一种连续变焦系统装调方法

摘要

本发明属于变焦系统装调方法，为解决现有变焦镜头装配方法因变焦镜头焦面位置确定方法繁琐，且成像质量无法在装配中间过程进行控制，导致变焦镜头装调效率低，而已公开的焦面快速确定方法，操作繁琐，还需借助图像探测器的技术问题，提供一种连续变焦系统装调方法，包括变焦镜头各变焦组元中镜片的装配、各变焦组元成像质量检测与调整、变焦镜头的总装、调焦零位与变焦镜头像面位置确定、探测器像面对接及变焦镜头穿心、变焦凸轮曲线位置标定。

权利要求

1.一种连续变焦系统装调方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，完成变焦镜头各变焦组元中镜片的装配；

S2，各变焦组元成像质量检测与调整将各变焦组元依次放置于星点检测仪光路和星点检测仪成像组件之间，所述变焦组元、星点检测仪光路和星点检测仪成像组件同轴设置，观察各变焦组元像面的焦前、焦面和焦后的星点像能量峰值是否均位于几何中心，若均位于几何中心，则继续执行步骤S3，否则，分析确认该变焦组元中对装配公差最敏感镜片，调整装配参数，直至该变焦组元的焦前、焦面和焦后的星点像能量峰值均位于几何中心；

S3，将各变焦组元进行装配，完成变焦镜头的总装；

S4，调焦零位与变焦镜头像面位置确定S4.1，将变焦镜头置于平行光管与读数显微镜之间，所述变焦镜头、平行光管和读数显微镜同轴设置，平行光管的焦面位置放置鉴别率板，调节读数显微镜位置，通过读数显微镜观察，直至变焦镜头短焦位置所成的平行光管鉴别率像成像清晰度符合预设要求；

S4.2，保持读数显微镜位置固定，调节变焦镜头的变倍凸轮，使变焦镜头处于长焦位置；

S4.3，通过读数显微镜观察变焦镜头长焦位置所成的平行光管鉴别率像，若成像清晰度符合预设要求，则继续执行步骤S4.4；否则，利用变焦镜头的调焦组进行调焦，直至成像清晰度符合预设要求；

S4.4，将步骤S4.3中成像清晰度符合预设要求时调焦组的位置记做调焦零位，并标记；

S4.5，调节变焦镜头至短焦位置，再次通过读数显微镜观察变焦镜头短焦位置所成的平行光管鉴别率像，若成像清晰度符合预设要求，则继续执行步骤S4.6；否则，调节所述显微镜位置，直至成像清晰度符合预设要求，再重复步骤S4.2至S4.4 ；

S4.6，将最后一次标记的调焦零位记做最终调焦零位，保持调焦组处于最终调焦零位，此时，变焦镜头短焦像面即为整个变焦镜头像面位置；

S4‑5，变焦镜头像质检测

保持调焦组处于最终调焦零位，检测变焦镜头变焦全程各焦距位置的成像效果，若成像清晰度符合预设要求，则继续执行步骤S5；否则，调整各变焦组元之间的位置关系，再重复步骤S3和步骤S4;

S5，完成探测器像面对接及变焦镜头穿心调节变焦镜头探测器和变焦镜头的前后位置，同时保持变焦镜头短焦成像清晰度符合预设要求，完成变焦镜头像面与探测器的对接，进而完成变焦镜头穿心；

S6，对变倍凸轮曲线位置标定，完成变焦系统装调。

2.如权利要求1所述一种连续变焦系统装调方法，其特征在于：步骤S2中，所述调整装配参数具体为，对装配公差最敏感镜片进行旋转镜片、间隔补偿、中心偏调整、镜片倾斜调整、重新定心加工中的至少一种调整。

3.如权利要求2所述一种连续变焦系统装调方法，其特征在于：步骤S2中，所述观察各变焦组元像面的焦前、焦面和焦后的星点像能量峰值是否均位于几何中心，具体是通过各变焦组元像面的焦前、焦面和焦后的点扩散函数进行观察。

