CN104007560B - 光学镜头辅助装调装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学镜头辅助装调装置，属于光学系统领域。解决了现有技术中分别检测光学镜头的中心偏差和镜片间隔测量精度低、成本高的技术问题，提供一种光学镜头辅助装调装置。本发明的光学镜头辅助装调装置，包括中心偏差测量模块、镜片间隔测量模块、反射镜、直线导轨、精密旋转台、机械调平台和主控计算机；其中，中心偏差测量模块包括光学照明模块、分光镜、准直镜组、聚焦镜组、光电探测器和直线位移传感器。本发明将光学镜头的中心偏差测量和镜片间隔测量功能集成在一套装置中，不仅制备成本低，且保证了光学镜头装调过程中采用同一基准轴，能提高光学镜头装调精度，简化光学镜头装调流程，从而提高光学镜头装调效率。

Description

光学镜头辅助装调装置

技术领域

本发明涉及一种光学镜头辅助装调装置，属于光学系统领域。

背景技术

光学系统已经广泛用于国防军事、工业生产及日常生活等各个领域，在许多应用场合中，对光学系统的性能要求越来越高。为了达到高性能，要求光学镜头具有高装调精度，并且装调过程严格可控，保证光学系统性能一致性。在光学镜头装调过程中，必须精确测量光学镜片的偏心量和光学镜片之间的空气间隔。

现有技术中，也已有分别用于光学镜头的中心偏差和镜片间隔测量的设备，但是，还没有在同一平台上实现光学镜头中心偏差和镜片间隔测量的光学镜头辅助装调设备。在两个不同的平台上分别测量光学镜头的中心偏差和镜片间隔会产生一些问题：第一，在中心偏差测量和镜片间隔测量过程中，使用不同的基准轴，会降低光学镜头装调精度；第二，被测光学镜头从一个测量平台移动到另一个测量平台，每次都必须重新调整机械支撑平台，从而降低光学镜头装调效率；第三，光学镜头的中心偏差测量设备和镜片间隔测量设备，存在相同的功能模块，分开测量，增加了硬件成本。使用两个设备分开测量光学镜头的中心偏差和镜片间隔，由于存在技术缺陷和硬件成本高，已不能满足很多领域的光学镜头高精度装调的要求。

并且，现有技术中已有的用于光学镜头中心偏差测量的设备，主要采用两种技术方案：一种方案是采用光学镜头内调焦的方式，调节光学测量镜头组中正透镜和负透镜之间的间距，来改变光束聚焦点的位置，从而测量不同曲率半径镜面的偏心量。但是该方案由于正负透镜之间的间距改变，导致光学测量镜头组的放大倍率显著变化，从而在计算被测镜片的偏心量时，产生较大误差。另一种方案是采用切换光学镜头的方式，通过更换不同焦距的光学镜头，来改变光束聚焦点的位置，从而测量不同曲率半径镜面的偏心量。该方案虽然测量精度比较高，但由于被切换的光学镜头的焦距是固定值，而且数量有限，从而决定了光束聚焦点的范围，只能测量球心在此范围内的镜面偏心量，导致该方案无法测量较大曲率半径的镜面偏心量，测量范围存在盲区。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中分别检测光学镜头的中心偏差和镜片间隔测量精度低、成本高；并且现有用于光学镜头中心偏差测量的设备测量精度不够高，或者无法测量较大曲率半径的镜面偏心量、测量范围存在盲区的技术问题，提供一种光学镜头辅助装调装置和方法。

本发明的光学镜头辅助装调装置，包括镜片间隔测量模块，还包括中心偏差测量模块、反射镜、直线导轨、精密旋转台、机械调平台和主控计算机；

所述反射镜用于切换中心偏差测量模块和镜片间隔测量模块工作；

所述中心偏差测量模块包括光学照明模块、分光镜、准直镜组、聚焦镜组、第一光电探测器和第一直线位移传感器；

所述聚焦镜组可拆卸，当聚焦镜组拆下时，光学照明模块产生的十字线靶标光束依次经分光镜和准直镜组聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经准直镜组和分光镜聚焦到第一光电探测器的靶面；当聚焦镜组安装时，光学照明模块产生的十字线靶标光束依次经分光镜、准直镜组和聚焦镜组聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经聚焦镜组、准直镜组和分光镜聚焦到第一光电探测器的靶面；

