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一种基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置

阅读：386发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，包括星点光源、星点光源平移台、被测光学系统、五棱镜、五棱镜调整架、五棱镜扫描平移台、望远系统、CCD、望远系统支撑结构以及计算机；所述星点光源安装在星点光源平移台上，所述星点光源平移台的可移动范围要大于系统的离焦量；所述五棱镜扫描平移台的移动轴线和被测光学系统光轴垂直，且所述五棱镜的高度和被测光学系统的出瞳中心近似相同；所述五棱镜通过五棱镜调整架安装于所述五棱镜扫描平移台上，通过望远系统支撑结构调整望远系统的俯仰和扭动，使得光斑出现在CCD靶面上；所述CCD与计算机相连。，下面是一种基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，其特征在于：包括星点光源(7)、星点光源平移台(8)、被测光学系统(9)、五棱镜(3)、五棱镜调整架(2)、五棱镜扫描平移台(1)、望远系统(4)、CCD(5)、望远系统支撑结构(6)以及计算机(10)；
所述星点光源(7)安装在所述星点光源平移台(8)上，所述星点光源平移台(8)的可移动范围要大于系统的离焦量；所述五棱镜扫描平移台(1)的移动轴线和所述被测光学系统(9)光轴垂直，且所述五棱镜(3)的高度和被测光学系统(9)的出瞳中心近似相同；所述五棱镜(3)通过五棱镜调整架(2)安装于所述五棱镜扫描平移台(1)上，通过望远系统支撑结构(6)调整望远系统(4)的俯仰和扭动，使得光斑出现在CCD(5)靶面上；所述CCD(5)与所述计算机(10)相连。
2.根据权利要求1所述的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，其特征在于：
精调五棱镜扫描平移台(1)在运动方向的俯仰使得在运动过程中光斑不会偏出CCD(5)靶面。
3.根据权利要求1所述的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，其特征在于：
装调过程中将星点光源平移台(8)的移动轴线和被测光学系统(9)的光轴调整平行，且星点光源(7)需要在被测光学系统(9)光轴的轴线上。
4.根据权利要求1所述的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，其特征在于：
通过高度尺或者经纬仪设备检测五棱镜(3)移动到两个极限位置的五棱镜高度，调整五棱镜扫描平移台(1)的俯仰，使得两处位置的高度相等。
5.根据权利要求1所述的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，其特征在于：
CCD(5)的靶面调整到望远系统(4)的焦面处，望远系统(4)的中心高和五棱镜(3)的中心高近似相等。
6.根据权利要求1所述的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，其特征在于：
五棱镜(3)的入射光线和出射光线呈90°夹角。

说明书全文

一种基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置

技术领域

[0001] 本发明属于用于光学系统领域，具体而言，是应用于光学装调以及光学系统的检测的自动检焦调焦装置。

背景技术

[0002] 近年来随着空间光学的快速发展，光学加工设备日新月异，光学系统的精度要求也越来越高。目前高精度光学系统的装调一般都采用干涉仪作为装调检测设备。在有源光学系统中，当系统波像差优于工作要求时，需要将干涉仪替换为工作光源。在复位过程中不可避免的引入位置误差，或者由于工作光源波长和干涉仪波长不同造成的焦点位置偏移等，都会影响设备最终的焦点定位精度。且采用干涉仪检测时，对于大口径的光学系统很难有与之相匹配的平面镜做检测。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的不足，本发明目的是设计一种基于五棱镜扫描的自动调焦装置，具备结构简单，成本低，精度高，自动化程度高等优点。

[0004] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

[0005] 一种基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，它包括星点光源7、星点光源平移台8、被测光学系统9、五棱镜3、五棱镜调整架2、五棱镜扫描平移台1、望远系统4、CCD 5、望远系统支撑结构6以及计算机10；所述星点光源7安装在所述星点光源平移台8上，所述星点光源平移台8的可移动范围要大于系统的离焦量；所述五棱镜扫描平移台1的移动轴线和所述被测光学系统9光轴垂直，且所述五棱镜3的高度和被测光学系统9的出瞳中心近似相同；所述五棱镜3通过五棱镜调整架2安装于所述五棱镜扫描平移台1上，通过望远系统支撑结构6调整望远系统4的俯仰和扭动，使得光斑出现在CCD 5靶面上；所述CCD 5与所述计算机10相连。

[0006] 有益效果：本发明的基于五棱镜扫描的自动调焦装置，结构简单，成本低，精度高，自动化程度高等优点。附图说明

[0007] 图1为本发明的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦分解图。

[0008] 图2为本发明的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦分解图。

[0009] 图3为本发明的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦分解图。

[0010] 图4为本发明的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦结构图。

[0011] 图5为本发明的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦原理图。

[0012] 图中，1、五棱镜扫描平移台；2、五棱镜调整架；3、五棱镜；4、望远系统；5、CCD；6、望远系统支撑结构；7、星点光源；8、星点光源平移台；9、被测光学系统；10、计算机；11、望远系统焦面(和CCD靶面平面重合)。

具体实施方式

[0013] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0014] 其装置结构图如图4所示，本实施例的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，假设系统中心视场焦点为C，C点发出的光经过光学系统9变为平行光，入射至望远系统4后，打到CCD 5中心。