4.如权利要求3所述一种连续变焦系统装调方法，其特征在于：步骤S2中，所述分析确认该变焦组元中对装配公差最敏感镜片，具体是通过光学设计软件进行分析确认。

5.如权利要求4所述一种连续变焦系统装调方法，其特征在于：步骤S4中，所述读数显微镜的数值孔径大于所述变焦镜头的最大数值孔径。

6.如权利要求5所述一种连续变焦系统装调方法，其特征在于：所述步骤S1之前还包括，完成变焦系统各变焦组元中镜片的入框及定心。

说明书

一种连续变焦系统装调方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变焦系统装调方法，具体提供一种连续变焦系统装调方法。

背景技术

[0002] 变焦镜头的应用已有几十年历史，随着现代社会发展和科学技术进步，连续变焦光学系统已广泛应用于各领域，如安防、监控、天网、交通、安全生产和森林防火等。变焦镜
头光路一般由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组构成。整个镜头在装配时既有运动组，
如变倍组和补偿组，又包含固定组，如前固定组和后固定组，装配较为复杂，因此，变焦镜头
快速、高质量的装调一直是制约变焦镜头应用的重要因素。

[0003] 传统的变焦镜头装配主要涉及以下几方面内容：1.镜片定心；2.各组元内镜片装配，包括固定组和移动组；3.变焦镜头总装；4.焦平面位置确定；5.变焦镜头成像质量检测；
6.像面对接与穿心；7.变焦凸轮曲线位置标定等。

[0004] 传统的变焦镜头装调方法装调效率低、变焦镜头成像质量无法在中间过程中进行控制、变焦镜头焦面位置确定方法繁琐且需要与探测器结合才能完成。另外，变焦镜头成像
质量只能在镜头装配完成后进行检测，无法在装配中间环节进行控制，导致镜头装好后，若
成像质量不好，问题定位相当困难。

[0005] 导致传统变焦镜头装调方法装调效率低的主要原因在于：1.变焦镜头焦面位置确定方法繁琐；2.变焦镜头成像质量无法在中间过程进行监测与问题定位，定位时需要反复
拆装已组装的镜头，操作过程繁琐、费时，而且也非常容易划伤光学或结构表面。

[0006] 公开号为CN 106773103A的中国专利公开了一种变焦镜头焦平面位置快速确定方法，公开了焦面快速确定的流程和步骤，但该方法较为繁琐，需要结合图像探测器观察目标
像的清晰度来确定焦面位置，而且实际操作时，反复调节探测器焦面前后位置，除了要不断
修切探测器安装法兰隔圈厚度，操作不方便外，镜头装配时电子学成像组件必须具备成像
条件，如果电子学组件不具备条件，则会直接影响到变焦镜头的装配。

发明内容

[0007] 本发明的主要目的是解决现有变焦镜头装配方法因变焦镜头焦面位置确定方法繁琐，且成像质量无法在装配中间过程进行控制，导致变焦镜头装调效率低，而已公开的焦
面快速确定方法，操作繁琐，还需借助图像探测器的技术问题，提供一种连续变焦系统装调
方法。

[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0009] 一种连续变焦系统装调方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

[0010] S1，完成变焦镜头中各变焦组元中镜片的装配；

[0011] S2，各变焦组元成像质量装调

[0012] 将各变焦组元依次放置于星点检测仪光路和星点检测仪成像组件之间，所述变焦组元、星点检测仪光路和星点检测仪成像组件同轴设置，观察各变焦组元像面的焦前、焦面
和焦后的星点像能量峰值是否均位于几何中心，若均位于几何中心，则继续执行步骤S3，否
则，分析确认该变焦组元中对装配公差最敏感镜片，调整装配参数，直至该变焦组元的焦
前、焦面和焦后的星点像能量峰值均位于几何中心；

[0013] S3，将各变焦组元进行装配，完成变焦镜头的总装；

[0014] S4，调焦零位与变焦镜头像面位置确定

[0015] S4.1，将变焦镜头置于平行光管与读数显微镜之间，所述变焦镜头、平行光管和读数显微镜同轴设置，平行光管的焦面位置放置鉴别率板，调节读数显微镜位置，通过读数显
微镜观察，直至变焦镜头短焦位置所成的平行光管鉴别率像成像清晰度符合预设要求；