所述第一光电探测器将反射回来的十字线靶标光束的光信号转换为电信号，形成十字线图像，并将十字线图像信息传输至主控计算机；

第一直线位移传感器用于实时测量准直镜组的不同位置，并将此位置信息传送给主控计算机；

所述直线导轨带动中心偏差测量模块作竖直方向的直线运动，并且测量中心偏差测量模块的位置，并将此位置信息传送给主控计算机；

所述精密旋转台可以带动被测光学镜头绕精密旋转台的轴线旋转；

所述机械调平台连接在精密旋转台之上，用于调节被测光学镜头的光轴与精密旋转台的旋转轴线的位置关系；

所述主控计算机用于计算镜片间隔和中心偏差。

进一步的，所述光学照明模块包括光源、毛玻璃和十字线靶标。

进一步的，所述分光镜为直角胶合棱镜，第一光电探测器的靶面位于分光镜的上侧，十字线靶标位于分光镜的右侧，且第一光电探测器的靶面到分光镜的上表面的距离等于十字线靶标到分光镜右表面的距离。

进一步的，所述准直镜组的位置可以调节。

进一步的，所述聚焦镜组可以切换不同焦距的光学镜头。

进一步的，所述主控计算机计算中心偏差的过程是：

步骤一、根据输入的被测光学镜头的各个镜面的曲率半径、镜面间隔和镜片折射率，计算被测光学镜头各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心像的位置和垂轴放大率β₂；

步骤二、根据计算的被测镜面相对其上所有镜面成像之后的球心像的位置，给出准直镜组的位置信息，或者给出聚焦镜组的焦距信息以及调节直线导轨的位置信息；

步骤三、根据第一直线位移传感器传送的准直镜组的位置信息计算中心偏差测量模块的垂轴放大率β₁，或者根据使用的聚焦镜组的焦距计算中心偏差测量模块的垂轴放大率β₁；

步骤四、通过对得到的十字线图像信息进行处理，计算十字线图像圆心轨迹的直径S；

步骤五、再通过式计算镜面的球心线偏差α：

$a=\frac{S}{4\mathrm{\β}}---\left(1\right)$

式(1)中，β＝β₁β₂；

或通过式(2)计算镜面的球心角偏差值χ：

$\mathrm{\χ}=\frac{1}{4}arctan\left(\frac{S/\mathrm{\β}}{R}\right)---\left(2\right)$

式(2)中，R是被测镜面的曲率半径，β＝β₁β₂。

进一步的，所述镜片间隔测量模块包括短相干光源、可见光LED光源、光纤、1×2光纤耦合器、2×2光纤耦合器、第一光纤镜头、第二光纤镜头、光束回射器、第二直线位移传感器和第二光电探测器；

所述短相干光源用于光学相干测量；

所述可见光LED光源用于标示镜面被测点位置；

所述第一光纤镜头和第二光纤镜头用来减小光纤出射光束的发散角，将光纤出射光束转换为近似平行光束；第一光纤镜头用于测量臂光路中，将测量臂光路中的光纤出射光束转换为近似平行光束，再入射到被测镜片表面；第二光纤镜头用于参考臂光路中，将参考臂光路中的光学出射光束转换为近似平行光束，再入射到参考臂光路中的光束回射器表面；

所述光束回射器将参考臂光路中的光纤出射光束沿原路回射，经过第二光纤镜头聚焦，耦合到光纤中；

所述第二直线位移传感器实时记录光束回射器作直线运动的位置；

所述第二光电探测器用于探测参考臂光路和测量臂光路反射回来的光束能量，将光信号转换为电信号，并将其传输至主控计算机。

进一步的，所述1×2光纤耦合器将短相干光源和可见光LED光源发出的光束耦合到一路光纤中；所述2×2光纤耦合器将被测镜片反射回的光束和参考臂光路反射回的光束耦合到与第二光电探测器相连的光纤中。

进一步的，所述反射镜与直线导轨连接。

本发明的有益效果：

(1)本发明将光学镜头的中心偏差测量和镜片间隔测量功能集成在一套装置中，保证了光学镜头装调过程中采用同一基准轴，能提高光学镜头装调精度，简化光学镜头装调流程，从而提高光学镜头装调效率，并且，省去了中心偏差测量设备和镜片间隔测量设备相同的模块，能降低光学镜头装调设备的硬件成本；

(2)本发明的光学镜头的中心偏差测量采用了切换镜头和内调焦相结合的工作模式：切换镜头的工作模式，测量过程中，光学测量头内的光学镜头组不存在运动的部件，能精确得到光学测量头内光学镜头组的垂轴放大倍率；内调焦工作模式，增大了光学测量头内光学镜头组的调焦距离，能精确得到光学测量头内光学镜头组垂轴放大倍率，因此，本发明可以达到较高的镜面偏心测量精度；

