CN109297683B - 一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置及方法，涉及透镜检测技术领域，包括：球面波发射装置、分划板、待测透镜、图像传感器和计算机；所述的球面波发射装置后端依次设置有分划板和图像传感器，形成的球面波，经分划板发生衍射，衍射波与未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图经图像传感器采集；所述的待测透镜设置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏；所述的图像传感器输出端连接计算机的输入端；本装置结构简单、稳定，不存在复杂的接收光学系统，无需机械扫描；检测方法效率高，测量精度高，过程简单，可检测无穷长焦距的透镜。

Description

一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置及方法
技术领域
本发明涉及透镜检测技术领域，尤其涉及一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置及方法。
背景技术
中心偏是影响透镜组光学质量的一个重要因素，它会破坏光学系统的共轴性，导致成像的像散性和畸变的不对称性，从而降低成像质量。
目前检测光学透镜的中心偏主要有反射式和透射式两种方法。两者基本原理一致，主要采用平行光入射待测透镜，再利用成像CCD探测像点。接着旋转待测透镜，如果待测透镜存在中心偏，像点的轨迹会呈一定半径的圆环，因为圆环直径和待测透镜中心偏呈相应的几何关系，则可反算出待测透镜的中心偏。
由于待测透镜的焦距范围大，且需要在CCD探测器上成清晰的像，故对于接收光学系统需要具有正负无穷的变焦范围，这实际上无法达到。
发明内容
本发明针对背景技术的问题提供一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置及方法，本装置结构简单、稳定，不存在复杂的接收光学系统，无需机械扫描；检测方法效率高，测量精度高，过程简单，可检测无穷长焦距的透镜。
为了实现上述目的，本发明提出一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置，包括：球面波发射装置、分划板、待测透镜、图像传感器和计算机；
所述的球面波发射装置后端依次设置有分划板和图像传感器，以形成球面波，将球面波通过分划板发生衍射，并采集衍射波与未发生变化的参考光波干涉叠加形成的全息图；所述的待测透镜设置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏；所述的图像传感器输出端连接计算机的输入端。
优选地，所述的球面波发射装置，包括：半导体激光器、光纤准直器、透镜和针孔板；
所述的针孔板前端依次设置有半导体激光器、光纤准直器和透镜，生成的激光通过光纤准直器耦合，再经透镜聚焦至针孔形成点光源，发射球面波。
优选地，所述的计算机通过卷积法重构划分板图像。
优选地，所述的半导体激光器采用405nm半导体激光器。
优选地，所述的球面波发射装置、分划板、待测透镜、图像传感器在同一轴线上。
优选地，所述的待测透镜，其距离针孔的距离小于待测透镜的焦距。
本发明还提出采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法，包括如下步骤：
S10、生成球面波；
S20、球面波经分划板发生衍射，衍射波与原来未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图；
S30、通过图像传感器采集全息图，重构分划板图像；
S40、将待测透镜置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏。
优选地，S10所述的生成球面波，具体为：
S101、启动激光器，经光纤准直器耦合发射激光；
S102、激光由透镜聚焦至针孔，形成点光源，发射球面波。
优选地，S40所述的调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏，包括：
S401、向待测透镜的方向水平移动分划板，同时重构分划板图像，使该图像与未移动前重构的分划板图像位于同一分划板重构平面；
S402、当分划板经待测透镜所成的像位于分划板未移动时位置处，停止移动分划板，记录分划板移动距离；
S403、根据透镜成像原理，结合移动距离、待测透镜焦距和移动前后两次重构图像的移动距离，以获得待测透镜中心偏移距离。
优选地，S403所述的根据透镜成像原理，结合移动距离、待测透镜焦距和移动前后两次重构图像的移动距离，以获得待测透镜中心偏移距离，具体为：
透镜中心偏移量为：
其中，h表示待测透镜中心偏移距离，f表示待测透镜焦距，h’表示分划板与其像之间的垂直距离；d表示分划板向待测透镜方向移动的距离。
本发明提出一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置及方法，利用数字激光全息显微技术，不仅能重构物体的振幅和相位信息，还能精确测量物体的位置信息，结合CCD实时成像特点实现透镜中心偏的精确测量；本装置结构简单、稳定，不存在复杂的接收光学系统，无需机械扫描。检测方法效率高，测量精度高，过程简单，可检测无穷长焦距的透镜。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例中基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置结构示意图；