[0016] S4.2，保持读数显微镜位置固定，调节变焦镜头的变倍凸轮，使变焦镜头处于长焦位置；

[0017] S4.3，通过读数显微镜观察变焦镜头长焦位置所成的平行光管鉴别率像，若成像清晰度符合预设要求，则继续执行步骤S4.4；否则，利用变焦镜头的调焦组进行调焦，直至
成像清晰度符合预设要求；

[0018] S4.4，将步骤S4.3中成像清晰度符合预设要求时调焦组的位置记做调焦零位，并标记；

[0019] S4.5，调节变焦镜头至短焦位置，再次通过读数显微镜观察变焦镜头短焦位置所成的平行光管鉴别率像，若成像清晰度符合预设要求，则继续执行步骤S4.6；否则，调节所
述显微镜位置，直至成像清晰度符合预设要求，再重复步骤S4.2至S4.4；

[0020] S4.6，将最后一次标记的调焦零位记做最终调焦零位，保持调焦组处于最终调焦零位，此时，变焦镜头短焦像面即为整个变焦镜头像面位置；

[0021] S5，完成探测器像面对接及变焦镜头穿心

[0022] 调节变焦镜头探测器和变焦镜头的前后位置，同时保持变焦镜头短焦成像清晰度符合预设要求，完成变焦镜头像面与探测器的对接，进而完成变焦镜头穿心；

[0023] S6，对变焦凸轮曲线位置标定，完成变焦系统装调。

[0024] 进一步地，在步骤S4之后，S5之前，还包括步骤S4‑5，变焦镜头像质检测；

[0025] 保持调焦组处于最终调焦零位，检测变焦镜头变焦全程各焦距位置的成像效果，若成像清晰度符合预设要求，则继续执行步骤S5；否则，调整各变焦组元之间的位置关系，
再重复步骤S3和步骤S4。

[0026] 进一步地，步骤S2中，所述调整装配参数具体为，对装配公差最敏感镜片进行旋转镜片、间隔补偿、中心偏调整、镜片倾斜调整、重新定心加工中的至少一种调整。

[0027] 进一步地，步骤S2中，所述观察各变焦组元像面的焦前、焦面和焦后的星点像能量峰值是否均位于几何中心，具体是通过各变焦组元像面的焦前、焦面和焦后的点扩散函数
进行观察。

[0028] 进一步地，步骤S2中，所述分析确认该变焦组元中对装配公差最敏感镜片，具体是通过光学设计软件进行分析确认。

[0029] 进一步地，步骤S4中，所述读数显微镜的数值孔径大于所述变焦镜头的最大数值孔径。

[0030] 进一步地，所述步骤S1之前还包括，完成变焦系统各变焦组元中镜片的入框及定心。

[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0032] 1.本发明的一种连续变焦系统装调方法，解决了变焦镜头成像质量无法在中间过程进行检测与控制，以及镜头调焦零位与焦平面位置确定时，操作繁琐、装配效率低等技术
难题。过程中，利用星点检测仪对各变焦组元的成像质量进行装调，进行过程检测与控制，
保证变焦镜头总装后具有良好成像质量。利用读数显微镜和平行光管为变焦镜头搭建光
路，确定调焦零位与变焦镜头像面位置，无需探测器组件参与，即可快速找到调焦组位置以
及与之唯一对应的像面位置，再继续完成变焦系统的完整装调。

[0033] 本发明提供的装调方法，一方面，克服了传统装调方法在装配中间环节无法对变焦镜头成像质量进行过程检测与控制，而导致后续完成装配后，问题定位困难，还需反复拆
装变焦镜头等缺点；另一方面，也克服了传统焦面位置确定操作繁琐的问题，不用再反复修
切垫片，也无需探测器组件参与，即可完成调焦组零位与焦面位置确定，操作非常方便、快
速。

[0034] 本发明提供的装调方法实质是基于加强变焦镜头装配过程环节质量控制，简化调焦零位与焦面确定流程，避免镜头装配中漫无目的的反复拆装。既保证了变焦镜头最终成
像质量，又节省了装配时间，对提高变焦镜头装配效率意义重大，具有操作简单、高效、实用
等特点。

