CN112697054A - 一种微透镜矢高测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微透镜矢高测量装置及方法，该装置中设有带标记图案的毛玻璃标记版，标记图案包括十字线和圆线，且十字线的交点与圆线的圆心重合。测量时先使标记图案投影到被测微透镜元件的基准平面上，此时Z向位置为Z1；再先后调节被测微透镜元件的XY角度及XY位置，使十字线成像均匀清晰，再使成像的圆线中心与被测微透镜元件外圆的中心重合；最后找到被测微透镜元件的曲面顶点反射的十字线清晰成像的Z向位置，记为Z2，则被测微透镜元件的矢高为|Z1‑Z2|。本发明通过十字线的成像清晰度和均匀性对被测微透镜元件进行对焦调平，通过圆线对被测微透镜元件进行对心，能够减少测量过程中的操作误差，提高微透镜矢高的测量精度。

Description

一种微透镜矢高测量装置及方法

技术领域

本发明属于多模光纤的耦合透镜领域，具体涉及耦合透镜中微透镜的矢高测量装置及测量方法。

背景技术

在通信中，耦合透镜是光模块的重要组成部分，多模光纤的耦合透镜一般采用塑胶注塑而成，有直桶式，COB式以及阵列式等形式。单个透镜的直径在0.2~0.6mm之间，透镜面型大多数采用非球面的形式且具有一个很好的基准平面。

如何测量微透镜的矢高，来控制微透镜的质量，变成了行业难题。常规测量方法有以下两种：第一种，采用成像法，利用透镜边缘成像和透镜顶点成像的方法来进行测量，该方法存在对透镜边缘质量要求高，透镜顶点无法准确定位等缺点。第二种，采用轮廓仪测量法进行测量，该方法存在透镜边缘定位不准，测量误差较大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微透镜矢高测量装置及方法，利用显微投影的标记图案测量微透镜矢高，避免了传统方法对微透镜中心定位不准，对微透镜外圆要求高等缺点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供的微透镜矢高测量装置，包括投影显微测量系统、Z向精密位移台和四维调节平台，其中投影显微测量系统位于四维调节平台的上方并固定在Z向精密位移台上；所述投影显微测量系统包括照明光源、毛玻璃标记版、分光元件、显微管镜系统、显微物镜系统和成像接收器件，其中照明光源的光线出射方向上依次设置毛玻璃标记版和分光元件，显微物镜系统设置在分光元件的反射光路上，分光元件的透射光路上依次设置显微管镜系统和成像接收器件；所述毛玻璃标记版上刻有标记图案，所述标记图案包括十字线和圆线，且十字线的交点与圆线的圆心重合。

所述毛玻璃标记版为负版，毛玻璃标记版分为两面，靠近照明光源的面为漫反射面，远离照明光源的面刻有标记图案。

所述标记图案中的圆线为一个圆线或多个直径不同的同心圆线。

所述投影显微测量系统还包括准直成像系统，准直成像系统设置在毛玻璃标记版和分光元件之间。

所述照明光源和毛玻璃标记版之间设置有准直透镜。

所述分光元件为分光棱镜或分光板。

所述成像接收器件为CCD或CMOS。

本发明提供的微透镜矢高测量方法，包括以下步骤：

1）将被测微透镜元件放置在四维调节平台上，将显微物镜系统对准被测微透镜元件，照明光源照射到带有标记图案的毛玻璃标记版上，形成的标记图案光束经分光元件反射进入显微物镜系统后再投影到被测微透镜元件上；利用Z向精密位移台带动投影显微测量系统做Z向精密移动，使得标记图案正好投影到被测微透镜元件的基准平面上，记录此时的Z向位置为Z1；

2）标记图案光束被被测微透镜元件反射后依次穿过显微物镜系统、透射过分光元件并穿过显微管镜系统，成像到成像接收器件上；调节四维调节平台上被测微透镜元件的XY角度，使得成像到成像接收器件上的标记图案中十字线的像均匀清晰；

3）调节四维调节平台上被测微透镜元件的XY位置，使得成像到成像接收器件上的标记图案中圆线的中心与被测微透镜元件外圆的中心重合；

4）利用Z向精密位移台带动投影显微测量系统做Z向精密移动，找到被测微透镜元件的曲面顶点反射的标记图案中十字线清晰成像在成像接收器件上的Z向位置，记录为Z2，则被测微透镜元件的矢高为|Z1-Z2|。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的微透镜矢高测量装置中，通过在毛玻璃标记版上刻制圆线与十字线中心重合的标记图案，可以将标记图案投影在被测微透镜元件上并反射成像在成像接收器件上。通过Z向精密位移台调节投影显微测量系统与被测微透镜元件间的距离来调节标记图案在成像接收器件上的成像效果。通过标记图案中十字线的成像清晰度和均匀性，对被测微透镜元件进行对焦调平。通过标记图案中的圆线，对被测微透镜元件进行对心。能够减少测量过程中的操作误差，提高微透镜矢高的测量精度。

