CN109211130B - 透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法，调节平行平晶的倾斜状态使其与旋转参考轴垂直；被测透镜置于平行平晶中心上使其光轴与旋转参考轴重合；PC机控制测量工装移动使测量工装底部距被测透镜一定间距范围内；测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到被测透镜的上表面，被测透镜上表面的反射光聚焦成球面反射像，相机感知球面反射像；PC机控制测量工装移动使显示的球面反射像清晰；撤去被测透镜，PC机控制降低测量工装的高度使测量工装底部距平行平晶一定间距范围内；测量头发出平行光，平行平晶反射光聚焦成表面反射像，相机感知表面反射像；PC机控制测量工装移动使表面反射像清晰，测量工装下降的高度为被测透镜的中心厚度。

Description

透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别是涉及一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置以及利用该测量装置测量透镜中心厚度及透镜间隔的方法。

背景技术

透镜间隔和透镜中心厚度对光学系统的最终成像质量有着重要影响，是需要严格控制的参数。二者的精确测量是光学系统精确装调的前提和基础。透镜中心厚度和透镜间隔的测量有接触测量和非接触测量两种。

接触式测量的测厚仪测量时容易损伤透镜。非接触式无损测量的镜面定位仪通常采用光的干涉原理测量，但此类设备通常组成复杂且价格昂贵。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置及方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置，其特点在于，其包括中心偏测量仪和测量工装，所述测量工装包括延长筒、压圈和附加透镜，所述延长筒的一端与中心偏测量仪的测量头的端部固定连接，所述延长筒的另一端封装有压圈，所述压圈上固定有附加透镜，所述中心偏测量仪的工作台上放置有平行平晶，所述平行平晶的中心区域上用于放置被测透镜，所述中心偏测量仪的CCD相机与PC机通讯连接。

本发明提供一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量方法，其特点在于，其利用上述的测量装置实现，所述透镜中心厚度测量方法包括以下步骤：

S1、调节平行平晶的倾斜状态使其与中心偏测量仪的旋转参考轴高度垂直；

S2、将被测透镜置于平行平晶的中心区域之上，利用中心偏测量仪测量被测透镜的中心偏值的大小，调节被测透镜的平移使被测透镜的光轴与旋转参考轴高度重合；

S3、PC机控制中心偏测量仪的竖直平移台使得竖直平移台上连接的测量头上下移动，带动测量工装上下移动，使测量工装的底部在距被测透镜上方一定间距范围内；

S4、测量头发出平行光，平行光穿过附加透镜后聚焦到被测透镜的上表面，被测透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成被测透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知球面反射像并将球面反射像传输至PC机；

S5、PC机的显示屏中显示被测透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该球面反射像清晰；

S6、撤去被测透镜，PC机控制降低测量工装的高度，使测量工装的底部在距平行平晶上方一定间距范围内；

S7、测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到平行平晶的上表面，平行平晶的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成平行平晶上表面的表面反射像，CCD相机感知表面反射像并将表面反射像传输至PC机；

S8、显示屏显示平行平晶上表面的表面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该表面反射像清晰，此刻测量工装下降的高度h即为被测透镜的中心厚度d。

较佳地，在步骤S5中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该球面反射像清晰且该球面反射像的线条最细，将此刻测量工装的底部高度标记为0。

较佳地，在步骤S8中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该表面反射像清晰且该表面反射像的线条最细。

较佳地，所述透镜间隔测量方法包括以下步骤：

S1^’、将透镜组的镜筒固定在中心偏测量仪的工作台上，调节镜筒的倾斜及平移，使镜筒的机械轴与旋转参考轴高度重合；

S2^’、利用中心偏测量仪的定心功能将各透镜装调到位，各透镜的光轴高度重合；

S3^’、PC机控制测量工装上下移动，使测量工装的底部在距第一透镜上方一定间距范围内；

S4^’、测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到第一透镜的上表面，第一透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成第一透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知第一透镜上表面的球面反射像并传至PC机；

S5^’、显示屏中显示第一透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第一透镜上表面的球面反射像清晰；

S6^’、撤去第一透镜，PC机控制降低测量工装的高度，使测量工装的底部在距第二透镜上方一定间距范围内；

S7^’、测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到第二透镜的上表面，第二透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成第二透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知第二透镜上表面的球面反射像并传至PC机；

