[發明專利]一種光學鏡頭中心偏差測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910185724.0
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109855844B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 牛文靜;馬韜
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

1.一種光學鏡頭中心偏差測量方法，其特征在于，采用一種光學鏡頭中心偏差測量裝置，所述光學鏡頭中心偏差測量裝置包括一光學測量模塊、一機械調整模塊、一主控計算機以及一光學平臺，所述機械調整模塊設置在所述光學平臺上，所述光學測量模塊與所述機械調整模塊連接，且所述光學測量模塊受所述機械調整模塊的驅動移動，所述光學測量模塊及所述機械調整模塊均與所述主控計算機電連接，所述主控計算機控制所述光學測量模塊和所述機械調整模塊的工作狀態，所述光學鏡頭放置在所述機械調整模塊上，所述機械調整模塊調節所述光學鏡頭的方位，與所述光學測量模塊對位，所述主控計算機接受參數輸入以及所述光學測量模塊和所述機械調整模塊測得的參數，并計算出所述光學鏡頭的中心偏差；所述機械調整模塊包括一一維移動結構、一精密轉臺以及一三維調整平臺，所述一維移動結構一端與所述光學平臺連接，另一端與所述光學測量模塊連接，且所述一維移動結構垂直于所述光學平臺平面；

所述光學測量模塊包括一光源模塊、一聚光鏡、一分光棱鏡、一物鏡、一輔助物鏡、一電子目鏡以及一光電探測器；

所述聚光鏡與所述光源模塊出射光共光軸的相鄰設置，所述聚光鏡將所述光源模塊出射的光束轉換為平行光；

所述分光棱鏡與所述聚光鏡鄰近設置，所述分光棱鏡將所述聚光鏡出射的平行光部分反射、部分透射；

所述分光棱鏡出射反射光的一面設置和反射光共光軸的所述物鏡，所述分光棱鏡出射透射光的一面設置和透射光共光軸的所述輔助物鏡，且所述物鏡和所述輔助物鏡共光軸；

所述電子目鏡設置在所述輔助物鏡遠離所述分光棱鏡的一端，且所述電子目鏡與所述輔助物鏡共光軸；

所述光電探測器與所述主控計算機電連接，所述光電探測器將其接收到的光信號轉換為電信號，形成光斑圖像，并將光斑圖像傳遞至所述主控計算機；

所述物鏡和所述輔助物鏡成組使用，分為兩組物鏡和輔助物鏡，分別記為第一組和第二組，所述第一組中的所述物鏡焦距小于所述第二組中的所述物鏡的焦距；

所述光學鏡頭中心偏差測量方法包括步驟：

(A)光學鏡頭中心偏差測量裝置上電；激光聚焦點聚焦到待測面曲率中心之后會在曲率中心之前成像，或者激光焦點聚焦到待測面頂點之后在頂點之前成像，激光焦平面和經待測面成像之后的像平面之間的距離記為ΔT；反射式焦點離焦成像稱為“共焦模式”，反射式頂點離焦成像稱為“常規模式”；

(B)調整所述光源的光軸與所述精密轉臺的旋轉軸精確對準；

(C)將被測光學鏡頭放置在所述三維調整平臺的中間，觀察所述主控計算機上采集的被測光學鏡頭最上面一面的“常規模式”得到的光斑圖像，調節所述一維移動結構使光斑圖像清晰，調節所述光電探測器的增益或曝光時間，使光斑圖像的亮度處于能清晰可見的范圍；

(D)啟動所述精密轉臺，光斑圖像的質心做圓周運動，調節所述三維調整平臺使光斑圖像做圓周運動的質心位于所述光電探測器成像區的中心區域；

(E)停止精密轉臺，將光學鏡頭中的各個面的曲率半徑R、鏡面間隔、鏡片折射率以及ΔT輸入主控計算機的中心偏差測量軟件，分別計算出各個面的焦點像和頂點像的位置以及以被測面成像之后得到的像點相對于其上所有面成像的垂軸放大率β₂；

(F)對于凹面，根據步驟(E)計算的被測面的焦點像和頂點像的位置，判斷焦點像的位置是否在“共焦模式”的測量范圍內，若在，選擇所述第一組進行切換，調節一維移動結構直到光斑圖像清晰為止，使靶標聚焦到步驟(E)計算的被測面的焦點像的位置，將物鏡和輔助物鏡的焦距值輸入主控計算機的中心偏差測量軟件，主控計算機根據輸入的物鏡和輔助物鏡的焦距值計算光學測量模塊的垂軸放大率β₁；

對于凸面，當RΔT時，選擇所述第二組進行切換，根據步驟(E)計算的被測面的頂點像的位置，調節所述一維移動結構直到光斑圖像清晰為止，使靶標聚焦到步驟(E)計算的被測面的頂點像的位置，將所述物鏡和所述輔助物鏡的焦距值輸入所述主控計算機的中心偏差測量軟件，所述主控計算機根據輸入的所述物鏡和所述輔助物鏡的焦距值計算所述光學測量模塊的垂軸放大率β₁；當RΔT時，根據步驟(E)計算的被測面的焦點像和頂點像的位置，判斷焦點像的位置是否在“共焦模式”的測量范圍內，若在，選擇所述第二組進行切換，調節所述一維移動結構直到光斑圖像清晰為止，使靶標聚焦到步驟(E)計算的被測面的焦點像的位置，將所述物鏡和所述輔助物鏡的焦距值輸入所述主控計算機的中心偏差測量軟件，所述主控計算機根據輸入的所述物鏡和所述輔助物鏡的焦距值計算光學測量模塊的垂軸放大率β₁；當被測面的焦點像的位置在“共焦模式”的測量范圍之外，選擇所述第一組或所述第二組進行“常規模式”測量，將選擇的所述物鏡和所述輔助物鏡的焦距值輸入所述主控計算機的中心偏差測量軟件，計算出光學測量模塊的垂軸放大率β₁；

(G)啟動所述精密轉臺，所述精密轉臺帶動被測光學鏡做圓周運動，由所述光電探測器可以得到光斑質心的劃圓軌跡，通過所述主控計算機計算劃圓直徑D，用式(1)或式(2)計算該面的中心偏差值：

式中β＝β₁β₂，R是被測面的曲率半徑，ΔT是光學測量模塊成像聚焦點和被測鏡面成像聚焦點之間的軸向距離；

式(1)適用于“常規模式”下凹面和“共焦模式”下凸面的中心偏差計算；式(2)適用于“共焦模式”下凹面和“常規模式”下凸面的中心偏差計算；

或通過式(3)或式(4)計算被測面的球心差η_d：

式(3)適用于“常規模式”下凹面和“共焦模式”下凸面的球心差計算；式(4)適用于“共焦模式”下凹面和“常規模式”下凸面的球心差計算。