(3)本发明能用于各种曲率半径的光学镜头偏心测量和镜片间隔测量，不存在测量盲区，解决了测量精度和镜面曲率半径测量范围不能兼顾的问题，应用广泛。

附图说明

图1所示为本发明的光学镜头辅助装调装置的结构示意图；

图1中：

1 是中心偏差测量模块；

11 是光学照明模块；

111 是光源；

112 是毛玻璃；

113 是十字线靶标；

12 是分光镜；

13 是准直镜组；

14 是聚焦镜组；

15 是第一光电探测器；

16 是第一直线位移传感器；

2 是镜片间隔测量模块；

21 是短相干光源；

22 是LED光源；

23 是光纤；

24 是1×2光纤耦合器；

25 是2×2光纤耦合器

26 是第一光纤镜头；

27 是第二光纤镜头；

28 是光束回射器；

29 是第二直线位移传感器；

30 是第二光电探测器；

3 是反射镜；

4 是直线导轨；

5 是精密旋转台；

6 是机械调平台；

7 是主控计算机；

8 是被测光学镜头。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的光学镜头辅助装调装置，包括中心偏差测量模块1、镜片间隔测量模块2、反射镜3、直线导轨4、精密旋转台5、机械调平台6和主控计算机7组成。

反射镜3，通过旋转起切换光路作用。当测量镜片的中心偏差时，使镜片中心偏差测量模块1工作，镜片间隔测量模块2不工作，当测量镜片间隔时，使镜片间隔测量模块2工作，镜片中心偏差测量模块1不工作。通常反射镜3旋转到竖直位置，反射镜3位于光路之外，镜片中心偏差测量模块1工作；反射镜3旋转到45°位置，位于镜片间隔测量模块2的光路之内，起转折光路的作用，使镜片间隔测量模块2工作，反射镜3与直线导轨4相连。

中心偏差测量模块1采用切换镜头和内调焦相结合的工作模式：切换镜头的工作模式，测量过程中，中心偏差测量模块1内的光学镜头组不存在运动的部件，通过聚焦镜组14的焦距能精确得到中心偏差测量模块1内光学镜头组的垂轴放大倍率β₁；内调焦工作模式，增大了中心偏差测量模块1内准直镜组13的调焦距离，通过准直镜组13的位置信息能精确得到中心偏差测量模块1内光学镜头组垂轴放大倍率β₁；再通过十字线图像运动的圆心轨迹的直径S，经球心线偏差公式或球心角偏差公式分别计算球心线偏差α和球心角偏差值χ，β＝β₁β₂。

中心偏差测量模块1包括：光学照明模块11、分光镜12、准直镜组13、聚焦镜组14、第一光电探测器15和第一直线位移传感器16。

其中，光学照明模块11，包括光源111、毛玻璃112和十字线靶标113；光源111，可以选用卤素灯或高亮度LED；毛玻璃112，起匀光作用；十字线靶标113提供细十字线靶标，该靶标一般是亮线暗背景。

分光镜12使工作波段范围内的十字靶标光束部分反射、部分透射，分光镜12一般由两个直角棱镜胶合而成在胶合面上镀分光膜。

准直镜组13的位置可以调节，可以调制产生平行光，也可以上下移动。

聚焦镜组14可拆卸，并且在测量不同曲率半径的镜面时，可以根据需要将聚焦镜组14切换为不同焦距的光学镜头；当聚焦镜组14安装时，将准直镜组13调节到产生平行光的位置，光学照明模块11产生的十字线靶标光束经分光镜12反射到准直镜组13，准直镜组13将十字线靶标光束变换为平行光束，通过切换聚焦镜组14的焦距并通过直线导轨4调节中心偏差测量模块1的位置，使平行光束经过聚焦镜组14聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，再逆向经过聚焦镜组14、准直镜组13和分光镜12，聚焦到第一光电探测器15的靶面；当聚焦镜组14拆下时，光学照明模块11产生的十字线靶标光束经分光镜12反射到准直镜组13，通过调节准直镜组13的上下位置，使十字线靶标聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，逆向经过准直镜组13和分光镜12，聚焦到第一光电探测器15的靶面。

第一光电探测器15与主控计算机7相连，第一光电探测器15将反射回的十字线靶标光束的光信号转换为电信号，形成十字线图像，并将该十字线图像信息传送给主控计算机7；第一光电探测器15能够调节增益和曝光时间；第一光电探测器15的靶面位于分光镜12的上侧，十字线靶标113位于分光镜12的右侧，且第一光电探测器15的靶面到分光镜12上表面的距离，等于十字线靶标113到分光镜12右表面的距离。

