專利名稱：光學系統(tǒng)中的嵌合式鏡片組及其嵌合精度補正方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學系統(tǒng)中的光學元件，更具體地說，涉及一種光學系統(tǒng)中的 嵌合式鏡片及其嵌合精度補正方法。
背景技術：
目前各種拍照、錄像設備已經邁向高像素時代，這些設備的光學系統(tǒng)對成 像質量起著至關重要的作用。與一般光學儀器相比較，拍照、錄像設備的光學 系統(tǒng)結構較為復雜，往往包括相當數量的鏡片。這些鏡片在進行光學設計時， 其相對位置都是當作完全理想的情況來進行設計處理，即設計時的像質是在鏡
片完全同心和無空氣間隔(airspace)偏差這樣的理想條件下完成。因此鏡片 成品的加工和裝配需要將各鏡片連接后的同心度誤差和空氣間隔誤差控制在 一定范圍之內，以保證各鏡片組合后具有良好的成像質量。
現有技術中對多枚靠近的鏡片之間的定心、定位方式通常分為兩種。如圖 1所示，這種方法設置鏡室(未圖示)，之后將鏡片組入鏡室，依靠各鏡片與 鏡室之間的干涉，來達到定位、定心效果。其缺陷是，鏡片之間的嵌合精度容 易受到鏡片分模面所產生的毛邊影響。此外，鏡片與鏡室之間相互干涉，鏡片 受到較大的側向力，容易影響鏡片的面精度。
另一種方法是依靠鏡片與鏡片之間的嵌合，來達到定位、定心效果。如圖 2所示，在公開號為CN 1508587A的中國專利申請中，公開了一種嵌合式鏡 片，在第一鏡片21上設置嵌合側面22，在第二鏡片23上也設置嵌合側面24， 兩者通過嵌合側面22、 24相互嵌設。如圖3所示，在專利號為ZL 200620121112.3的中國專利中，公開了一種嵌合式鏡片組，在第一鏡片31上 設置有嵌合部32，第二鏡片33的下端嵌合在嵌合部32中，來進行定位。這 種方法雖然可避免鏡片與鏡室之間嵌合接觸而產生的定心偏差，但是鏡片的有
4效直徑的面精度容易受到影響，導致解像力下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種光學 系統(tǒng)中的嵌合式鏡片及其嵌合精度補正方法，能夠改善鏡片之間的同心度。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種光學系統(tǒng)的嵌合式 鏡片組，包括相互嵌合的至少兩個鏡片，其中，各鏡片都包括曲面部分和位于 其外周的平面部分；所述至少兩個鏡片中，第一鏡片的平面部分上設置有非球
面凸出部，第二鏡片的相鄰平面部分上設置有與所述凸出部嵌合的非球面凹進 部。
在本發(fā)明所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組中，所述非球面凸出部的數量為
多個，在所述第一鏡片的平面部分上呈環(huán)形均布；所述非球面凹進部的數量和 位置與所述凸出部對應。
在本發(fā)明所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組中，所述第一鏡片和第二鏡片的 相鄰曲面部分均為凹進曲面。
在本發(fā)明所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組中，所述第一鏡片和第二鏡片的 相鄰曲面中，其中一個為凹進曲面，另一個為凸出曲面，且凹進曲面的半徑和 曲率大于凸出曲面。
在本發(fā)明所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組中，所述第一鏡片或第二鏡片的 平面部分上設置有凸臺，所述第一鏡片的凸出部或所述第二鏡片的凹進部設置 在所述凸臺上。
本發(fā)明還提供了一種嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法，所述鏡片組包括 相互嵌合的至少兩個鏡片，所述至少兩個鏡片中，第一鏡片上的嵌合部為非球 面凸出部，第二鏡片上的嵌合部是與所述凸出部嵌合的非球面凹進部；所述嵌 合精度補正方法包括以下步驟
51、 將鏡片組中的待測鏡片固定于測量儀的夾具上；
52、 依據非球面測量結果進行基準面校正；
53、 依序對各非球面嵌合部進行測量，記錄坐標并進行轉換；54、 對與之嵌合的鏡片進行測量，重復步驟Sl-3;
55、 比較兩個相互嵌合的鏡片的測量結果之間的差異；
