CN110823531B - 一种数字化光具座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光具座技术领域，尤其是一种新型数字化光具座，包括第一支撑架，第一支撑架的上端固定连接有行程电控平移台，行程电控平移台上固定连接有光栅尺，行程电控平移台的上端滑动连接有平场自准直显微镜，第一支撑架的一侧放置有第二支撑架，第二支撑架的上端固定连接有平行光管，第二支撑架的上端通过固定架连接有积分球光源，第二支撑架的上端固定连接有电控载物台，电控载物台位于行程电控平移台与平行光管之间。本发明还提供了一种新型数字化光具座的测试方法。本发明采用测角法配合软件自动测试镜头畸变，提高了测试精度和效率,采用清晰度算法，自动判别最清晰位置。

Description

一种数字化光具座
技术领域
本发明涉及光具座技术领域，尤其涉及一种新型数字化光具座。
背景技术
仪器的主要部分包括：平行光管、导轨/回转工作台/平行光管支座、照明器；可放置在导轨上用作各种用途的附属装置有：透镜夹持器、V型支座、测量显微镜、20X前置镜、倍率计，光具座为目前市面上常用的光具座，全部都是通过手动、人工方式进行调焦、判读、计算，最后得出测试结果。
传统光具座寻找成像清晰点位置通过人眼判别，这需要操作人员经常操作，才能确定最清晰点的位置，同时采用节点滑轨法测试镜头畸变，此过程需要手动多次调试并测量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在人眼观察容易出错，需要手动多次调试并测量的缺点，而提出的一种新型数字化光具座。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种新型数字化光具座，包括第一支撑架，所述第一支撑架的上端固定连接有行程电控平移台，所述行程电控平移台上固定连接有光栅尺，所述行程电控平移台的上端滑动连接有平场自准直显微镜，所述第一支撑架的一侧放置有第二支撑架，所述第二支撑架的上端固定连接有平行光管，所述第二支撑架的上端通过固定架连接有积分球光源，所述积分球光源的光源出口正对所述平行光管的进光口，所述第二支撑架的上端固定连接有电控载物台，所述电控载物台位于所述行程电控平移台与所述平行光管之间，所述平场自准直显微镜包括壳体，所述壳体的一侧连通有镜筒，所述镜筒的一端固定连接有显微物镜，所述镜筒内固定连接有镜筒透镜，所述壳体的另一侧连通有目镜筒，所述目镜筒内固定连接有目镜，所述壳体内固定连接有第一分光棱镜，所述壳体内固定连接有第二分光棱镜，所述第一分光棱镜与所述第二分光棱镜相接触，所述壳体的上端固定连接有CCD相机，所述壳体的底端固定连接有十字分化板，所述十字分化板位于所述第二分光棱镜的下方，所述壳体内固定连接有光源，所述光源位于所述十字分化板的下方。
优选的，所述显微物镜与所述镜筒透镜的中心处于同一直线上。
本发明还提供了一种新型数字化光具座的测试方法，包括如下步骤：
S1：焦距测量，采用放大率法测试，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测透镜的焦点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，计算出透镜的焦距；
S2：后截距测量，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测透镜的顶点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)读取光栅尺当前位置y1；
(4)继续移动行程电控平移台；
(5)当观察到被测透镜的焦面成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(6)读取光栅尺当前位置y2；
(7)计算y1,y2的差值D0＝y2-y1，即为被测透镜的截距；
S3：出瞳直径与出瞳距离测量，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测望远系统的出瞳成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，得出瞳直径；
(4)获取光栅尺当前位置，继续移动行程电控平移台；
(5)当观察到目镜镜片顶点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(6)再次获取光栅尺当前位置；
(7)计算出瞳距离；
S4：放大倍率测量；
采用原始定义测量β＝tanω’/tanω，平场自准直显微镜为带自准功能的无穷远显微镜，将显微物镜取下来后，即为一个物镜焦距200mm的自准直仪，可以测量望远镜出光的角度ω’，而ω为平行光管玻罗板的已知值，通过软件计算得出放大倍率；