S8^’、显示屏显示第二透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰，第一透镜和第二透镜之间的间距为h1=h-d，d为利用透镜中心厚度测量方法获得的第一透镜的中心厚度，h为测量工装下降的高度。

较佳地，在步骤S5^’中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第一透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，将此刻测量工装的底部高度标记为0。

较佳地，在步骤S8^’中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明通过对中心偏测量仪加装简单的测量工装实现光学间隔的高精度非接触式测量。该方法利用透镜焦距与焦深的关系特性对透镜位置进行精确测量，单次测量精度可控制在0.002mm。本发明加装简单的测量工装便实现中心偏测量仪对光学系统透镜中心厚度及透镜间隔的高精度测量。普遍适用于可见光和红外系统，可推广至折转光路的光学间隔测量。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的测量工装的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的中心偏测量仪对透镜位置的精确测量原理图。

图3为本发明较佳实施例的被测透镜的中心厚度测量示意图。

图4为本发明较佳实施例的直线光路透镜间隔测量示意图。

图5为本发明较佳实施例的折转光路透镜间隔测量示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

如图1-3所示，本实施例公开一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置，其包括测量工装10和中心偏测量仪，所述测量工装10包括延长筒1、压圈2和附加透镜3，所述延长筒1的一端与中心偏测量仪的测量头4的端部固定连接，所述延长筒1的另一端封装有压圈2，所述压圈2上固定有附加透镜3，所述中心偏测量仪的工作台上放置有平行平晶5（见图3），所述平行平晶5的中心区域上用于放置被测透镜6，所述中心偏测量仪的CCD相机7与PC机通讯连接。

其中，附加透镜3焦距为50mm，小焦距对应短焦深，可确保对透镜的精确定位。

如图2-5所示，本实施例提供一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量方法，其利用上述的测量装置实现。

实例一、透镜中心厚度测量流程（以两表面均为凸面的透镜为例），见图2和3。

S1、调节平行平晶5的倾斜状态使其与中心偏测量仪的旋转参考轴高度垂直。

S2、将被测透镜6置于平行平晶5的中心区域之上，利用中心偏测量仪测量被测透镜6的中心偏值的大小，调节被测透镜6的平移使被测透镜6的光轴与旋转参考轴高度重合。

S3、PC机控制中心偏测量仪的竖直平移台8使得竖直平移台8上连接的测量头4上下移动，带动测量工装10上下移动，使测量工装10的底部在距被测透镜6上方一定间距范围（如4-6cm，优选的为5cm）内。

S4、测量头4发出平行光，平行光穿过附加透镜3后聚焦到被测透镜6的上表面，被测透镜6的上表面反射回的反射光在CCD相机7的探测面上聚焦形成被测透镜上表面的球面反射像，CCD相机7感知球面反射像并将球面反射像传输至PC机。

S5、PC机的显示屏中显示被测透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装10上下移动并利用CCD相机7自动聚焦功能使该球面反射像清晰且该球面反射像的线条最细，将此刻测量工装10的底部高度标记为0。

S6、撤去被测透镜6，PC机控制降低测量工装10的高度，使测量工装10的底部在距平行平晶5上方一定间距范围（如4-6cm，优选的为5cm）内。

S7、测量头4发出的平行光穿过附加透镜3后聚焦到平行平晶5的上表面，平行平晶5的上表面反射回的反射光在CCD相机7的探测面上聚焦形成平行平晶上表面的表面反射像，CCD相机7感知表面反射像并将表面反射像传输至PC机。

S8、显示屏显示平行平晶上表面的表面反射像，PC机控制测量工装10上下移动并利用CCD相机7自动聚焦功能使该表面反射像清晰且该表面反射像的线条最细，此刻测量工装10下降的高度h即为被测透镜6的中心厚度d。

实例二、直线光路透镜间隔测量流程，如图4所示。

S1^’、将透镜组的镜筒固定在中心偏测量仪的工作台上，调节镜筒的倾斜及平移，使镜筒的机械轴与旋转参考轴高度重合。

S2^’、利用中心偏测量仪的定心功能将各透镜装调到位（每块透镜在装调到位后点少许硅橡胶固定），各透镜的光轴高度重合。

S3^’、PC机控制测量工装10上下移动，使测量工装10的底部在距第一透镜9上方一定间距范围内。

S4^’、测量头4发出的平行光穿过附加透镜3后聚焦到第一透镜9的上表面，第一透镜9的上表面反射回的反射光在CCD相机7的探测面上聚焦形成第一透镜上表面的球面反射像，CCD相机7感知第一透镜上表面的球面反射像并传至PC机。