56、 若差異值大于預定的范圍，則進行模仁的補正加工；若差異值小于預 定的范圍，通過檢測。
在本發(fā)明所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法中，所述步驟S2包括 依據非球面測量結果，調整X、 Y方向的傾斜度；并記錄待測鏡片的中心點的 坐標；
其中所述待測鏡片的嵌合部中，相對的兩個嵌合部的最高點或最低點連線 與X方向平行，另兩個相對的嵌合部的最高點或最低點連線與Y方向平行。 在本發(fā)明所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法中，所述步驟S3包括
531、 測量并計算連線與X方向平行的兩個嵌合部的最高點或最低點在X
方向的距離；
532、 測量并計算連線與Y方向平行的兩個嵌合部的最高點或最低點在Y
方向的距離；以及
533、 取所述X、 Y方向距離的平均值，得到待測鏡片的測量結果。
在本發(fā)明所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法中，其特征在于，所述 步驟S31包括
S311、根據設計數值，將相對的兩個嵌合部的最高點或最低點的理想距離 定義為D0，將測量儀的探頭從所述待測鏡片的中心點沿著X方向移動D0/2的 距離，先后對連線與X方向平行的兩個嵌合部進行測量，記錄測量點的坐標以 及偏軸量；
S311、根據所測量點的坐標以及偏軸量，分別計算得到兩個嵌合部的最高 點或最低點的X坐標。
在本發(fā)明所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法中，所述步驟S32包
括
S321、將測量儀的探頭從所述待測鏡片的中心點沿著Y方向移動D0/2的 距離，先后對連線與Y方向平行的兩個嵌合部進行測量，記錄測量點的坐標以 及偏軸量；S322、根據所測量點的坐標以及偏軸量，分別計算得到兩個嵌合部的最高 點或最低點的Y坐標。
實施本發(fā)明的光學系統(tǒng)中的嵌合式鏡片組及其嵌合精度補正方法，具有以 下有益效果利用非球面的唯一光軸的特性，來保證相互嵌合的鏡片之間的定 心與間隔定位精度，同時利用嵌合精度補正方法，對鏡片加工成形的差異而產 生的誤差進行準確的補正加工，可達到較高的嵌合精度。由于不會對鏡片施加 側向力，因此與現有技術相比，可改善面精度。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中
圖1是現有技術中的一種鏡片組的示意圖2是現有技術中的一種嵌合式鏡片組的示意圖3是現有技術中的另一種嵌合式鏡片組的示意圖4A是本發(fā)明的嵌合式鏡片組的側面分解示意圖4B是本發(fā)明的嵌合式鏡片組的側面組合示意圖5是本發(fā)明的嵌合式鏡片組中第一鏡片的主視圖6是圖4A的A部放大圖7是將鏡片組放置在測量儀的夾具上的示意圖8是對圖6中的夾具進行基準面校正后的示意圖9是對嵌合式鏡片組的各嵌合部進行測量的示意圖10是圖9的B部放大圖，示出了對單個嵌合部進行測量的例子。
具體實施例方式
在本發(fā)明的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組中，包括相互嵌合的多個鏡片，鏡片 的數量為至少兩個。
圖4A和4B示出了兩個鏡片相互嵌合的情況。該鏡片組100包括第一鏡 片101和第二鏡片102。各鏡片都包括圓形曲面部分和位于其外周的平面部分。 以第一鏡片101為例，包括兩側的圓形曲面部分103、 104和位于圓形曲面部分103、 104外周的環(huán)形平面部分105、 106。第一鏡片101兩側的圓形曲面部 分103、 104可以分別是凸出、凹進的球面或非球面。類似地，第二鏡片102 包括兩側的圓形曲面部分107、 108和環(huán)形平面部分109、 110。
在第一鏡片101和第二鏡片102相鄰的平面部分105、 109上，分別設置 有嵌合部，該嵌合部分別為多個凸出部111和多個凹進部112，兩者的數量相 等且形狀相互配合。參照圖5，在本發(fā)明的實施例中，示例了設置四個凸出部 111的情況。凸出部111在平面部分105上呈環(huán)形分布，對應地，凹進部112 在平面部分109上環(huán)形分布。這兩個鏡片即通過凸出部111和凹進部112相互 嵌合。