第一直线位移传感器16分别与准直镜组13和主控计算机7相连，第一直线位移传感器16用于实时测量准直镜组13的位置，并将此位置信息传送给主控计算机7。

镜片间隔测量模块2采用光学相干测量的方法测量光学镜片间隔，其主体结构是一个迈克尔逊干涉仪，主光路分为两部分：测量臂光路和参考臂光路。短相干光源21和可见光LED光源22通过光纤23与1×2光纤耦合器24相连，2×2光纤耦合器25将光源发出的光束分为两路，一路进入测量臂，另一路进入参考臂。进入测量臂的光束经过第一光纤镜头26，转换为近似平行光束出射，经反射镜3反射到被测光学镜头表面，光束经被测光学镜头表面反射，沿原路逆向返回。进入参考臂的光束经过第二光纤镜头27，转换为近似平行光束出射，到达光束回射器28，经后光束回射器28回射后，沿原路逆向返回。测量臂和参考臂反射回来的光束，分别通过第一光纤镜头26和第二光纤镜头27耦合到光纤中，再次经过上述2×2光纤耦合器25，被耦合到一根光纤中，并传输到第二光电探测器30的靶面，第二光电探测器30将光信号转换为电信号。

在镜片间隔测量模块2测量过程中，在进行光学镜片间隔测量之前，将可见光LED光源22点亮，可见光通过光纤23传输，经第一光纤镜头26入射到被测光学镜头8上表面，用来指示测量点位置。在光学镜片间隔测量过程中，关闭可见光LED光源22，点亮短相干光源21。光束回射器28进行直线扫描，第二直线位移传感器29记录各个时刻的光束回射器28位置，用信号采集电路采集并记录扫描过程中各个时刻第二光电探测器30产生的电信号的幅值，电信号峰值表示此时刻的光束回射器28的位置处，产生的光学相干信号最强，测量臂和参考臂的光程差为零，即信号峰值点的光束回射器28位置能够用来表示被测光学镜面的顶点位置。在参考臂的光束回射器28进行直线扫描过程中，第二光电探测器30采集到的电信号会出现多个峰值，这些峰值点对应的光束回射器28位置分别代表被测光学镜头8各个镜面顶点的位置，相邻两个峰值点对应的第二直线位移传感器29的读数之差ΔL，等于相应的两个被测光学表面顶点之间的光程S。如果这两个被测光学镜面是同一镜片的两个表面，则该镜片的厚度等于上述第二直线位移传感器29的读数之差ΔL除以该镜片的折射率；如果这两个被测光学镜面不是同一镜片的两个表面，则这两个被测光学镜面顶点之间的空气间隔等于上述第二直线位移传感器29的读数之差ΔL。

镜片间隔测量模块2为现有技术，参见专利(CN 103322933A)，包括：短相干光源21、可见光LED光源22、光纤23、1×2光纤耦合器24、2×2光纤耦合器25、第一光纤镜头26、第二光纤镜头27、光束回射器28、第二直线位移传感器29和第二光电探测器30。

短相干光源21使用超辐射发光二极管，其相干长度小于30μm，中心波长位于800nm～1400nm之间，短相干光源用于光学相干测量；可见光LED光源22，用于标示镜面被测点位置；

光纤23的传输波段范围必须覆盖短相干光源21和可见光LED光源22的波段范围，用于传导光线；

1×2光纤耦合器24将短相干光源21和可见光LED光源22发出的光束耦合到一路光纤中；

2×2光纤耦合器25将被测镜片反射回的光束和参考臂光路反射回的光束耦合到与第二光电探测器30相连的光纤中；

第一光纤镜头26和第二光纤镜头27用来减小光纤出射光束的发散角，将光纤出射光束转换为近似平行光束；第一光纤镜头26用于测量臂光路中，将测量臂光路中的光纤出射光束转换为近似平行光束，再入射到被测镜片表面；第二光纤镜头27用于参考臂光路中，将参考臂光路中的光学出射光束转换为近似平行光束，再入射到参考臂光路中的光束回射器28表面；

光束回射器28用于参考臂光路中，将参考臂光路中的光纤出射光束沿原路回射，经过第二光纤镜头27聚焦，耦合到光纤中；光束回射器28与第二直线位移传感器29连接；

第二直线位移传感器29用于参考臂光路中，测量过程中，光束回射器28作直线运动，第二直线位移传感器29记录光束回射器28移动过程中各个时刻所处的位置，并将其传输至主控计算机7；光学镜片间隔测量的精度由第二直线位移传感器29的位置测量精度决定，选用高精度的光栅尺或者激光干涉仪，其位置测量精度可高于±1μm；