S5：畸变测量，测试系统配置一台大面阵CCD相机，将被测镜头和大面阵 CCD相机连接，两者整体放置在电控载物台上，观察平行光管像，通过精密电控载物台旋转、软件分析得出畸变，精密电控载物台转过的角度a已知，镜头焦距已测量为f′，大面阵CCD相机上的位置b可测得，测量步骤：
(1)通过控制电控载物台旋转，电控载物台的角度arctan b/f′，大面阵 CCD相机偏移的角度ω′，(a-arctan b/f′)/a即为该点的畸变；
(2)依次扫描其余的视场，得到总体的畸变；
S6：星点衍射检测，测量步骤：
(1)平行光管焦面放置星点板；
(2)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(3)当观察到星点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(4)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，获取星点大小；
(5)绘制能量分布图；
S7：分辨率检测。
优选的，所述S4中，放大倍率测量步骤：
(1)去掉平场自准直显微镜的显微物镜，调节被测望远系统的目镜视度，使平行光管玻罗板像通过望远系统成像于平场自准直显微镜的CCD相机上；
(2)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，得出放大倍率。
优选的，所述S7中，分辨率检测测量步骤：
(1)上传包含多组图案的图片同时输入其相关数据到软件中；
(2)软件界面中分别显示存储的图片；
(3)人眼识别图片中的图案组，输入可分辨的图案组编号；
(4)软件界面显示图案分辨率数据。
本发明提出的一种新型数字化光具座，有益效果在于：
通过CCD相机提取图像替代人眼观察，通过软件判读计算，得出各项测试结果，排除人为因素带来的测试不确定性，提高了测试精度，高精度电控载物台，采用测角法配合软件自动测试镜头畸变，提高了测试精度和效率,采用清晰度算法，自动判别最清晰位置。
附图说明
图1为本发明提出的一种新型数字化光具座的正视结构示意图；
图2为本发明提出的一种新型数字化光具座的俯视结构示意图；
图3为本发明提出的一种新型数字化光具座中平场自准直显微镜的剖视结构示意图。
图中：平场自准直显微镜1、行程电控平移台2、电控载物台3、平行光管4、积分球光源5、第一支撑架6、第二支撑架7、显微物镜21、镜筒透镜22、第一分光棱镜23、CCD相机24、第二分光棱镜25、刻度分化板26、目镜27、十字分化板28、光源29、壳体210、镜筒211、目镜筒212。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，一种新型数字化光具座，包括第一支撑架6，第一支撑架6的作用是支撑行程电控平移台2，第一支撑架6的上端固定连接有行程电控平移台 2，行程电控平移台2的作用是连接平场自准直显微镜1，行程电控平移台2为 1米行程电控平移台，行程电控平移台2上固定连接有光栅尺，光栅尺的作用是测量平场自准直显微镜1在行程电控平移台2上的移动位移，行程电控平移台2 的上端滑动连接有平场自准直显微镜1。
第一支撑架6的一侧放置有第二支撑架7，第二支撑架7的作用是支撑平行光管4与电控载物台3，第二支撑架7的上端固定连接有平行光管4，平行光管 4为3米平行光管，第二支撑架7的上端通过固定架连接有积分球光源5，积分球光源5的作用是提供光源，积分球光源5的光源出口正对平行光管4的进光口，第二支撑架7的上端固定连接有电控载物台3，电控载物台3的作用是控制观察物的高度，电控载物台3位于行程电控平移台2与平行光管4之间，平场自准直显微镜1包括壳体210，壳体210的一侧连通有镜筒211，镜筒211的一端固定连接有显微物镜21，显微物镜21可更换不同倍数的显微物镜21，去掉显微物镜21，系统成为既可目视观察，又可视频显示、软件测量的光电自准直仪，可对无穷远目标成像，镜筒211内固定连接有镜筒透镜22，显微物镜21与镜筒透镜22的中心处于同一直线上，壳体210的另一侧连通有目镜筒212，目镜筒212内固定连接有目镜27，目镜27的作用是观察成像特点，壳体210内固定连接有第一分光棱镜23，第一分光棱镜23的作用是将光线分散，壳体210内固定连接有第二分光棱镜25，第一分光棱镜23与第二分光棱镜25相接触，壳体210的上端固定连接有CCD相机24，壳体210的底端固定连接有十字分化板 28，十字分化板28位于第二分光棱镜25的下方，壳体210内固定连接有光源 29，光源29位于十字分化板28的下方。
本发明还提供了一种新型数字化光具座的测试方法，包括如下步骤：