為了保證兩個鏡片的曲面部分之間不發(fā)生干涉，與凸出部111位于同一側 的曲面部分103、與凹進部112位于同一側的曲面部分107之間須滿足一定的 關系。如圖4A所示的情況，兩者可以均為凹進的曲面?；蛘撸瑑烧咧械囊粋€ 為凹進的曲面，另一個為凸出的曲面，且凹進曲面的半徑和曲率大于凸出曲面。 當凹進曲面的曲率或半徑大于凸出曲面時，或者兩者均為凸出的曲面，直接嵌 合可能導致兩個鏡片的曲面部分之間發(fā)生干涉時，為了保證凸出部111和凹進 部112相互嵌合，可以在相鄰的平面部分105、 109中的一者或兩者上設置凸 臺，間接地增加平面部分的厚度，再在其上設置凸出部111或凹進部112。凸 臺的尺寸以不影響鏡片的解像力為宜。(此段請確認)
圖6是圖4A的A部放大圖。如圖6所示，多個凸出部lll中，至少一個 的表面形狀為非球面曲面。圖中用虛線示出了對應的球面曲面供參考。對應的 至少一個凹進部112的表面形狀也為非球面曲面。此舉是利用了非球面的唯一 光軸的特性，通過兩個非球面表面的配合來保證兩個鏡片之間的定心與間隔定 位精度。
凸出部111和凹進部112的非球面表面滿足以下非球面公式
z =-^-+爿4 * / 4 + 乂6 * /z6 +* /z8 +廁* /z10
1 + [1-(《+ l)c2/12]
其中Z為沿光軸方向在高度為h的位置以表面頂點作參考距光軸的位移 值；K為錐度常量；C=l/R， R表示鏡片表面的曲率半徑；h表示鏡片高度；A4表示四次的非球面系數(4th Order Aspherical Coefficient); A6表示六次的 非球面系數；A8表示八次的非球面系數；A10表示十次的非球面系數。
凸出部111和凹進部112的設計值可以相同或者不同。在一個示例性實施 例的數值中，凸出部lll的非球面表面參考定義為
R=0.3公差范圍0 0.305 (+1%)
K=0.6公差范圍0~+1%
A4=0
A6=0
A8=0
A10=0
對應的凹進部112的非球面表面參考定義為
R=0.3公差范圍0.3~-0.295 (-1%)
K=0.6公差范圍0~-l%
A4=0
A6=0
A8=0
A10=0
非球面的唯一光軸的特性不僅可用來保證鏡片之間的定心與間隔定位精 度，還可配合高精度3D測量設備，完成坐標轉換補正計算，以計算兩個鏡片 之間的相對位置精度，利于在鏡片的相對位置精度不符合要求的情況下進行嵌 合尺寸的補正加工。對該嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法大致包括以下步
驟
51、 將鏡片組中的待測鏡片固定于測量儀的夾具上；
52、 依據非球面測量結果進行基準面校正；
53、 依序對各非球面嵌合部進行測量，記錄坐標并進行轉換；
54、 將對嵌的鏡片進行測量，重復步驟S1-S3;
55、 比較兩個相互嵌合的鏡片的測量結果之間的差異；
56、 若差異值大于預定的范圍，則進行模仁的補正加工；若差異值小于預定的范圍，通過檢測。
以下將參照附圖詳細描述該嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法。如圖7 所示，測量開始前，將待測鏡片固定在高精度3D測量儀的夾具上，該待測鏡 片可以是帶有非球面凸出部111的第一鏡片101，也可以是與之嵌合的第二鏡 片102。接下來依據非球面測量結果，適當調整圖中所示X、 Y方向的傾斜調 整鈕113，調整至待測鏡片的傾斜度小于預定的臨界值，該值可以是例如 0.2min (度-分-秒)，即完成基準面的校正。完成校正后的狀態(tài)如圖8所示， 此時待測鏡片的上表面保持水平。記錄待測鏡片上表面的中心點O點的 (X，Y，Z)坐標。
參照圖9和圖10，接下來依次對待測鏡片的多個非球面嵌合部進行測量。 圖中示出了對帶有四個非球面凸出部111的第一鏡片101進行測量的例子，這 四個非球面凸出部依次標記為111A-D，它們以O點為中心，其中兩個凸出部 111A、 111B的頂點連線位于X方向上或者與X軸平行，且另兩個凸出部111C、 111D的頂點連線位于Y方向上或者與Y軸平行。根據設計數值，相對的兩個 非球面凸出部的頂點之間的理想距離定義為DO。在第一鏡片101中，將相對 的兩個非球面凸出部的頂點之間的實際距離定義為DOl。由于加工誤差，實際 距離D01與理想距離DO之間可能存在少量的偏差。
