[发明专利]一种透镜中心误差测定系统及测定方法

说明书

本发明为一种透镜中心误差测定系统及测定方法，其克服了现有技术中存在的完全依赖图像处理技术对透镜中心误差进行测量的问题，实现了对透镜中心误差高精度、非接触的测量。本发明包括沿光轴竖直方向依次设置的激光光源、整形透镜、分束棱镜和透镜装调机构，透镜装调机构上设置有待测透镜，分束棱镜的一侧设置有视频监视器，分束棱镜的另一侧设置有平面反射镜；透镜装调机构包括用于设置待测透镜的透镜支架，透镜支架下方设置有能在水平两个方向进行移动以及带动测量部进行绕轴旋转的组合平台，组合平台上设置有与透镜支架连接的竖直位移装置。竖直位移装置包括位移杆、光栅尺、位移传感器或纳米位移台。

技术领域：

本发明属于光学检测技术领域，涉及一种透镜中心误差测定系统及测定方法。

背景技术：

随着光学产业的快速发展，光学系统的结构越来越复杂，对分辨率、孔径、视场、畸变等技术指标也不断提高，因此各个领域内对光学系统的要求也越来越高。然而，由于各种原因使得光学透镜在生产过程中产生了中心误差，导致系统像差增大，并对成像质量产生严重影响。因此在光学透镜的加工中，对透镜中心误差的测量就有了十分重要的意义。

目前，透镜中心误差的表示方法包括了面倾角、偏心差、球心差和边厚差等。面倾角指光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角；偏心差指透镜几何与光轴在透镜中心处的偏离量，对于薄透镜即透镜几何中心对光心的偏离量；球心偏指透镜光学表面的曲率中心对基准轴的偏离量；边厚差指透镜边缘厚度的差值。

其中，透镜中心偏误差的测量方法包括了三坐标测量法、干涉法、自准直法等。三坐标测量法为接触式测量方法，接触式测量会给元件造成一定的损伤，为了减小损伤采用分点逐步测量无法准确测量出中心偏误差的大小，而且测量周期较长；干涉法的测量结果精度较高，但光学系统较为复杂，对待测件的反射率有一定的要求，使该方法有一定的局限性，不易推广；自准直测量方法适用于球面透镜的测量，其光学系统较为简单，所用光学器件较少，但其测量精度、测量灵敏度会受到CCD/CMOS相机以及图像处理算法的影响。

目前使用较为广泛的仪器采用干涉法和自准直法。干涉法仪器结构复杂，体积大，装配和调整困难；自准直法主要包括了自准直光路以及CCD相机，测量方法是通过CCD相机上的光斑位置计算待测透镜反射光或者透射光的偏移量，完成透镜中心误差的测量。1997年，文献“Solid state division.One:two 2dimensional PSDs”，Hamamatsu PhotonicsKK将点激光倾斜照射到透镜中心，在相对待测透镜光轴对称的另一侧放置CCD。旋转透镜并由CCD记录光斑的圆形轨迹，通过计算该圆形轨迹的直径，得到中心误差。2013年，文献“基于PSD的透镜定心仪的研究”，通过PSD测定弥散斑的位置来确定透镜偏心的大小和方向。专利文献1(专利文献1，专利号CN204831226U)所记载的，将一束平行光入射待检测透镜，在透射/反射位置，安装接收的光学系统以及成像CCD，探测像点。测量时，让待测透镜旋转，如果待测透镜存在中心误差时，像点轨迹呈一定半径的圆环，其中圆环直径和待测透镜中心偏呈相应的几何关系，进而反算出待测透镜的中心误差。以上方法都是根据CCD像面上接收的光斑位置直接进行定量计算得到透镜中心误差，测量结果会直接受到相机成像质量的影响，并且容易受到环境因素的干扰，与图像处理算法的好坏也密切相关。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种透镜中心误差测定系统及测定方法，其克服了现有技术中存在的完全依赖图像处理技术对透镜中心误差进行测量的问题，实现了对透镜中心误差高精度、非接触的测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种透镜中心误差测定系统，其特征在于：包括沿光轴竖直方向依次设置的激光光源、整形透镜、分束棱镜和透镜装调机构，透镜装调机构上设置有待测透镜，分束棱镜的一侧设置有视频监视器，分束棱镜的另一侧设置有平面反射镜；透镜装调机构包括用于设置待测透镜的透镜支架，透镜支架下方设置有XY位移平台和旋转台组成的组合平台，组合平台上设置有与透镜支架连接的竖直位移装置。