光學鏡頭像差檢測裝置及方法與流程
本發明涉及光學技術領域，特別涉及一種光學鏡頭像差檢測裝置及方法。
背景技術：
實際光學系統所成的像都不可能完全符合理想成像計算結果，尤其是幾何光學的理論成像計算結果，所謂像差也就是實際光學系統和理想光學系統成像的差別。像差的大小也就代表了光學系統成像質量的優劣。單色像差主要分為球差、慧差、像散、像面彎曲和畸變，當光學系統采用一定譜寬的光源成像時還會產生位置色差和倍率色差等。
檢測光學鏡頭的像差方法主要分為2種：平行光管法和干涉儀法。
平行光管法：平行光管是通過它取得來自無限遠的光束，此光束謂之平行光。是裝校調整光學儀器的重要工具，也是光學量度儀器中的重要組成部分，配用不同的分劃板，連同測微目鏡頭，或顯微鏡系統，則可以測定透鏡組的焦距，鑒別率，及其他成像質量。
干涉儀法：干涉儀是很廣泛的一類實驗技術的總稱，其思想在于利用波的疊加性來獲取波的相位信息。以泰曼干涉儀為例，泰曼干涉儀被普遍用來檢驗平板、棱鏡和透鏡等光學元件的質量。在泰曼干涉儀的一個光路中放置待檢查的平板或棱鏡，平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡，可根據干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變，從而評估透鏡的波像差。
這2種方法都有一個共同缺點，設備尺寸較大，通常儀器本身尺寸在0.5米以上，測量光路直線長度在1米以上，測量前需要精確的調整光線角度，通常需要專用的抗震檢測平臺和專業訓練的檢測人員，通常不能在生產現場檢測和臨時排查故障。
技術實現要素：
本發明提出一種光學鏡頭像差檢測裝置及方法，解決了現有技術的專業設備體積大、操作難度高及無法在生產現場測量的問題。
本發明的一種光學鏡頭像差檢測裝置，包括：點光源、鏡頭固定爪、狹縫板及靶紙，所述鏡頭固定爪位于點光源和靶紙之間，狹縫板安裝在鏡頭固定爪面向靶紙的一側，狹縫板上設有長條形狹縫，所述長條形狹縫的寬度為d，長度為nd，n為正數，所述靶紙上設有若干橫線、縱線形成的網格。
其中，狹縫板可旋轉地安裝在鏡頭固定爪面向靶紙的一側。
其中，所述點光源的出光端設有可拆卸插入濾鏡的卡口。
其中，所述狹縫寬度d為0.5～5毫米，n為4～10。
本發明還提供了一種利用上述任一項光學鏡頭像差檢測裝置的光學鏡頭像差檢測方法，包括步驟：
s1：將待測鏡頭固定在鏡頭固定爪上，保證狹縫中心點及點光源位于所述鏡頭的軸線上；
s2：當鏡頭的物距為無窮大時，調節所述點光源距所述鏡頭中心的距離為鏡頭焦距的5～10倍，當鏡頭的物距為固定值時，調節所述點光源距所述鏡頭中心的距離為所述固定值，調節靶紙位于所述鏡頭的焦距處；
s3：打開點光源，在靶紙上形成若干光斑，根據靶紙上的網格判斷，若主光斑長度和寬度的比值等于n:1，則認為nd毫米的口徑內的像差小于λ/4，像差為可接受范圍，λ為光的波長。
其中，步驟s3之前還包括在點光源的出光端插入濾鏡，所述濾鏡中心位于所述鏡頭的軸線上。
其中，步驟s3的檢測過程中，還包括旋轉調節狹縫板，以測量旋轉后主光斑的長度和寬度。
本發明的光學鏡頭像差測量裝置結構簡單，測量方法簡單易行，可在生產現場隨時進行測量。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的一種光學鏡頭像差檢測裝置結構示意圖；
圖2為靶紙上光斑示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本實施例的一種光學鏡頭像差測量裝置，包括：點光源、鏡頭固定爪2、狹縫板3及靶紙4，其中，點光源可通過普通光源11的出光端貼上小孔光闌12形成，或是小led光源。鏡頭固定爪2位于點光源和靶紙4之間，狹縫板3固定在鏡頭固定爪2面向靶紙4的一側。狹縫板3上設有長條形狹縫，所述長條形狹縫的寬度為d，長度為nd，n為正數，即狹縫長度為寬度n倍以上。靶紙4上設有若干橫線、縱線形成的網格，用于測量其上形成光斑的寬度。