第二光电探测器30用于探测参考臂光路和测量臂光路反射回来的光束能量，光信号转换为电信号，并将其传输至主控计算机7，其光谱响应范围应该覆盖上述短相干光源21的光谱范围。

直线导轨4，连接中心偏差测量模块1，带动中心偏差测量模块1沿竖直方向运动，同时，测量中心偏差测量模块1的位置。

精密旋转台5，在中心偏差测量过程中，可以带动被测光学镜头8作圆周运动。根据光学镜头中心偏差测量精度要求，选择相应精度的旋转平台。

机械调平台6，安装在精密旋转台5之上，被测光学镜头8放置在机械调平台6的中心位置，通过调节机械调平台6，调整被测光学镜头8的光轴与精密旋转台5的旋转轴线之间的位置关系；中心偏差测量模块1工作过程中，被测光学镜头8的光轴接近精密旋转台5的旋转轴线；镜片间隔测量模块2工作过程中，镜片间隔测量模块2的光轴与精密旋转台5的旋转轴线重合。

主控计算机7上运行中心偏差测量软件和镜片间隔测量软件，主板上装载图像采集卡和信号采集卡，图像采集卡用来采集第一光电传感器15的图像信息，信号采集卡用来采集第二光电探测器30的电平信号。

中心偏差测量软件根据输入的被测光学镜头8的各个镜面的曲率半径、镜面间隔和镜片折射率，计算各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心像的位置和垂轴放大率β₂；

中心偏差测量软件根据被测镜面相对其上所有镜面成像之后的球心像的位置，给出准直镜组13的位置，或者给出应该选用的聚焦镜组14的焦距信息以及调节直线导轨4的位置信息，将十字线靶标的聚焦到被测球面的球心像的位置；

中心偏差测量软件根据第一直线位移传感器16传送的准直镜组13的位置信息，可以计算中心偏差测量模块1的垂轴放大率β₁；或者根据所使用的聚焦镜组14的焦距，可以计算中心偏差测量模块1的垂轴放大率β₁；

中心偏差测量软件通过对得到的十字线图像进行处理，计算出十字线图像的圆心轨迹的直径S；

再通过式(1)计算镜面的球心线偏差：

$a=\frac{S}{4\mathrm{\β}}---\left(1\right)$

式(1)中，α是被测镜面的球心线偏差值，S是第一光电探测器15上得到的十字线划出的圆心轨迹直径，β＝β₁β₂，β₂为被测镜面的垂轴放大率，β₁为中心偏差测量模块1的垂轴放大率；

或通过式(2)计算镜面的球心角偏差值：

$\mathrm{\χ}=\frac{1}{4}arctan\left(\frac{S/\mathrm{\β}}{R}\right)---\left(2\right)$

式(2)中，χ是被测镜面的球心角偏差值，R是被测镜面的曲率半径，S和β与上公式定义相同。

本发明光学镜头辅助装调装置工作过程：

在光学镜头的装调过程中，每次放入一块镜片到镜筒中，首先测量镜片的中心偏差，如果中心偏差超出公差范围，就调整该镜片的位置，直到中心偏差在公差范围内；再测量镜片之间的间隔，如果镜片间隔超出公差范围，调整镜片的位置，直到镜片间隔在公差范围内。在镜片中心偏差测量和镜片间隔测量功能切换时，只需改变反射镜3的位置。重复以上步骤，直到所有的镜片装入镜筒中。

具体步骤如下：

第一步，给装调装置上电。

第二步，将反射镜3旋转到竖直状态，使反射镜3位于镜片中心偏差测量光路之外。

第三步，将被测光学镜头放置在机械调平台6的中心，启动精密旋转台5，观察主控计算机7采集到的十字线图像，十字线图像作圆周运动，调节机械调平台6，直到圆心轨迹的圆心位于图形区的中心区域。

第四步，停止精密旋转台5，将被测光学镜头的各个镜面的曲率半径、镜面间隔和镜片折射率，输入到主控计算机7上的中心偏差测量软件中，计算各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心像位置和垂轴放大率β₂。