將測量儀的探頭從O點沿著X軸的方向移動D0/2的距離至A點，開始 對凸出部111A進行測量，并記錄A點的坐標(AX,AY,AZ)，同時記錄A點在 X方向上的偏軸量Al，即實際測量點A與光軸通過的頂點A，在X方向上的偏 差。之后以類似的方法依次對凸出部111B上的B點、凸出部111C上的C點 以及凸出部111D上的D點進行測量，記錄B點的坐標(BX,BY,BZ)， B點與 對應頂點B，在X方向上的偏差B1;記錄C點的坐標(CX,CY,CZ)， C點與對 應頂點C，在Y方向上的偏差C1;記錄D點的坐標(DX,DY，DZ)， D點與對 應頂點D，在Y方向上的偏差Dl 。
之后對所測量的第一鏡片101的數據進行坐標轉換。根據測量值，可以得 到非球面凸出部lllA上光軸通過的點，即頂點A，的X坐標為A'=(AX+A1)， 頂點B，的X坐標為B，=(BX+B1)，頂點C，的Y坐標為C'=(CY+C1)，頂點D'
10的Y坐標為D，=(DY+D1)。由于頂點A， B，的連線位于X方向上或者與X軸平 行，兩者的距離為IA，-B，I，且C，D，的連線位于Y方向上或者與Y軸平行，兩 者的距離為IC，-D，I，因此可計算得到第一鏡片101的相對嵌合部頂點之間的平 均距離，即第一鏡片101的嵌合部直徑D01=((|A，-B'|+|C'-D'|)/2)。
之后以類似的方法對帶有非球面凹進部112的第二鏡片102進行測量。與 前文相同的部分不再贅述。在該實施例中，對應地，非球面凹進部112的數量 為四個，所測量的點依次定義為A"、 B"、 C"、 D"點，其中A"B"連線位于X 軸方向或與之平行，而C"D"連線位于Y軸方向或與之平行。
將測量儀的探頭從中心點O"點沿著X軸的方向移動D0/2的距離至A" 點，測量并記錄A"點的坐標(A"X,A"Y,A"Z)，同時記錄A"點在X方向上的 偏軸量A2，即實際測量點A"與光軸通過的最低點A"，在X方向上的偏差。以 類似的方法，記錄B"點的坐標(B"X，B"Y,B"Z)， B"點與對應最低點B'"在X 方向上的偏差B2;記錄C"點的坐標(C"X，C"Y,C"Z)， C"點與對應最低點C'" 在Y方向上的偏差C2;記錄D"點的坐標(D"X，D"Y,D"Z)， D"點與對應最 低點D'"在Y方向上的偏差D2。
之后對所測量的第二鏡片102的數據進行坐標轉換。根據測量值，可以得 到非球面凹進部上光軸通過的點，即最低點A"'的X坐標為A"'=(A"X+A2)， 最低點B"，的X坐標為B"，=(B"X+B2)，最低點C"，的Y坐標為C"，=(C"Y+C2)， 最低點D"，的Y坐標為D"'=(D"Y+D2)。由于最低點A'" B"'的連線位于X方 向上或者與X軸平行，且C"'D"'的連線位于Y方向上或者與Y軸平行，因此 可計算得到第二鏡片102的相對嵌合部最低點之間的距離，即第二鏡片102 的嵌合部直徑D02=((|A"，-B"，|+|C"，-D，"|)/2)。
最后計算第一鏡片101的嵌合部直徑與第二鏡片102的嵌合部直徑之間的 偏差，|D01-D02|。若ID01-D02I小于預定的偏差值，例如，O.OOlmm，則達到 了這兩個相互嵌合的鏡片的同心精度。若ID01-D02I大于預定的偏差值，則需 要對模仁進行補正加工，直至達到要求的精度，即完成嵌合精度補正。
本發(fā)明利用非球面的唯一光軸的特性，來保證鏡片之間的定心與間隔定位 精度，同時利用嵌合精度補正方法，對鏡片加工成形的差異而產生的誤差進行準確的補正加工，可達到較高的嵌合精度。由于不會對鏡片施加側向力，因此 與現有技術相比，可改善面精度。
權利要求
1、一種光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組，包括相互嵌合的至少兩個鏡片，其特征在于，各鏡片都包括曲面部分和位于其外周的平面部分；所述至少兩個鏡片中，第一鏡片的平面部分上設置有非球面凸出部，第二鏡片的相鄰平面部分上設置有與所述凸出部嵌合的非球面凹進部。
2、 根據權利要求1所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組，其特征在于，所述 非球面凸出部的數量為多個，在所述第一鏡片的平面部分上呈環(huán)形均布；所述 非球面凹進部的數量和位置與所述凸出部對應。
