光学透镜参数通用测量平台的研发与实现

摘要

光学透镜广泛应用于军事，工业，教育及科研等领域。光学透镜的品质对于其所在光学系统的精确性和稳定性等方面有决定性的影响，所以众多应用领域都对光学透镜的品质有着很高的要求。而透镜的品质往往取决于透镜参数的精确性。另外，精确知道光学透镜的参数，对于其所在光学系统的标定有很重要的作用。所以，光学透镜参数检测成为一项重要课题。
　　光学透镜的主要参数有有效焦距(EFL，Effective Focal Length)，后焦距(BFL，Back Focal Length)，表面曲率半径(R，Radiusof Curvature)和调制传递函数(MTF，Modulation Transfer Function)等。国内外许多研究人员对透镜参数的检测方法和原理方面做了大量研究工作，同时将这些应用于实际，设计出诸多测量仪器。但国内对通用测量平台的研究不多，还未有理想的、可产品化的研究成果。
　　本课题在前人工作的基础上，汲取百家之长，加上自己的创造力，自主研发、设计制造光学透镜参数通用测量平台样机一台，可以快速、精确地检测以上四个重要光学透镜参数。本课题力争使本平台成为全方位评价透镜品质的标准设备。本课题来源于香港ASM太平洋科技有限公司。
　　总的来说，本文介绍了光学透镜参数及其测量原理，分析、对比各个参数的不同测量方法的优劣，然后确定合适的光学透镜参数通用测量平台的测量方案。完成系统的整体设计，完成控制系统功能需求分析，根据选定的测量方案，选择合适的控制系统组件和光学器件，确定各个参数检测的软件算法。依据整体结构和光学系统设计，确立机械设计目标，完成机械结构设计。根据实验结果进行精度分析，得出影响平台测量精度的主要原因并提出改善方法。
　　本课题所生产的样机是国内第一台光学透镜参数通用测量平台。实现从机械结构到控制系统、软件的全面开发设计，分析样机误差及误差分配，为通用测量平台的设计提供探索性信息，为更多参数测量平台的实现做铺垫。

目录

光学透镜参数通用测量平台的研发与实现

RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF OPTICAL LENS PARAMETERS MULTI-FUNCTION TEST STATION

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 本课题研究的目的及意义

1.3 国内外相关技术发展现状

1.3.1 国内透镜参数测量平台的研究现状

1.3.2 国外透镜参数测量平台的生产及发展状况

1.4 本文主要研究内容

第2章 透镜参数及其测量原理

2.1 引言

2.2 光学透镜参数

2.2.1 几个重要的光学参数

2.2.2 调制传递函数

2.2.3 光学透镜成像理论简介

2.3 透镜参数测量方法

2.3.1 有效焦距的检测方法

2.3.2 后焦距的测量方法

2.3.3 曲率半径的测量方法

2.3.4 调制传递函数的测量方法

2.4 测量方案的确定

2.5 本章小结

第3章 整体设计及机械结构设计

3.1 引言

3.2 整体结构设计

3.2.1 光学组件的选择

3.2.2 整体结构的确定

3.3 机械结构设计

3.3.1 机械结构设计目标

3.3.2 结构设计

3.4 光路调整方法

3.5 本章小结

第4章 控制系统设计

4.1 引言

4.2 控制系统硬件设计

4.2.1 控制系统结构

4.2.2 控制系统硬件设计

4.2.3 控制系统电路

4.3 控制系统软件设计

4.3.1 软件结构

4.3.2 自动对焦算法

4.3.3 参数测量方法的软件实现

4.4 本章小结

第5章 测量结果与误差分析

5.1 引言

5.2 测量头定位精度检测

5.2.1 测量头定位精度检测方案

5.2.2 实验数据处理方法

5.2.3 测量头运动精度

5.2.4 测量结果分析

5.3 透镜参数检测

5.3.1 透镜有效焦距检测

5.3.2 透镜后焦距检测

5.3.3 透镜曲率半径检测

5.3.4 透镜调制传递函数检测

5.4 光学透镜参数通用测量平台的误差分析

5.4.1 机械系统的误差分析

5.4.2 电控及软件系统的误差分析

5.4.3 光学系统的误差分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