S1：焦距测量，采用放大率法测试，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测透镜的焦点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，计算出透镜的焦距；
S2：后截距测量，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测透镜的顶点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)读取光栅尺当前位置y1；
(4)继续移动行程电控平移台；
(5)当观察到被测透镜的焦面成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(6)读取光栅尺当前位置y2；
(7)计算y1,y2的差值D0＝y2-y1，即为被测透镜的截距；
S3：出瞳直径与出瞳距离测量，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测望远系统的出瞳成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，得出瞳直径；
(4)获取光栅尺当前位置，继续移动行程电控平移台；
(5)当观察到目镜镜片顶点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(6)再次获取光栅尺当前位置；
(7)计算出瞳距离；
S4：放大倍率测量；
采用原始定义测量β＝tanω’/tanω，平场自准直显微镜为带自准功能的无穷远显微镜，将显微物镜取下来后，即为一个物镜焦距200mm的自准直仪，可以测量望远镜出光的角度ω’，而ω为平行光管玻罗板的已知值，通过软件计算得出放大倍率，放大倍率测量步骤：
(1)去掉平场自准直显微镜的显微物镜，调节被测望远系统的目镜视度，使平行光管玻罗板像通过望远系统成像于平场自准直显微镜的CCD相机上；
(2)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，得出放大倍率；
S5：畸变测量，测试系统配置一台大面阵CCD相机，将被测镜头和大面阵 CCD相机连接，两者整体放置在电控载物台上，观察平行光管像，通过精密电控载物台旋转、软件分析得出畸变，精密电控载物台转过的角度a已知，镜头焦距已测量为f′，大面阵CCD相机上的位置b可测得，测量步骤：
(1)通过控制电控载物台旋转，电控载物台的角度arctan b/f′，CCD相机偏移的角度ω′，(a-arctan b/f′)/a即为该点的畸变；
(2)依次扫描其余的视场，得到总体的畸变，可直接显示畸变测量数据结果，平行光管焦面放置网格分划板，单次测量1°视场，通过转动待测镜头，最终测得视场2w≥10°的畸变；
S6：星点衍射检测，测量步骤：
(1)平行光管焦面放置星点板；
(2)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(3)当观察到星点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(4)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，获取星点大小，；
(5)绘制能量分布函数曲线，可读出弥散斑大小；
S7：分辨率检测，分辨率检测测量步骤：
(1)上传包含多组图案的图片同时输入其相关数据到软件中；
(2)软件界面中分别显示存储的图片；
(3)人眼识别图片中的图案组，输入可分辨的图案组编号；
(4)软件界面显示图案分辨率数据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数字化光具座，包括第一支撑架(6)，其特征在于，所述第一支撑架(6)的上端固定连接有行程电控平移台(2)，所述行程电控平移台(2)上固定连接有光栅尺，所述行程电控平移台(2)的上端滑动连接有平场自准直显微镜(1)，所述第一支撑架(6)的一侧放置有第二支撑架(7)，所述第二支撑架(7)的上端固定连接有平行光管(4)，所述第二支撑架(7)的上端通过固定架连接有积分球光源(5)，所述积分球光源(5)的光源出口正对所述平行光管(4)的进光口，所述第二支撑架(7)的上端固定连接有电控载物台(3)，所述电控载物台(3)位于所述行程电控平移台(2)与所述平行光管(4)之间，所述平场自准直显微镜(1)包括壳体(210)，所述壳体(210)的一侧连通有镜筒(211)，所述镜筒(211)的一端固定连接有显微物镜(21)，所述镜筒(211)内固定连接有镜筒透镜(22)，所述壳体(210)的另一侧连通有目镜筒(212)，所述目镜筒(212)内固定连接有目镜(27)，所述壳体(210)内固定连接有第一分光棱镜(23)，所述壳体(210)内固定连接有第二分光棱镜(25)，所述第一分光棱镜(23)与所述第二分光棱镜(25)相接触，所述壳体(210)的上端固定连接有CCD相机(24)，所述壳体(210)的底端固定连接有十字分化板(28)，所述十字分化板(28)位于所述第二分光棱镜(25)的下方，所述壳体(210)内固定连接有光源(29)，所述光源(29)位于所述十字分化板(28)的下方。