第五步，根据第四步计算的被测镜面相对于其上所有镜面成像之后的球心像的位置，当被测镜面的球心像距离中心偏差测量模块1较近时，将准直镜组13调节到产生平行光的位置，安装合适焦距的聚焦镜组14，调节直线导轨4的位置，直到十字线清晰成像为止，使十字线靶标聚焦到第四步计算的被测镜面的球心像的位置，将聚焦镜组14的焦距输入主控计算机7的中心偏差测量软件，主控计算机7根据聚焦镜组14的焦距，计算中心偏差测量模块1的放大倍率β₁；当被测镜面的球心像距离中心偏差测量模块1较远时，拆下聚焦镜组14，调节准直镜组13的位置，直到十字线清晰成像为止，使十字线靶标聚焦到第四步计算的被测镜面的球心像的位置，主控计算机7根据第一直线位移传感器16传送的准直镜组13的位置，计算中心偏差测量模块1的放大倍率β₁。

第六步，启动精密旋转台5，带动被测光学镜头8作圆周运动，由第一光电探测器15可以得到十字线划出的圆形轨迹圆心轨迹，该镜面的球心线偏差值由式计算，式中，α是被测镜面的球心线偏差值，S是第一光电探测器15上得到的十字线中心划出的圆心轨迹直径，β＝β₁β₂。该镜面的球心角偏差值由式计算，式中，χ是被测镜面的球心角偏差值，R是被测镜面的曲率半径。如果得到的中心偏差值不在公差范围内，调整该镜片的位置，直到满足公差要求。

第七步，将反射镜3旋转到45°位置，使其位于镜片间隔测量模块2测量臂光路之中。

第八步，点亮可见光LED光源22，观察被测镜面的测量点位置，如果被测镜面的测量点位置位于被测光学镜头8的光轴上，则关闭可见光LED光源；如果被测镜面的测量点位置不在被测光学镜头8的光轴上，调节第一光纤镜头26的出射方向，直到可见光指示点位于被测光学镜头8的光轴上。点亮短相干光源21，调节直线导轨4的高度，使其位于镜片间隔测量量程范围内。

第九步，光束回射器28进行直线扫描，第二直线位移传感器29实时测量光束回射器28的位置，主控计算机7同步采集第二直线位移传感器29的位置信号和第二光电探测器30的电信号。主控计算机7中的镜片间距软件分析第二光电探测器30的电信号，找到各个信号峰值点，这些信号峰值点对应的第二直线位移传感器29的位置，即为各个光学镜面顶点对应的光程值。如果两个镜面之间的介质是空气，则这两个镜面光程值之差ΔL即为镜面间隔；如果两个镜面之间的介质是玻璃材料，则将这两个镜面的光程差ΔL除以此玻璃材料的中心波长折射率，即为此镜片的厚度。如果计算得到的镜片间隔值不在公差范围内，调整该镜片的位置，直到满足公差要求。

当被测光学镜头包含多个镜片时，重复步骤五至九，能够测量各个镜面的偏心量和镜面间隔，装调人员根据测量值，调整各个镜片的位置，直到镜片参数达到公差要求。

实施例

光学照明模块11，包括光源111、毛玻璃112和十字线靶标113。光源111选用功率3W的高亮度LED；十字线靶标113的线宽度是25μm，十字线透光，其他部分不透光；分光镜12，由两个直角棱镜胶合而成，在胶合面上镀分光膜，在400～700nm范围内，分光镜的透射反射比是50％:50％，棱镜的边长是30mm；准直镜组13，由两个双胶合透镜组成，焦距是240mm，其物面是十字线靶标113的表面，其调焦行程是48mm，十字线聚焦点范围是-∞～-1200mm和+1200mm～+∞；聚焦镜组14，是一个双胶合透镜，在测量不同曲率半径的光学镜片的偏心时，需要切换聚焦镜组14，其焦距分别为：-1200mm、-800mm、-400mm、400mm、800mm、1200mm；第一光电探测器15，采用高灵敏度的面阵CCD，产生黑白图像，分辨率是1024×768，能够调节增益和曝光时间；第一直线位移传感器16，采用高精度的光栅尺，测量精度为5μm，量程60mm，第一直线位移传感器16与准直镜组13相连，实时测量其位置；

短相干光源21选用超辐射发光二极管SLD，功率30mW，中心波长是1310nm，半峰值带宽是45nm，其光学相干长度25.2μm；可见光LED光源22，功率120mW，其中心波长是650nm，半峰值带宽是30nm；第一光纤镜头26和第二光纤镜头27的结构参数一样，焦距是18mm，数值孔径是0.36；光束回射器28，采用多面体棱镜，光束回射误差角小于3″；第二直线位移传感器29，采用高精度绝对式光栅尺，量程为800mm，测量精度达到±1μm；第二光电探测器30，采用雪崩光电二极管，光谱响应范围950～1650nm，最大增益0.9×10⁶V/W，饱和功率5μW。

