光学表面中心偏差是光学镜片加工和系统装配工艺中的常见误差之一,中心偏差的大小直接影响光学镜头成像质量的优劣,因此镜片中心偏差检测与系统定心装配是高精度光学镜头制造技术中不可或缺的关键环节。定心仪能够检测光学表面的中心偏差,为定心装配提供数据支持和中心偏差校正基准,是一种重要的光学车间设备,其测量精度和易用性是该设备的重要评价指标。本论文利用液体透镜的无位移变焦能力,在光学定心检测方向进行了较为深入的研究,具有一定的工程价值。在反射式激光测量法中,传统定心仪对被测面的曲率中心离焦成像时,测量范围受定焦标准镜头的焦距限制,须根据待测透镜的曲率半径选择合适焦距参数的标准镜头,并调整到确定的工作距离,操作不便。针对这一问题,本文提出了一种基于液体透镜的新型定心仪方案。该方案利用液体透镜无移动光学组件即可改变系统焦距的特点,在设定工作距离初始值的条件下,实现焦距与待测透镜的曲率半径匹配,测量时工作距离不变,无需更换镜头且调焦迅速,易于实现光学定心检测的自动控制。本文设计的定心仪系统采用了两片液体透镜,一片用来调整后焦距,另一片用来补偿像面的偏移。根据待测镜组的曲率半径和轴向位置分布,确定定心仪测头至合适的工作距离后固定不变,再通过调节两片液体透镜的焦距值,使系统的测量模式和测点位置符合各透镜的表面参数,该系统不仅可以解决被测面曲率中心离焦成像模式(“同侧”模式)工作距离受限的问题,还可提高被测面顶点离焦成像模式(“两侧”模式)的测量分辨率,理论计算和仿真结果表明,设计的定心仪系统的分辨率优于0.5μm,透镜表面曲率半径测量范围为-∞～-2mm和+2mm～+∞。本文的主要研究工作包括:1.综述了中心偏差的测量方法,介绍了光学定心仪的国内外发展和研究现状,调研了液体透镜的种类、工作原理和应用。通过比较各种中心偏差测量方法以及各种测量光路的优缺点,结合液体透镜的特点提出了一种新型的光学定心检测方法和系统总体方案。2.基于反射式激光测量法,建立了含多镜片的光学镜头中心偏差数学模型,该模型可根据系统像面上的光斑质心画圆直径以及“同侧”或“两侧”测量模式中偏心量的垂轴放大率计算每个光学表面的中心偏差的大小和方向。3.对本文较早研究的切换镜头法、变焦法和调焦法的测量原理进行了说明,完成了三种方法的光路设计和像质评价,并比较了这三种光学定心检测方法的特点。4.重点介绍了基于液体透镜的定心仪测量光路设计方案,给出了光学仿真模型,分析了光学模型中关键参数之间的关系。通过对一种已知结构参数的光学镜头进行定心装配的仿真实例,验证了基于液体透镜的无位移组件变焦实现光学定心检测方法的可行性。