光学镜头装调及检测系统与方法技术方案

一种光学镜头装调及检测系统，包括装调设备和像质检测设备；装调设备包括偏心差测量装置和镜面间距测量装置，像质检测设备包括波前像差检测装置；偏心差测量装置包括光学测量头、气浮转台以及立柱导轨，光学测量头包括照明模块、投影模块、显微二级放大模块和第一探测器，光学测量头与立柱导轨滑动连接，光学测量头沿立柱导轨可上下移动，气浮转台用于固定待测镜头。上述光学镜头装调及检测系统，不仅可以检测待测镜片的偏心差和待测镜片的间距和待测镜片的厚度，还可以检测整个待测镜头的波前像差，评估整个待测镜头的像质，且光学测量头的显微二级放大模块用于将经投影模块的成像进行二次放大，以提高光学镜头装调及检测系统的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
光学镜头装调及检测系统与方法
本专利技术涉及光学装调
，尤其涉及一种光学镜头装调及检测系统与方法。
技术介绍
随着光电技术飞速发展，大批高端镜头出现在科研、生活等各个领域，如，手机镜头、内窥镜、高端显微物镜、监视镜等。这些镜头的生产加工与光学装调密切相关。严格控制镜片的偏心与镜面的间距，并量化镜头的成像质量成为光学镜头装调的关键。镜片偏心差测量就是应用相关的测量方法对镜片的倾斜与径向偏移进行测量。镜面间距测量就是应用相关的测量方法对光学材料(镜片)厚度以及其空气间隔进行测量。镜片偏心与间距测量为镜头的装配公差提供精准的评估数据，并指示光学装配改进的方向。最终使镜头装调达到设计公差要求，得到良好的光学性能。波像差检测是利用干涉、波前传感器等技术对镜头成像质量进行量化评估的一种检测手段。在镜头装配系统上引入像质检测模块，实现装、检一体。在量化公差的同时，给出镜头像质检测的评估。然而，传统的装检系统由于受到直线导轨和光栅尺测量精度的限制，测量精度不高。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种测量精度较高的光学镜头装调及检测系统与方法。一种光学镜头装调及检测系统，包括装调设备和像质检测设备；所述装调设备包括偏心差测量装置和镜面间距测量装置，所述像质检测设备包括波前像差检测装置；所述偏心差测量装置包括光学测量头、气浮转台以及立柱导轨，所述光学测量头包括照明模块、投影模块、显微二级放大模块和第一探测器，所述光学测量头与所述立柱导轨滑动连接，所述光学测量头沿所述立柱导轨可上下移动，所述气浮转台用于固定待测镜头。在一个实施例中，所述气浮转台包括气浮轴承和四维调节架，所述四维调节架用于固定所述待测镜头，并调节所述待测镜头的机械轴。在一个实施例中，所述气浮转台的轴向和径向的异步跳动小于20nm，所述气浮转台的轴向和径向的同步跳动小于70nm。在一个实施例中，所述气浮转台的转动编码定位精度为1”。在一个实施例中，所述投影模块包括准直物镜和切换物镜，所述准直物镜对靶标中心发出的光进行准直；所述切换物镜包括切换转盘和多组不同焦距的物镜，所述多组物镜均设于所述切换转盘上，各组所述物镜通过所述切换转盘进行切换，以满足不同曲率的所述待测镜头的测量，所述物镜将靶标图案投影到待测镜头的曲率中心像平面。