图2为本发明第二实施例中球面波发射装置结构示意图；
图3为本发明第三实施例中采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法流程图；
图4为本发明一种优选实施例中异动前分划板位置示意图；
图5为本发明第四实施例中采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法流程图；
图6为本发明第五实施例中采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法流程图；
图7为本发明一种优选实施例中分划板经待测透镜所成的像与自身位置关系示意图；
图8为本发明一种优选实施例中分划板中标定点的移动距离示意图；
符号说明：
1-球面波发射装置；2-分划板；3-待测透镜；4-图像传感器；5-计算机；6-机械轴；7-光轴；101-半导体激光器；102-光纤准直器；103-透镜；104-针孔板；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置；
本发明第一优选实施例中，如图1所示，包括：球面波发射装置1、分划板2、待测透镜3、图像传感器4和计算机5；所述的球面波发射装置1、分划板2、待测透镜3、图像传感器4在同一轴线上；所述的球面波发射装置1后端依次设置有分划板2和图像传感器4，形成的球面波，经分划板发生衍射，衍射波与未发生变化的参考光波干涉叠加形成的全息图经图像传感器4采集；所述的待测透镜3设置于分划板2与图像传感器4之间，待测透镜距针孔的距离s小于待测透镜的焦距f，调整分划板2与待测透镜3之间的距离以检测透镜3中心偏；所述的图像传感器4输出端连接计算机5的输入端，计算机通过卷积法重构划分板图像。
本发明第二优选实施例中，如图2所示，所述的球面波发射装置1，包括：半导体激光器101、光纤准直器102、透镜103和针孔板104，所述的半导体激光器101采用405nm半导体激光器；所述的针孔板104前端依次设置有半导体激光器101、光纤准直器102和透镜103，以将生成的激光耦合进入光纤准直器，经透镜聚焦至针孔形成点光源，发射球面波。
本发明第三优选实施例中，采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法；如图3所示，包括如下步骤：
S10、生成球面波；
S20、球面波经分划板(图4中A点所示，图中横线为机械轴6)发生衍射，衍射波与原来未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图；
S30、图像传感器采集全息图，通过卷积法重构分划板图像；
S40、将待测透镜置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏。
本发明第四种优选实施例中，采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法；如图5所示，包括如下步骤：
S101、启动激光器，经光纤准直器耦合发射激光；
S102、激光由透镜聚焦至针孔，形成点光源，发射球面波；
S20、球面波经分划板(图4中A点所示)发生衍射，衍射波与原来未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图；
S30、图像传感器采集全息图，通过卷积法重构分划板图像；
S40、将待测透镜置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏。
本发明第五种优选实施例中，采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法；如图6所示，包括如下步骤：
S101、启动激光器，经光纤准直器耦合发射激光；
S102、激光由透镜聚焦至针孔，形成点光源，发射球面波；
S20、球面波经分划板(图4中A点所示)发生衍射，衍射波与原来未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图；
S30、图像传感器采集全息图，通过卷积法重构分划板图像；
S401、将待测透镜置于分划板与图像传感器之间(待测透镜距针孔的距离s小于待测透镜的焦距f)，向待测透镜的方向水平移动分划板(保证分划板处于针孔与待测透镜之间)，同时重构分划板图像，使该图像与未移动前重构的分划板图像位于同一分划板重构平面；
S402、当分划板经待测透镜所成的像(图7中A’所示，图中7为光轴、6为机械轴)位于分划板未移动时位置处(图4中A点所示)，停止移动分划板，记录分划板移动距离d；
S403、根据透镜成像原理，结合移动距离、待测透镜焦距和移动前后两次重构图像的移动距离，以获得待测透镜中心偏移距离。
本发明第六种优选实施例中，采用基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法；包括如下步骤：
S101、启动激光器，经光纤准直器耦合发射激光；