2.根据权利要求1所述的一种数字化光具座，其特征在于，所述显微物镜(21)与所述镜筒透镜(22)的中心处于同一直线上。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种数字化光具座的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：焦距测量，采用放大率法测试，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测透镜的焦点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，计算出透镜的焦距；
S2：后截距测量，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(2)当观察到被测透镜的顶点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)读取光栅尺当前位置y1；
(4)继续移动行程电控平移台；
(5)当观察到被测透镜的焦面成像最清晰时，停止移动电控平台；
(6)读取光栅尺当前位置y2；
(7)计算y1,y2的差值D0＝y2-y1，即为被测透镜的截距；
S3：出瞳直径与出瞳距离测量，测量步骤：
(1)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜；
(2)当观察到被测望远系统的出瞳成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(3)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，得出瞳直径；
(4)获取光栅尺当前位置，继续移动行程电控平移台；
(5)当观察到目镜镜片顶点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(6)再次获取光栅尺当前位置；
(7)计算出瞳距离；
S4：放大倍率测量；
采用原始定义测量β＝tanω’/tanω，平场自准直显微镜为带自准功能的无穷远显微镜，将显微物镜取下来后，即为一个物镜焦距200mm的自准直仪，可以测量望远镜出光的角度ω’，而ω为平行光管玻罗板的已知值，通过软件计算得出放大倍率；
S5：畸变测量，测试系统配置一台大面阵CCD相机，将被测镜头和大面阵CCD相机连接，两者整体放置在电控载物台上，观察平行光管像，通过精密电控载物台旋转、软件分析得出畸变，精密电控载物台转过的角度a已知，镜头焦距已测量为f′，大面阵CCD相机上的位置b可测得，测量步骤：
(1)通过控制电控载物台旋转，电控载物台的角度arctan b/f′，大面阵CCD相机偏移的角度ω′，(a-arctan b/f′)/a即为该点的畸变；
(2)依次扫描其余的视场，得到总体的畸变；
S6：星点衍射检测，测量步骤：
(1)平行光管焦面放置星点板；
(2)通过控制电机，移动行程电控平移台，带动平场自准直显微镜移动；
(3)当观察到星点成像最清晰时，停止移动行程电控平移台；
(4)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，获取星点大小；
(5)绘制能量分布图；
S7：分辨率检测。
4.根据权利要求3所述的一种数字化光具座的测试方法，其特征在于，所述S4中，放大倍率测量步骤：
(1)去掉平场自准直显微镜的显微物镜，调节被测望远系统的目镜视度，使平行光管玻罗板像通过望远系统成像于平场自准直显微镜的CCD相机上；
(2)对从CCD相机捕捉到的图像进行计算，得出放大倍率。
5.根据权利要求3所述的一种数字化光具座的测试方法，其特征在于，所述S7中，分辨率检测测量步骤：
(1)上传包含多组图案的图片同时输入其相关数据到软件中；
(2)软件界面中分别显示存储的图片；
(3)人眼识别图片中的图案组，输入可分辨的图案组编号；
(4)软件界面显示图案分辨率数据。
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