在一个实施例中，所述镜面间距测量装置包括干涉光路系统与调焦镜头；所述干涉光路系统包括长相干标尺光路模块与短相干测量光路模块；所述长相干标尺光路模块包括长相干光源、第一耦合器、参考臂、标尺延迟臂和第二探测器，所述参考臂中设置有光纤后向反射器，所述标尺延迟臂中设置有可移动反射镜，所述长相干光源出射的光线经过所述第一耦合器分为两路，一路进入所述参考臂，另一路进入所述标尺延迟臂，最终两路光反射回第一耦合器形成干涉，被所述第二探测器接收；所述短相干测量光路模块包括短相干光源、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、测量臂、第三耦合器和平衡探测器，所述短相干光源出射的光线经过所述第二耦合器分为两路，一路经所述第一环形器进入所述标尺延迟臂，另一路经所述第二环形器进入所述测量臂，所述标尺延迟臂的反射光和所述测量臂的反射光分别经所述第一环形器和所述第二环形器的端口出射在所述第三耦合器处形成干涉信号，被所述平衡探测器接收；所述长相干标尺光路模块和短相干测量光路模块共用置有所述可移动反射镜的所述标尺延迟臂，并通过第一波分复用器进行耦合和分束连接。在一个实施例中，所述标尺延迟臂的轴向扫描系统包括准直物镜、角锥反射镜、平面反射镜和直线导轨；所述准直物镜与所述平面反射镜固定在所述直线导轨的一端；所述角锥反射镜固在所述直线导轨的滑块上，所述角锥反射镜使反射光以入射光的相同的角度出射；光纤出射光被所述准直物镜准直后入射在所述角锥反射镜上，最后出射光照在所述平面反射镜上，并被所述平面反射镜反射后原路返回。在一个实施例中，所述波前像差检测装置包括准直扩束镜、分束镜、扩束组件、标准反射镜和波前传感器；光纤头出射光经所述准直扩束镜后被所述分束镜反射进入扩束组件，被扩束后的平行光束经被测镜头，以共焦的方式照射至标准反射镜，被标准反射镜反射的光束原路返回进入到所述波前传感器。一种光学镜头装调及检测方法，包括以下步骤：S10、导入待测镜头数据，并确定各面球心像的位置，以及初始化零点位置；S20、装载机械镜筒，并利用千分表调节所述镜筒的机械轴与气浮转台的转轴重合；S30、利用偏心差测量装置与镜面间距测量装置装调所述待测镜头的镜片；S40、切换到波前检测模式，采用波前像差检测装置进行波前像差的测量；S50、判断像质是否达到要求；S60、若是，结束装调；S70、若否，切换回装调模式，检测所述待测镜头的偏心及间距，分析实测数据，并将其引入光学设计软件进行优化再设计；S80、利用重新设计的参数，重复步骤S30至S50，直到像质满足要求。在一个实施例中，利用镜面间距测量装置装调所述待测镜头的镜片的方法包括以下步骤：利用解包络的算法求解短相干光路信号的相干信号包络，再通过寻峰算法寻找到各镜面的信号点位置；通过信号点位置找到对应的长相干标尺延迟光路的信号点，利用相位平移算法，求出各点的相位；计算各镜面间干涉信号的个数a以及各面间周期内的相位差由此可得到各镜面间的光程差为：其中λ为长相干光波长；各镜面间的厚度为：d＝OLD/n，n为短相干光所在各面间介质的折射率。上述光学镜头装调及检测系统，通过设置偏心差测量装置、镜面间距测量装置和波前像差检测装置，不仅可以检测待测镜片的偏心差和待测镜片的间距和待测镜片的厚度，还可以检测整个待测镜头的波前像差，评估整个待测镜头的像质，且光学测量头包括投影模块以及显微二级放大模块，显微二级放大模块用于将经投影模块的成像进行二次放大，以提高光学镜头装调及检测系统的检测精度。附图说明图1为一实施方式的光学镜头装调及检测系统的光学元件结构示意图；图2为光学镜头装调及检测系统的切换光路图；图3为光学镜头装调及检测系统的结构示意图；图4为偏心差测量头物镜以及波前像差测量参考镜的切换转盘；图5为偏心差测量装置的原理示意图；图6为镜面间距测量装置的原理光路图；图7为镜面间距测量系统短相干与长相干采集信号图；图8为镜面间距测量装置中标尺延迟臂的光路设计图；图9a为偏心差测量模块的结构示意图；图9b为利用偏心差测量模块完成双透镜胶合的示意图；图10为一实施方式的光学镜头装调及检测方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一实施方式的光学镜头装调及检测系统，包括装调设备和像质检测设备。