3、 根據權利要求1所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組，其特征在于，所述 第一鏡片和第二鏡片的相鄰曲面部分均為凹進曲面。
4、 根據權利要求1所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組，其特征在于，所述 第一鏡片和第二鏡片的相鄰曲面中，其中一個為凹進曲面，另一個為凸出曲面， 且凹進曲面的半徑和曲率大于凸出曲面。
5、 根據權利要求1或2所述的光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組，其特征在于， 所述第一鏡片或第二鏡片的平面部分上設置有凸臺，所述第一鏡片的凸出部或 所述第二鏡片的凹進部設置在所述凸臺上。
6、 一種嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法，所述鏡片組包括相互嵌合的 至少兩個鏡片，其特征在于，所述至少兩個鏡片中，第一鏡片上的嵌合部為非 球面凸出部，第二鏡片上的嵌合部是與所述凸出部嵌合的非球面凹進部；所述 嵌合精度補正方法包括以下步驟S1、 將鏡片組中的待測鏡片固定于測量儀的夾具上；S2、 依據非球面測量結果進行基準面校正；S3、 依序對各非球面嵌合部進行測量，記錄坐標并進行轉換；S4、 對與之嵌合的鏡片進行測量，重復步驟s;i-3;S5、 比較兩個相互嵌合的鏡片的測量結果之間的差異；S6、 若差異值大于預定的范圍，則進行模仁的補正加工；若差異值小于預 定的范圍，通過檢測。
7、 根據權利要求6所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法，其特征在于,所述步驟S2包括依據非球面測量結果，調整X、 Y方向的傾斜度；并記錄待測鏡片的中心點的坐標；其中所述待測鏡片的嵌合部中，相對的兩個嵌合部的最高點或最低點連線 與X方向平行，另兩個相對的嵌合部的最高點或最低點連線與Y方向平行。
8、 根據權利要求7所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法，其特征在 于，所述步驟S3包括,531、 測量并計算連線與X方向平行的兩個嵌合部的最高點或最低點在X 方向的距離；,532、 測量并計算連線與Y方向平行的兩個嵌合部的最高點或最低點在Y 方向的距離；以及,533、 取所述X、 Y方向距離的平均值，得到待測鏡片的測量結果。
9、 根據權利要求8所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法，其特征在 于，所述步驟S31包括S311、根據設計數值，將相對的兩個嵌合部的最高點或最低點的理想距離 定義為D0，將測量儀的探頭從所述待測鏡片的中心點沿著X方向移動D0/2的 距離，先后對連線與X方向平行的兩個嵌合部進行測量，記錄測量點的坐標以 及偏軸量；S311、根據所測量點的坐標以及偏軸量，分別計算得到兩個嵌合部的最高 點或最低點的X坐標。
10、 根據權利要求9所述的嵌合式鏡片組的嵌合精度補正方法，其特征在 于，所述步驟S32包括,5321、 將測量儀的探頭從所述待測鏡片的中心點沿著Y方向移動D0/2的 距離，先后對連線與Y方向平行的兩個嵌合部進行測量，記錄測量點的坐標以 及偏軸量；,5322、 根據所測量點的坐標以及偏軸量，分別計算得到兩個嵌合部的最高 點或最低點的Y坐標。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學系統(tǒng)的嵌合式鏡片組及其嵌合精度補正方法，所述嵌合式鏡片組包括相互嵌合的至少兩個鏡片，其中，各鏡片都包括曲面部分和位于其外周的平面部分；所述至少兩個鏡片中，第一鏡片的平面部分上設置有非球面凸出部，第二鏡片的相鄰平面部分上設置有與所述凸出部嵌合的非球面凹進部。本發(fā)明利用非球面的唯一光軸的特性，來保證相互嵌合的鏡片之間的定心與間隔定位精度，同時利用嵌合精度補正方法，對鏡片加工成形的差異而產生的誤差進行準確的補正加工，可達到較高的嵌合精度。
文檔編號G02B7/02GK101576641SQ20081009943
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權日2008年5月7日
發(fā)明者陳明俊 申請人:亞洲光學股份有限公司