S102、激光由透镜聚焦至针孔，形成点光源，发射球面波。
S20、球面波照射分划板(图4中A点所示)发生衍射，衍射波与原来未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图；
S30、图像传感器采集全息图，通过卷积法重构分划板图像；
S401、将待测透镜置于分划板与图像传感器之间(待测透镜距针孔的距离s小于待测透镜的焦距f)，向待测透镜的方向水平移动分划板(保证分划板处于针孔与待测透镜之间)，同时重构分划板图像，使该图像与未移动前重构的分划板图像位于同一分划板重构平面；
S402、当分划板经待测透镜所成的像(图7中A’所示)位于分划板未移动时位置处(图4中A点所示)，停止移动分划板，记录分划板移动距离d；
S403、根据透镜成像原理，结合移动距离、待测透镜焦距和移动前后两次重构图像的移动距离，以获得待测透镜中心偏移距离。
本发明实施例中，如果被测透镜存在中心偏，分划板经透镜成像后发生改变，比较两次重构图像的移动距离h’，可判断被测透镜是否存在中心偏的问题。
通过透镜成像原理可知：
f2＝xX′ (2)
其中，f表示待测透镜焦距，x表示物距，x’表示像距；
其中，h表示待测透镜中心偏移距离，h’表示分划板与其像的垂直距离；
由图7可知：
x′＝f+(f-x)+d (4)
其中，d表示分划板向待测透镜方向移动的距离；
f>x
综上可知，透镜中心偏移量为：
本发明实施例中，如图8中分划板中标定点的移动距离h’约为132.8μm。待测透镜焦距f＝13.2mm，分划板的移动距离d＝5mm，通过下式计算可知透镜中心偏移量为0.17mm。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置，其特征在于，包括：球面波发射装置、分划板、待测透镜、图像传感器和计算机；
所述的球面波发射装置后端依次设置有分划板和图像传感器，球面波发射装置形成的球面波经分划板发生衍射，衍射波与未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图经图像传感器采集；所述的待测透镜设置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏；所述的图像传感器输出端连接计算机的输入端；
所述的球面波发射装置，包括：半导体激光器、光纤准直器、透镜和针孔板；
所述的针孔板前端依次设置有半导体激光器、光纤准直器和透镜，半导体激光器发射激光耦合进入光纤准直器，经透镜聚焦至针孔板形成点光源，发射球面波。
2.根据权利要求1所述的基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置，其特征在于，所述的计算机通过卷积法重构分划板图像。
3.根据权利要求1所述的基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置，其特征在于，所述的半导体激光器采用405nm半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置，其特征在于，所述的球面波发射装置、分划板、待测透镜、图像传感器在同一轴线上。
5.根据权利要求1所述的基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置，其特征在于，所述的待测透镜，其与针孔之间的距离小于待测透镜的焦距。
6.采用权利要求1所述的基于数字激光全息快速检测透镜中心偏的装置进行的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10、生成球面波；
S20、球面波经分划板发生衍射，衍射波与原来未发生变化的参考光波干涉叠加形成全息图；
S30、通过图像传感器采集全息图，并重构分划板图像；
S40、将待测透镜置于分划板与图像传感器之间，调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，S10所述的生成球面波，具体为：
S101、启动激光器，经光纤准直器耦合发射激光；
S102、激光由透镜聚焦至针孔，形成点光源，发射球面波。
8.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，S40中所述的调整分划板与待测透镜之间的距离以检测透镜中心偏，包括：
S401、向待测透镜的方向水平移动分划板，同时重构分划板图像，使该图像与未移动前重构的分划板图像位于同一分划板重构平面；
S402、当分划板经待测透镜所成的像位于分划板未移动时位置处，停止移动分划板，并记录分划板移动距离；
S403、根据透镜成像原理，结合移动距离、待测透镜焦距和移动前后两次重构图像的移动距离，以获得待测透镜中心偏移距离。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，S403所述的根据透镜成像原理，结合移动距离、待测透镜焦距和移动前后两次重构图像的移动距离，以获得待测透镜中心偏移距离，具体为：
透镜中心偏移量为：
其中，h表示待测透镜中心偏移距离，f表示待测透镜焦距，h′表示分划板与其像之间的垂直距离；d表示分划板向待测透镜方向移动的距离。
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