[0015] 由于系统离焦，光源星点7由C点转为A点，则出射光束优于存在离焦变为发散或汇聚光束，则入射至望远系统9时，沿轴外视场入射，则到CCD 5处位置会产生平移。

[0016] 假设五棱镜扫描时采用的五棱镜3口径较小，且离焦量较小。则此处五棱镜扫描处系统出射为小口径平行光，只是不同处平行光角度不同。则可认为A点发出的光在系统最边缘处出射角度与焦面处B点发出的光相同(B点是系统边缘与A点连线的延长线与焦面相交点)。

[0017] 设系统口径为d，离焦量AC＝x，对应像面高度CB＝y，系统焦距f。

[0018] 由相似三角形，则则

[0019]

[0020] 又由近轴成像公式，可知y＝f×θ，其中θ为出射角度。则

[0021]

[0022] 望远系统像面像高y′＝f′×θ，其中f’为望远系统的焦距，则

[0023]

[0024] 则离焦量可近似由下式算出：

[0025]

[0026] 但实际测量时，由于质心位置计算不准确，因此应使用拟合方法计算实际离焦量，利用

[0027]

[0028] 可得，实测CCD坐标y’与五棱镜扫描位置d/2是线性关系，因此根据实测CCD坐标值与五棱镜位置，可得拟合系数

[0029] 如图5所示，自动检焦调焦原理图。

[0030] 根据五棱镜扫描所得到的一系列导轨位置和CCD坐标值，采用最小二乘法拟合系数k。

[0031] 计算出系统离焦量:

[0032]

[0033] 本实施例的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，利用五棱镜的入射光线和出射光线呈90°夹角，且与五棱镜的位置和状态无关的特性。该特性可以避免由于五棱镜平移台直线度差，或者平移台运动轴线和光轴不垂直等因素造成五棱镜在运动过程中位置发生变化导致光斑在CCD的水平方向上发生偏移。

[0034] 装置包括星点光源7、星点光源平移台8、被测光学系统9、五棱镜3、五棱镜调整架2、五棱镜扫描平移台1、望远系统4、CCD 5、望远系统支撑结构6以及计算机10。

[0035] 星点光源7安装在星点光源平移台8上，星点光源平移台8的可移动范围要大于系统的离焦量。由于该系统仅能测量系统离焦，因此需要在前期装调过程中将星点光源平移台8的移动轴线和被测光学系统9的光轴调整平行。且星点光源7需要在被测光学系统9光轴的轴线上。

[0036] 星点光源平移台8可以是手动或者电动，如果是手动调节，扫描机构只做单次扫描，扫描结束后会在计算机上显示被测系统的离焦量和调整方向；如果是自动调节，扫描机构会做多次扫描直至将星点光源7移动到被测光学系统9的焦点处。

[0037] 五棱镜扫描平移台1的移动轴线和系统光轴垂直，且五棱镜3的高度和被测系统的出瞳中心近似相同。

[0038] 通过高度齿或者经纬仪等设备检测五棱镜3移动到两个极限位置的五棱镜高度，调整五棱镜扫描平移台1的俯仰，使得两处位置的高度相等。

[0039] 将CCD 5的靶面调整到望远系统4的焦面处，将望远系统4的中心高调整到和五棱镜3的中心高近似相等。

[0040] 通过望远系统支撑结构6调整望远系统4的俯仰和扭动，使得光斑出现在CCD 5靶面上。精调五棱镜扫描平移台1在运动方向的俯仰使得在运动过程中光斑不会偏出CCD靶面。

[0041] 本实施例的基于五棱镜扫描的光学系统自动检焦调焦装置，工作流程为：

[0042] 步骤一、在计算机10中输入被测光学系统9的口径d，焦距f，望远系统焦距f’，五棱镜扫描平移台1的扫描间隔det_s，扫描点数n；

[0043] 步骤二、调整五棱镜调整架2的俯仰、扭动、高度以及五棱镜扫描平移台1运动方向上的俯仰，使得五棱镜3在运动过程中光斑在CCD 5竖直方向上不会移出CCD 5的靶面；

[0044] 步骤三、将五棱镜3平移至被测光学系统9的口径边缘，在计算机10上点击开始扫描，五棱镜3的五棱镜扫描平移台1开始自动运动扫描点，每移动设定的扫描间隔，五棱镜扫描平移台1会自动停止，同时CCD 5开始采集图片并计算光斑质心位置，结束后继续运动扫描点，直至n个点全部完成；得到n个点位置s1，s2,…,sn；以及n个质心点的水平方向的位置c1，c2,…,cn。根据这些点坐标，计算机10根据公式⑥会计算出离焦量x；

[0045] 步骤四、计算机10控制星点光源平移台8移动x的距离；

[0046] 步骤五、重复过程步骤三，如果离焦量x的绝对值小于设定值，认为星点光源7已位于焦点位置，调焦结束；如果离焦量x的绝对值大于设定值，重复步骤四过程。以此迭代，直至如果离焦量x的绝对值小于设定值。

[0047] 以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。

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