[0035] 2.本发明的装调方法还包括在调焦零位与变焦镜头像面位置确定后，对变焦镜头的像质进行检测，使本发明的装调方法更加严谨和完整，进一步保证了装调过程中各环节
的确认。

[0036] 3.本发明中装配公差最敏感镜片的分析确认是通过光学设计软件实现的，结果更加准确，更加便捷，降低了出错概率。

附图说明

[0037] 图1为本发明连续变焦系统装调方法实施例的流程示意图；

[0038] 图2为本发明实施例中变焦组元成像质量检测与调整的原理示意图；

[0039] 图3为本发明实施例中调焦零位与变焦镜头像面位置确定的原理示意图。

[0040] 其中，1‑星点检测仪光路、2‑星点检测仪成像组件、3‑变焦组元、4‑星点检测仪计算机、5‑平行光管、6‑平行光管靶标、7‑变焦镜头、8‑读数显微镜、801‑显微物镜、802‑显微
目镜、9‑人工观察点、10‑星点检测仪、11‑辅助装调计算机。

具体实施方式

[0041] 下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

[0042] 如图1所示，本发明提供了一种连续变焦镜头装调方法，依次包括变焦组元中镜片的入框及定心、变焦镜头各变焦组元中镜片的装配，包括固定组和移动组、各变焦组元成像
质量检测与调整、变焦镜头的总装、调焦零位与变焦镜头像面位置确定、变焦镜头像质检
测、探测器像面对接及变焦镜头穿心、变焦凸轮曲线位置标定共八个流程，每个流程依次完
成，满足要求后再依次进行下一流程。其中，变焦组元中镜片的入框及定心是前期准备。

[0043] 各变焦组元成像质量检测与调整需借助星点检测仪完成；

[0044] 星点检测仪主要用于对各变焦组元3的成像质量进行检测，包含固定组和运动组；星点检测仪主要检测各变焦组元3的点扩散函数，观察各变焦组元3的点扩散函数形状与能
量分布，识别各组元可能存在的象散、慧差等非对称像差。星点检测仪可以采用带有点扩散
函数测量的仪器，例如光学传递函数测量仪、中心偏测量仪等。在本发明的一个实施例及应
用中，选择的星点检测仪为商业中心偏测量仪或者MTF测量仪，其自带附加镜和相关软件，
用于正镜组或负镜组MTF、点扩散函数的测量。

[0045] 辅助装调计算机11中安装有光学设计软件CODEV或者ZEMAX以及光学镜头设计文件，可用于进行变焦镜头7装配公差分析，确定装配环节变焦镜头各变焦组元3中对装配公
差敏感镜片。

[0046] 各变焦组元成像质量检测与调整的具体步骤如下：

[0047] 1)如图2，搭建变焦组元成像质量过程检测与调整需要使用的装置。星点检测仪光路1、变焦组元3和星点检测仪成像组件依次同轴设置。

[0048] 2)将各变焦组元3依次分别放置于星点检测仪10上，在各变焦组元3像面的焦前、焦面、焦后分别观察其星点像的形状及星点能量分布；

[0049] 3)若星点像能量峰值在几何中心处，能量分布均匀且形状对称，则该变焦组元3可进入变焦镜头总装环节；

[0050] 4)若其星点像对应的星点能量分布不均匀，形状不对称，星点像能量峰值不在几何中心处，可通过与星点检测仪计算机4相连的辅助装调计算机11，在辅助装调计算机11中
利用光学设计软件，分析该变焦组元3中对装配公差敏感的镜片；

[0051] 5)调整公差敏感镜片，具体调整包括旋转镜片、间隔补偿、中心偏调整、镜片倾斜调整、重新定心加工等方法，直至该变焦组元星点像的形状对称，能量分布对称；

[0052] 6)在星点像满足预设要求后，各变焦组元3可进入变焦镜头总装环节。

[0053] 将各变焦组元进行装配，完成变焦镜头的总装。

[0054] 再对调焦零位与变焦镜头像面位置进行确定，该步需要借助如图3所示的光路完成，包括水平依次设置的平行光管5、变焦镜头7、读数显微镜8、和人工观察点9，可通过人眼
在人工观察点9处进行观察。平行光管5位于变焦镜头7的左侧，主要用于提供观察目标；人
工观察点9位于读数显微镜8的出瞳处，通过读数显微镜8用于观察目标经变焦镜头7所成的
像。