S5^’、显示屏中显示第一透镜9上表面的球面反射像，PC机控制测量工装10上下移动并利用CCD相机7自动聚焦功能使第一透镜9上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，将此刻测量工装10的底部高度标记为0。

S6^’、撤去第一透镜9，PC机控制降低测量工装10的高度，使测量工装10的底部在距第二透镜11上方一定间距范围内。

S7^’、测量头4发出的平行光穿过附加透镜3后聚焦到第二透镜11的上表面，第二透镜11的上表面反射回的反射光在CCD相机7的探测面上聚焦形成第二透镜上表面的球面反射像，CCD相机7感知第二透镜上表面的球面反射像并传至PC机。

S8^’、显示屏显示第二透镜11上表面的球面反射像，PC机控制测量工装10上下移动并利用CCD相机7自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，第一透镜9和第二透镜11之间的间距为h1=h-d，d为预先测好的利用透镜中心厚度测量方法获得的第一透镜的中心厚度，h为测量工装下降的高度。

实例三、折转光路透镜间隔测量流程，如图5所示。

S1^’’、将光学系统壳体固定在中心偏测量仪的工作台上，调节壳体的倾斜及平移，使壳体的机械轴与旋转参考轴高度重合。

S2^’’、利用中心偏测量仪的定心功能将各透镜装调到位（每块透镜在装调到位后点少许硅橡胶固定），各透镜的光轴高度重合。

S3^’’、PC机控制测量工装10上下移动，使测量工装10的底部在距第一透镜9上方一定间距范围内。

S4^’’、测量头4发出的平行光穿过附加透镜3后聚焦到第一透镜9的上表面，第一透镜9的上表面反射回的反射光在CCD相机7的探测面上聚焦形成第一透镜上表面的球面反射像，CCD相机7感知第一透镜上表面的球面反射像并传至PC机。

S5^’’、显示屏中显示第一透镜9上表面的球面反射像，PC机控制测量工装10上下移动并利用CCD相机7自动聚焦功能使第一透镜9上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，将此刻测量工装10的底部高度标记为0。

S6^’’、撤去第一透镜9，PC机控制降低测量工装10的高度，使测量工装10的底部在距第二透镜11上方一定间距范围内。

S7^’’、测量头4发出的平行光穿过附加透镜3后聚焦到第二透镜11的上表面，第二透镜11的上表面反射回的反射光在CCD相机7的探测面上聚焦形成第二透镜上表面的球面反射像，CCD相机7感知第二透镜上表面的球面反射像并传至PC机。

S8^’’、显示屏显示第二透镜11上表面的球面反射像，PC机控制测量工装10上下移动并利用CCD相机7自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，第一透镜9和第二透镜11之间的间距为h1=h-d，d为预先测好的利用透镜中心厚度测量方法获得的第一透镜的中心厚度，h为测量工装下降的高度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (2)

1.一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量装置，其特征在于，其包括中心偏测量仪和测量工装，所述测量工装包括延长筒、压圈和附加透镜，所述延长筒的一端与中心偏测量仪的测量头的端部固定连接，所述延长筒的另一端封装有压圈，所述压圈上固定有附加透镜，所述中心偏测量仪的工作台上放置有平行平晶，所述平行平晶的中心区域上用于放置被测透镜，所述中心偏测量仪的CCD相机与PC机通讯连接；

PC机控制中心偏测量仪的竖直平移台使得竖直平移台上连接的测量头上下移动，带动测量工装上下移动，使测量工装的底部在距被测透镜上方一定间距范围内；

测量头发出平行光，平行光穿过附加透镜后聚焦到被测透镜的上表面，被测透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成被测透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知球面反射像并将球面反射像传输至PC机；

PC机的显示屏中显示被测透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该球面反射像清晰且该球面反射像的线条最细，将此刻测量工装的底部高度标记为0；