直线导轨4，行程600mm，定位精度为0.1mm；

精密旋转台5，采用高精度的气浮旋转台，台面直径为300mm，旋转一周，其轴向和径向跳动量小于0.2μm；

机械调平台6，可以进行位置和角度调节，X和Y两个方向的位置调整范围均为±5mm，位置调节精度是±1μm，倾斜角度调节范围是±1.5°，角度调节精度是±1″；

主控计算机7，其上运行中心偏差和镜片间隔测量软件，其主板上装载图像采集卡和信号采集卡。

本发明实施例的工作过程：例如，被测光学镜头8包含两个镜片，位于上方的第一镜片的曲率半径为160mm和-300mm，镜片厚度是8mm，材料是ZF3；位于下方的第二镜片的曲率半径为360mm和800mm，镜片厚度是6mm，材料是K9；两个镜片之间的间隔是10mm。此镜头装调步骤如下：

第一步，给本装置上电。

第二步，将反射镜3旋转到竖直状态，使其位于镜片中心偏差测量光路之外。

第三步，将第二镜片放入镜筒中，再将镜筒放置在机械调平台6的中心，启动精密旋转台5，观察主控计算机7采集到的十字线图像，十字线图像作圆周运动，调节机械调平台6，直到该圆的圆心位于图形区的中部。镜筒位置调整完之后，将其固定在机械调平台6上。

第四步，将被测光学镜片的各个镜面的曲率半径、镜片厚度和镜片折射率，输入到主控计算机7上的中心偏差测量软件中，计算各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心位置和垂轴放大率。本例中，第二镜片上表面的球心位于上表面顶点之下360mm处，垂轴放大率是1；第二镜片下表面的球心相对于上表面成像之后的球心，位于上表面顶点之下2240.49mm处，垂轴放大率为-4.216。

第五步，将十字线靶标聚焦到被测镜面的球心位置。先测量第二镜片上表面的中心偏差，再测量第二镜片下表面的中心偏差。如果两个镜面的中心偏差超出公差范围，则调整第二镜片的位置，直到中心偏差值在公差范围内。

第六步，将第一镜片放入镜筒中，重复步骤四和五，将第一镜片的中心偏差控制在公差范围之内。

第七步，将反射镜3旋转到45°位置，使其位于镜片间隔测量臂光路之中。

第八步，点亮短相干光源21，调节直线导轨4的高度，使其位于镜片间隔测量量程范围内。

第九步，光束回射器28进行直线扫描，第二直线位移传感器29实时测量光束回射器28的位置，主控计算机7同步采集第二直线位移传感器29的位置信号和第二光电探测器30的电信号。主控计算机7中的软件模块分析第二光电探测器30的电信号，会找到4个峰值点，这些峰值点对应的第二直线位移传感器29的位置，即为第一镜片和2的4个表面顶点对应的光程值。中间两个峰值点的光程差即为第一镜片和第二镜片的间隔。如果镜片间隔测量值超出公差范围，根据镜片间隔超出量，确定镜片之间的隔圈修磨量。

然后重复步骤六至九，直到镜片中心偏差和间隔满足公差要求。

显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.光学镜头辅助装调装置，包括镜片间隔测量模块(2)，其特征在于，还包括中心偏差测量模块(1)、反射镜(3)、直线导轨(4)、精密旋转台(5)、机械调平台(6)和主控计算机(7)；

所述反射镜(3)用于切换中心偏差测量模块(1)和镜片间隔测量模块(2)工作；

所述中心偏差测量模块(1)包括光学照明模块(11)、分光镜(12)、准直镜组(13)、聚焦镜组(14)、第一光电探测器(15)和第一直线位移传感器(16)；

所述聚焦镜组(14)可拆卸，当聚焦镜组(14)拆下时，光学照明模块(11)产生的十字线靶标光束依次经分光镜(12)和准直镜组(13)聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经准直镜组(13)和分光镜(12)聚焦到第一光电探测器(15)的靶面；当聚焦镜组(14)安装时，光学照明模块(11)产生的十字线靶标光束依次经分光镜(12)、准直镜组(13)和聚焦镜组(14)聚焦到被测镜面的球心像的位置，十字线靶标光束经被测镜面反射后，依次经聚焦镜组(14)、准直镜组(13)和分光镜(12)聚焦到第一光电探测器(15)的靶面；