[0055] 平行光管5焦面位置放置有鉴别率板，作为平行光管靶标6，鉴别率板应能够用于检测变焦镜头7短焦和长焦的极限分辨率。

[0056] 读数显微镜8由显微物镜801和显微目镜802组成，与人工观察点9处的人眼观察配合进行像质判断。

[0057] 读数显微镜8的数值孔径应大于变焦镜头7的最大数值孔径。

[0058] 前述的各变焦组元3是指固定组和移动组，且每个变焦组元3都包含至少一个镜片。其中，固定组包括前固定组、后固定组等在变焦镜头7变倍过程中不移动的镜组；移动组
包括变倍组、补偿组等在变焦镜头7变倍过程中位置移动的镜组。

[0059] 调焦零位与变焦镜头像面位置确定也确定了调焦组零位位置，为后期变焦镜头像面对接提供了基准，也为后期进行变焦镜头像质检测提供了检测基准。

[0060] 调焦零位与变焦镜头像面位置确定的方法，具体包括以下步骤：

[0061] 1)搭建前述的调焦零位与焦平面位置确定光路；

[0062] 2)利用读数显微镜8，观察变焦镜头7短焦位置所成的平行光管5鉴别率像，调节读数显微镜8的前后位置，使鉴别率图案成像最为清晰，使成像清晰度符合预设要求；

[0063] 3)保持读数显微镜8的位置不动，调节变焦镜头7的变倍凸轮，使变焦镜头7处于长焦位置；

[0064] 4)利用读数显微镜8再次观察鉴别率图案成像清晰度；如果成像模糊，利用调焦组进行调焦，使鉴别率图案再次清晰成像；如果成像清晰，则调焦组当前位置即为调焦零位，
标记调焦组零位位置，为后期探测器像面对接做好准备。

[0065] 5)保持调焦组位置不变，记做调焦零位，调节变焦镜头7至短焦位置，观察鉴别率图案成像清晰度；若不清晰，调节读数显微镜8前后位置，使其再次清晰成像，再重复步骤3)
和步骤4)；直到鉴别率图案成像清晰；若重新进行了调整，将最后一次的调焦零位记做最终
调焦零位；

[0066] 6)标记最终调焦零位，将变焦镜头7旋转到短焦位置，调焦组处于零位所对应的像面位置，即为变焦镜头探测器的位置。保持调焦组处于零位，调节探测器与变焦镜头前后位
置，选择合适修切垫厚度保证短焦成像清晰(观察图像)，即完成变焦镜头像面位置确定，此
时变焦镜头从短焦变倍到长焦均可一致清晰成像。

[0067] 变焦镜头像质检测主要用于检测变焦镜头7变焦全程各焦距位置的成像性能，此时调焦组必须位于最终调焦零位处。变焦镜头像质检测时将鉴别率板更换为星点板，进行
像面一致性检测时使用鉴别率板。

[0068] 一般而言，变焦镜头7中各变焦组元3之间的相对位置公差非常宽松，变焦镜头7各变焦组元3经本发明前述的各步中间过程控制后，成像质量一般不存在任何问题，除非结构
件，例如镜筒、凸轮变焦曲线等加工严重超差，造成变焦镜头7各变焦组元3的位置关系出现
重大偏离。为了保持严谨性与流程的完整性，将变焦镜头像质检测后的各变焦组元3之间的
位置关系调整环节也可作为一个装配工序。

[0069] 再依次完成探测器像面对接及变焦镜头穿心，以及对变焦凸轮曲线位置标定。

[0070] 本发明涉及的变焦组元中镜片的入框及定心、变焦镜头各变焦组元中镜片的装配、变焦镜头的总装、探测器像面对接及变焦镜头穿心、变焦凸轮曲线位置标定这几个步骤
都可直接采用现有的公知方式，均为本领域较为成熟的方法。

[0071] 各变焦组元3的镜片装配主要包括变焦组元3内镜片间隔测量、各组镜筒定心加工、组内镜片调整环节等流程。

[0072] 以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包
括在本发明的专利保护范围内。