PC机在撤去被测透镜后控制降低测量工装的高度，使测量工装的底部在距平行平晶上方一定间距范围内；

测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到平行平晶的上表面，平行平晶的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成平行平晶上表面的表面反射像，CCD相机感知表面反射像并将表面反射像传输至PC机；

显示屏显示平行平晶上表面的表面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该表面反射像清晰且该表面反射像的线条最细，此刻测量工装下降的高度h即为被测透镜的中心厚度d；

PC机控制测量工装上下移动，使测量工装的底部在距第一透镜上方一定间距范围内；

测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到第一透镜的上表面，第一透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成第一透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知第一透镜上表面的球面反射像并传至PC机；

显示屏中显示第一透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第一透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，将此刻测量工装的底部高度标记为0；

PC机在撤去第一透镜后控制降低测量工装的高度，使测量工装的底部在距第二透镜上方一定间距范围内；

测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到第二透镜的上表面，第二透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成第二透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知第二透镜上表面的球面反射像并传至PC机；

显示屏显示第二透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，第一透镜和第二透镜之间的间距为h1=h^’-d，d为利用透镜中心厚度测量方法获得的第一透镜的中心厚度，h^’为测量工装下降的高度。

2.一种透镜中心厚度及透镜间隔的测量方法，其特征在于，其利用如权利要求1所述的测量装置实现，所述透镜中心厚度测量方法包括以下步骤：

S1、调节平行平晶的倾斜状态使其与中心偏测量仪的旋转参考轴高度垂直；

S2、将被测透镜置于平行平晶的中心区域之上，利用中心偏测量仪测量被测透镜的中心偏值的大小，调节被测透镜的平移使被测透镜的光轴与旋转参考轴高度重合；

S3、PC机控制中心偏测量仪的竖直平移台使得竖直平移台上连接的测量头上下移动，带动测量工装上下移动，使测量工装的底部在距被测透镜上方一定间距范围内；

S4、测量头发出平行光，平行光穿过附加透镜后聚焦到被测透镜的上表面，被测透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成被测透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知球面反射像并将球面反射像传输至PC机；

S5、PC机的显示屏中显示被测透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该球面反射像清晰；

S6、撤去被测透镜，PC机控制降低测量工装的高度，使测量工装的底部在距平行平晶上方一定间距范围内；

S7、测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到平行平晶的上表面，平行平晶的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成平行平晶上表面的表面反射像，CCD相机感知表面反射像并将表面反射像传输至PC机；

S8、显示屏显示平行平晶上表面的表面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该表面反射像清晰，此刻测量工装下降的高度h即为被测透镜的中心厚度d；

在步骤S5中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该球面反射像清晰且该球面反射像的线条最细，将此刻测量工装的底部高度标记为0；

在步骤S8中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使该表面反射像清晰且该表面反射像的线条最细；

所述透镜间隔测量方法包括以下步骤：

S1^’、将透镜组的镜筒固定在中心偏测量仪的工作台上，调节镜筒的倾斜及平移，使镜筒的机械轴与旋转参考轴高度重合；

S2^’、利用中心偏测量仪的定心功能将各透镜装调到位，各透镜的光轴高度重合；

S3^’、PC机控制测量工装上下移动，使测量工装的底部在距第一透镜上方一定间距范围内；

S4^’、测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到第一透镜的上表面，第一透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成第一透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知第一透镜上表面的球面反射像并传至PC机；

S5^’、显示屏中显示第一透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第一透镜上表面的球面反射像清晰；

S6^’、撤去第一透镜，PC机控制降低测量工装的高度，使测量工装的底部在距第二透镜上方一定间距范围内；

S7^’、测量头发出的平行光穿过附加透镜后聚焦到第二透镜的上表面，第二透镜的上表面反射回的反射光在CCD相机的探测面上聚焦形成第二透镜上表面的球面反射像，CCD相机感知第二透镜上表面的球面反射像并传至PC机；

S8^’、显示屏显示第二透镜上表面的球面反射像，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰，第一透镜和第二透镜之间的间距为h1=h^’-d，d为利用透镜中心厚度测量方法获得的第一透镜的中心厚度，h^’为测量工装下降的高度；

在步骤S5^’中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第一透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细，将此刻测量工装的底部高度标记为0；

在步骤S8^’中，PC机控制测量工装上下移动并利用CCD相机自动聚焦功能使第二透镜上表面的球面反射像清晰且球面反射像的线条最细。

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