装调设备包括偏心差测量装置100和镜面间距测量装置200，像质检测设备包括波前像差检测装置300。光学镜头装调及检测系统的偏心差测量装置100、镜面间距测量装置200和波前像差检测装置300三者相互独立，可以按用户需求选择性组装和使用。请参考图2和图3，偏心差测量装置100包括光学测量头605、气浮转台610以及立柱导轨604。光学测量头605包括照明模块3、投影模块5、显微二级放大模块2以及第一光电探测器1。光学测量头605与立柱导轨604滑动连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学镜头装调及检测系统，其特征在于，包括装调设备和像质检测设备；所述装调设备包括偏心差测量装置和镜面间距测量装置，所述像质检测设备包括波前像差检测装置；所述偏心差测量装置包括光学测量头、气浮转台以及立柱导轨，所述光学测量头包括照明模块、投影模块、显微二级放大模块和第一探测器，所述光学测量头与所述立柱导轨滑动连接，所述光学测量头沿所述立柱导轨可上下移动，所述气浮转台用于固定待测镜头。

【技术特征摘要】
1.一种光学镜头装调及检测系统，其特征在于，包括装调设备和像质检测设备；所述装调设备包括偏心差测量装置和镜面间距测量装置，所述像质检测设备包括波前像差检测装置；所述偏心差测量装置包括光学测量头、气浮转台以及立柱导轨，所述光学测量头包括照明模块、投影模块、显微二级放大模块和第一探测器，所述光学测量头与所述立柱导轨滑动连接，所述光学测量头沿所述立柱导轨可上下移动，所述气浮转台用于固定待测镜头。2.如权利要求1所述的光学镜头装调及检测系统，其特征在于，所述气浮转台包括气浮轴承和四维调节架，所述四维调节架用于固定所述待测镜头，并调节所述待测镜头的机械轴。3.如权利要求1所述的光学镜头装调及检测系统，其特征在于，所述气浮转台的轴向和径向的异步跳动小于20nm，所述气浮转台的轴向和径向的同步跳动小于70nm。4.如权利要求1所述的光学镜头装调及检测系统，其特征在于，所述气浮转台的转动编码定位精度为1”。5.如权利要求1所述的光学镜头装调及检测系统，其特征在于，所述投影模块包括准直物镜和切换物镜，所述准直物镜对靶标中心发出的光进行准直；所述切换物镜包括切换转盘和多组不同焦距的物镜，所述多组物镜均设于所述切换转盘上，各组所述物镜通过所述切换转盘进行切换，以满足不同曲率的所述待测镜头的测量，所述物镜将靶标图案投影到待测镜头的曲率中心像平面。6.如权利要求1所述的光学镜头装调及检测系统，其特征在于，所述镜面间距测量装置包括干涉光路系统与调焦镜头；所述干涉光路系统包括长相干标尺光路模块与短相干测量光路模块；所述长相干标尺光路模块包括长相干光源、第一耦合器、参考臂、标尺延迟臂和第二探测器，所述参考臂中设置有光纤后向反射器，所述标尺延迟臂中设置有可移动反射镜，所述长相干光源出射的光线经过所述第一耦合器分为两路，一路进入所述参考臂，另一路进入所述标尺延迟臂，最终两路光反射回第一耦合器形成干涉，被所述第二探测器接收；所述短相干测量光路模块包括短相干光源、第二耦合器、第一环形器、第二环形器、测量臂、第三耦合器和平衡探测器，所述短相干光源出射的光线经过所述第二耦合器分为两路，一路经所述第一环形器进入所述标尺延迟臂，另一路经所述第二环形器进入所述测量臂，所述标尺延迟臂的反射光和所述测量臂的反射光分别经所述第一环形器和所述第二环形器的端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洪福，巩岩，郎松，王宏伟，张艳微，马思齐，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32