共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法与流程

本发明属于光学装调，具体涉及一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法。

背景技术：

1、在含非球面的透镜中，存在非球面对称轴和透镜光轴两根光轴。由于加工误差不可避免，两根光轴之间存在夹角α，研究表明：同样的加工误差或装调误差下，非球面比球面引起的光学系统像差更大，会严重破坏镜头的成像质量。多年来，国内外缺乏对共轴折射系统中的非球面透镜的装调技术研究，相关文献基本都是离轴或共轴反射系统中的非球面反射镜的装调技术研究。在共轴折射系统中一般是将非球面近似看作球面来处理，此时忽略非球面对称轴与透镜光轴间的夹角，装调时将透镜光轴调节至与基准轴重合。这种处理方式将导致非球面对称轴与基准轴存在一个夹角α，此时成像效果多半不是最佳。由于非球面的加工、装调误差较球面对系统成像更为敏感的特性，随着今后光学技术的持续快速发展，将非球面近似看作球面装调的做法将难以满足今后各类高性能光学镜头的装调需求。

2、要实现非球面透镜的精密装调，首先要测量透镜中非球面对称轴与透镜光轴的夹角α。夹角α与非球面的偏心相关，测量方法主要有边厚差法、干涉法等。

3、边厚差法通常是在透镜加工过程中使用千分表对非球面的偏心进行测量，属接触式测量，会损伤透镜表面膜层，不适合成品透镜的测量。近年来随着测试技术的发展，出现了非接触式测量方法。但由于测量头工作距离及方向的限制，使其难以直接应用到非球面透镜的实际装调中。

4、干涉法可测量非球面的偏心，通过分析计算干涉图样，计算出非球面中心偏差。缺点是数据处理复杂，且干涉条纹容易受外界干扰，从而影响测量精度，目前多用于实验室。且由于测量方向等限制，同样难以应用于复杂的共轴折射系统，而是较多应用在仅有三四个反射镜的离轴反射系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，以满足非球面广泛应用的各类高性能光学镜头的装调精度需求。

2、一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，其特征在于调装步骤如下：

3、s1-利用非接触式测量法测量非球面透镜的偏心数据，得到非球面对称轴相对透镜光轴的夹角α；

4、s2- 在光学设计软件中输入待装光学系统的各项参数。分别将非球面透镜中非球面的倾斜角度设置为0和α，对比两种情况下光学系统的光学传递函数mtf图；

5、s3-在α存在的前提下，不断更改非球面透镜整体的倾斜角度，观察光学系统的光学传递函数图中的mtf曲线变化，直至mtf曲线最贴近非球面无倾斜时的mtf曲线为止，记录此时非球面透镜中球面曲率中心及非球面顶点曲率中心偏离系统光轴的偏离量（ci、cj）；

6、s4-将待装光学系统的镜筒固定在中心偏测量仪的旋转工作台上，以转工作台旋转轴为基准轴，通过调整镜筒的平移及倾斜状态，使镜筒机械轴与旋转轴重合；

7、s5-由下至上依次装调各待装透镜，装调到位后在透镜与镜筒间隙处点专用胶固定。

8、进一步地，所述s1中利用非接触式测量法测量时所使用的设备为德国triopticsgmbh公司的opticentric300 dual双光路中心偏测量仪加装非球面中心偏差测量附件。

9、进一步地，所述s2中的所使用的光学设计软件为zemax。

10、进一步地，当所述s5中的待装透镜是两表面均为球面的球面透镜时，装调每个表面对应的曲率中心落在基准轴上。

11、进一步地，当所述s5中的待装透镜是含非球面的非球面透镜时，按该块透镜的仿真结果装调，确保其上下两表面的偏心数据为仿真时光学系统成像质量最佳时的数据，既光学传递函数曲线最贴近非球面无倾斜状态时的数据；非球面透镜通过仿真后得出：球面曲率中心偏离系统光轴的偏离量ci及非球面顶点曲率中心偏离系统光轴的偏离量cj时成像质量最佳，则该透镜在镜筒中球面曲率中心偏心ci，非球面顶点曲率中心偏心cj。

12、本发明的有益效果在于：在测量非球面对称轴与透镜光轴夹角的基础上，通过光学设计软件仿真得出非球面透镜在光学系统中的最佳位姿，最后在中心偏测量仪上按仿真结果对非球面透镜进行装调，从而实现共轴折射光学系统中非球面透镜的精密装调。相比现有将非球面透镜近似看作球面透镜装调的方法，光学系统成像质量更佳，有效保证高性能光学镜头成像质量；同时，能够降低非球面对称轴与透镜光轴夹角这一参数的加工精度要求，从而降低透镜加工成本。

技术特征：

1.一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，其特征在于调装步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，其特征在于所述s1中利用非接触式测量法测量时所使用的设备为德国trioptics gmbh公司的opticentric 300 dual双光路中心偏测量仪加装非球面中心偏差测量附件。

3.如权利要求1所述的一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，其特征在于所述s2中的所使用的光学设计软件为zemax。

4.如权利要求1所述的一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，其特征在于当所述s5中的待装透镜是两表面均为球面的球面透镜时，装调每个表面对应的曲率中心落在基准轴上。

5.如权利要求1所述的一种共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，其特征在于当所述s5中的待装透镜是含非球面的非球面透镜时，按该块透镜的仿真结果装调，确保其上下两表面的偏心数据为仿真时光学系统成像质量最佳时的数据，既光学传递函数曲线最贴近非球面无倾斜状态时的数据；非球面透镜通过仿真后得出：球面曲率中心偏离系统光轴的偏离量ci及非球面顶点曲率中心偏离系统光轴的偏离量cj时成像质量最佳，则该透镜在镜筒中球面曲率中心偏心ci，非球面顶点曲率中心偏心cj。

技术总结
共轴折射光学系统中非球面透镜的装调方法，属于光学装调技术领域。首先利用非接触式测量法测量非球面透镜中非球面对称轴与透镜光轴的夹角α，然后用光学设计软件对光学系统进行仿真模拟，确定非球面对称轴与透镜光轴夹角为α时，光学系统成像质量最佳时非球面透镜上下两表面的偏心数据；最后借助中心偏测量仪对非球面透镜进行装调，确保其上下两表面的偏心数据为仿真时成像质量最佳时的数据。相比现有将非球面透镜近似看作球面透镜装调的方法，光学系统成像质量更佳，有效保证高性能光学镜头成像质量；可降低非球面对称轴与透镜光轴夹角这一参数的加工精度要求，从而降低透镜加工成本。

技术研发人员：王宏波,王棪,沈烨,杨文宇,李晓君,杨帆,王周君,杨锡柱,彭代东,太智超,赵垒,李彦生,王正强,郭怡君,吴卓洋,阮淳珏
受保护的技术使用者：昆明北方红外技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5