本實施例的測量裝置利用衍射效應簡易檢測幾何光學像差，有瑕疵的光學系統中，幾何光學像差引起的光斑變化往往遠大于衍射效應，但在正常的光學系統中，幾何光學像差引起的光斑變化往往遠小于衍射效應。測量時將鏡頭6夾持在鏡頭固定爪2上，保證狹縫的中心點及點光源位于鏡頭6的軸線上。由于物方光源距離鏡頭入瞳(指鏡頭的等效主面)在5～10倍以上焦距時，其成像效果可以近似等效為無窮遠處，因此當鏡頭6的物距為無窮大時，調節點光源距鏡頭6中心的距離為鏡頭6焦距的5～10倍，當鏡頭6的物距為固定值時，調節點光源距鏡頭中心的距離為該固定值。點光源發出的光經過鏡頭6及狹縫后在靶紙4上形成若干光斑(包括主光斑和次光斑)，根據靶紙4上的網格判斷，若主光斑長度和寬度的比值等于n:1，則認為nd毫米的口徑內的像差小于λ/4，像差為可接受范圍，λ為光的波長。
上述結論基于矩形光斑的遠場夫瑯禾費衍射公式，該公式為：
其中
可以從這個公式看出，對于主衍射光斑尺寸(第一暗條紋內被稱為衍射主光斑，即圖2中位于最中間的光斑，簡稱：主光斑)，此時如果為x方向，則α＝π，如果為y方向，則β＝π。根據上述公式，此時對應靶面x方向夾角和y方向夾角為：
通光狹縫x方向寬度越寬(即狹縫的短邊越長)，主光斑x方向尺寸越窄；通光狹縫x寬度越窄，主光斑x方向尺寸越寬。在沒有幾何像差影響下，主衍射光斑x方向的寬度與y方向的寬度有如下關系：
其中lx，ly表示主光斑的半尺寸(主光斑長和寬的一半)，即第一暗條紋的位置，distance是通光狹縫到靶面的距離。從上述公式可以看出，主光斑x方向的寬度與y方向的寬度比值反比于通光矩形x方向的寬度與y方向寬度的比值。
本實施例中，狹縫板3可旋轉地安裝在鏡頭固定爪面向靶紙4的一側，在檢測時旋轉狹縫板3，若鏡頭6不存在非對稱像差，那么主光斑的長寬基本不變，若發生較大變化，則認為該鏡頭6存在非對稱像差。
點光源的出光端設有可拆卸插入濾鏡的卡口，通過插入不同顏色的濾鏡以檢測鏡頭對不同色光的像差。
本實施例中，狹縫寬度d為0.5～5毫米，n為4～10。選擇這樣的數值，是因為mm量級的狹縫對應的夫瑯禾費衍射的主光斑明顯，次光斑不明顯；其次mm量級的狹縫對應的主光斑尺寸為mm量級，容易測量。例如：d為5mm，n為4，那么主光斑寬度的比值為4:1時，則可以認為20mm的口徑內的像差小于λ/4，像差為可接受范圍。
本實施例的光學鏡頭像差檢測裝置結構簡單，檢測方法簡單易行，可在生產現場隨時進行檢測。
本發明還提供了一種利用上裝置的光學鏡頭像差檢測方法，包括：
步驟s1，將待測鏡頭固定在鏡頭固定爪上，保證狹縫中心點及點光源位于所述鏡頭的軸線上。
步驟s2，當鏡頭的物距為無窮大時，調節所述點光源距所述鏡頭中心的距離為鏡頭焦距的5～10倍，當鏡頭的物距為固定值時，調節所述點光源距所述鏡頭中心的距離為所述固定值，調節靶紙位于所述鏡頭的焦距處。
步驟s3，打開點光源，在靶紙上形成若干光斑，根據靶紙上的網格判斷，若主光斑長度和寬度的比值等于n:1，則認為nd毫米的口徑內的像差小于λ/4，像差為可接受范圍，λ為光的波長。
其中，步驟s3之前還包括在點光源的出光端插入濾鏡，所述濾鏡中心位于所述鏡頭的軸線上。
其中，步驟s3的檢測過程中，還包括旋轉調節狹縫板，以測量旋轉后主光斑的長度和寬度，若長度和寬度變化較大說明該鏡頭存在非對稱像差。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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