所述第一光电探测器(15)将反射回来的十字线靶标光束的光信号转换为电信号，形成十字线图像，并将十字线图像信息传输至主控计算机(7)；

第一直线位移传感器(16)用于实时测量准直镜组(13)的不同位置，并将此位置信息传送给主控计算机(7)；

所述直线导轨(4)带动中心偏差测量模块(1)作竖直方向的直线运动，并且测量中心偏差测量模块(1)的位置，并将此位置信息传送给主控计算机(7)；

所述精密旋转台(5)可以带动被测光学镜头(8)绕精密旋转台(5)的轴线旋转；

所述机械调平台(6)连接在精密旋转台(5)之上，用于调节被测光学镜头(8)的光轴与精密旋转台(5)的旋转轴线的位置关系；

所述主控计算机(7)用于计算镜片间隔和中心偏差。

2.根据权利要求1所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述光学照明模块(11)包括光源(111)、毛玻璃(112)和十字线靶标(113)。

3.根据权利要求2所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述分光镜(12)为直角胶合棱镜，第一光电探测器(15)的靶面位于分光镜(12)的上侧，十字线靶标(113)位于分光镜(12)的右侧，且第一光电探测器(15)的靶面到分光镜(12)的上表面的距离等于十字线靶标(113)到分光镜(12)右表面的距离。

4.根据权利要求1所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述准直镜组(13)的位置可以调节。

5.根据权利要求1所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述聚焦镜组(14)可以切换不同焦距的光学镜头。

6.根据权利要求1所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述主控计算机(7)计算中心偏差的过程是：

步骤一、根据输入的被测光学镜头(8)的各个镜面的曲率半径、镜面间隔和镜片折射率，计算被测光学镜头(8)各个镜面的球心相对于其上所有镜面成像之后的球心像的位置和垂轴放大率β₂；

步骤二、根据计算的被测镜面相对其上所有镜面成像之后的球心像的位置，给出准直镜组(13)的位置信息，或者给出聚焦镜组(14)的焦距信息以及调节直线导轨(4)的位置信息；

步骤三、根据第一直线位移传感器(16)传送的准直镜组(13)的位置信息计算中心偏差测量模块(1)的垂轴放大率β₁，或者根据使用的聚焦镜组(14)的焦距计算中心偏差测量模块(1)的垂轴放大率β₁；

步骤四、通过对得到的十字线图像信息进行处理，计算十字线图像圆心轨迹的直径S；

步骤五、再通过式(1)计算镜面的球心线偏差α：

$a=\frac{S}{4\mathrm{\β}}---\left(1\right)$

式(1)中，β＝β₁β₂；

或通过式(2)计算镜面的球心角偏差值χ：

$\mathrm{\χ}=\frac{1}{4}\arctan \left(\frac{S/\mathrm{\β}}{R}\right)---\left(2\right)$

式(2)中，R是被测镜面的曲率半径，β＝β₁β₂。

7.根据权利要求1所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述镜片间隔测量模块(2)包括短相干光源(21)、可见光LED光源(22)、光纤(23)、1×2光纤耦合器(24)、2×2光纤耦合器(25)、第一光纤镜头(26)、第二光纤镜头(27)、光束回射器(28)、第二直线位移传感器(29)和第二光电探测器(30)；

所述短相干光源(21)用于光学相干测量；

所述可见光LED光源(22)用于标示镜面被测点位置；

所述第一光纤镜头(26)和第二光纤镜头(27)用来减小光纤出射光束的发散角，将光纤出射光束转换为近似平行光束；第一光纤镜头(26)用于测量臂光路中，将测量臂光路中的光纤出射光束转换为近似平行光束，再入射到被测镜片表面；第二光纤镜头(27)用于参考臂光路中，将参考臂光路中的光学出射光束转换为近似平行光束，再入射到参考臂光路中的光束回射器(28)表面；

所述光束回射器(28)将参考臂光路中的光纤出射光束沿原路回射，经过第二光纤镜头(27)聚焦，耦合到光纤中；

所述第二直线位移传感器(29)实时记录光束回射器(28)作直线运动的位置；

所述第二光电探测器(30)用于探测参考臂光路和测量臂光路反射回来的光束能量，将光信号转换为电信号，并将其传输至主控计算机(7)。

8.根据权利要求7所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述1×2光纤耦合器(24)将短相干光源(21)和可见光LED光源(22)发出的光束耦合到一路光纤中；所述2×2光纤耦合器(25)将被测镜片反射回的光束和参考臂光路反射回的光束耦合到与第二光电探测器(30)相连的光纤中。

9.根据权利要求1所述的光学镜头辅助装调装置，其特征在于，所述反射镜(3)与直线导轨(4)连接。