樣點的個數(shù)與每一片透鏡的止螺(14)的個數(shù)對應(yīng)。
【文檔編號】G01B11/27GK103713370SQ201210379811
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月9日
【發(fā)明者】高志山, 杜洋, 李季 申請人:南京理工大學(xué)