本发明提供的微透镜矢高测量方法中，利用四维调节平台放置被测微透镜元件并调节被测微透镜元件的XY角度和XY位置关系，利用Z向精密位移台带动投影显微测量系统做Z向精密移动，利用投影显微测量系统中标记图案在成像接收器件上的成像效果来精确测定被测微透镜元件的矢高。通过在标记图案中设置十字线并调节被测微透镜元件的XY角度，可以观察十字线在成像接收器件上成像的清晰度和均匀性，从而对被测微透镜元件进行对焦调平。通过在标记图案中设置圆线并调节被测微透镜元件的XY位置，使成像到成像接收器件上的标记图案中圆线的中心与被测微透镜元件外圆的中心重合，对被测微透镜元件进行对心。通过对被测微透镜元件进行调平、对焦、对心等操作，可以减少测量过程中的操作误差，提高微透镜矢高的测量精度，避免了传统方法对微透镜中心定位不准，对微透镜外圆要求高等缺点。

附图说明

图1为本发明提供的微透镜矢高测量装置的结构示意图；

图2为微透镜矢高测量装置中投影显微测量系统的示意图；

图3为投影显微测量系统中毛玻璃标记版上的标记图案；

图4为被测微透镜元件的示意图。

其中：01为投影显微测量系统，02为Z向精密位移台，03为四维调节平台，011为照明光源，012为毛玻璃标记版，013为准直成像系统，014为分光元件，015为显微管镜系统，016为显微物镜系统，017为成像接收器件，018为被测微透镜元件，0121为一个圆线与十字线中心重合而成的标记图案，0122为多个同心圆与十字线中心重合而成的标记图案，0181为被测微透镜元件的曲面，0182为被测微透镜元件的基准平面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明提供的微透镜矢高测量装置包括三部分，第一部分为投影显微测量系统01，第二部分为Z向精密位移台02，第三部分为四维调节平台03。投影显微测量系统01和四维调节平台03固定在Z向精密位移台02的同侧，且投影显微测量系统01位于四维调节平台03的上方。其中Z向精密位移台02的作用是带动投影显微测量系统01做Z向精密移动，四维调节平台03用于放置被测微透镜元件18，并调节被测微透镜元件18的XY角度和XY位置关系。

参见图2，本发明中的投影显微测量系统01包括照明光源011、毛玻璃标记版012、准直成像系统013、分光元件014、显微管镜系统015、显微物镜系统016和成像接收器件017。其中照明光源011的光线出射方向上依次设置有毛玻璃标记版012、准直成像系统013和分光元件014，显微物镜系统016设置在分光元件014的反射光路上并对准被测微透镜元件18，分光元件014的透射光路上依次设置有显微管镜系统015和成像接收器件017。照明光源011为投影显微测量系统01提供照明光源，照明光源011发出的光照射到带有标记图案的毛玻璃标记版012上，形成的标记图案光束经过准直成像系统013后，再经过分光元件014进行反射，反射后的标记图案光束进入显微物镜系统016，标记图案光束经过显微物镜系统016后会聚在显微物镜的焦面上，显微物镜系统016将标记图案投影到被测微透镜元件018上，经被测微透镜元件018反射后，反射光线再依次经过显微物镜系统016、透过分光元件014并穿过显微管镜系统015，最终将标记图案成像到成像接收器件017上。

本发明中照明光源011发出的光可以经过准直透镜准直后照射到毛玻璃标记版012上，也可以直接照射到毛玻璃标记版012上。毛玻璃标记版012分为两面，靠近照明光源011的面为漫反射面，用于对入射的光束均匀化，远离照明光源011的面刻有标记图案。毛玻璃标记版012为负版，所述的标记图案包括十字线和圆线，且十字线的交点与圆线的圆心重合，即十字线与圆线中心重合，根据需求可以刻制一个圆线或多个不同直径的同心圆与十字线形成标记，如图3所示，0121为一个圆线与十字线中心重合而成的标记图案，0122为多个同心圆与十字线中心重合而成的标记图案。准直成像系统013将毛玻璃标记版012上的标记图案成像到无穷远处。分光元件014可以是分光棱镜或分光板。显微物镜系统016将标记图案投影到被测微透镜元件018上，经被测微透镜元件018反射后，将标记图案成像到成像接收器件017上。显微管镜系统015配合显微物镜系统016形成显微成像系统，将打到被测微透镜元件018上的标记图案成像到成像接收器件017上。成像接收器件017可以是CCD、CMOS等成像接收器件，用于接收标记图案经过显微成像系统后所成的像。

参见图1至图4，本发明提供的微透镜矢高测量方法包括以下步骤：

1、将被测微透镜元件18放置在四维调节平台03上，将显微物镜系统016对准被测微透镜元件18，利用Z向精密位移台02带动投影显微测量系统01做Z向精密移动，使得标记图案正好投影到被测微透镜元件的基准平面0182上，记录此时的Z向位置为Z1；

2、通过调节四维调节平台03的XY角度来调整被测微透镜元件018的XY角度，使得成像到成像接收器件017上的标记图案中十字线的像均匀清晰；

3、通过调节四维调节平台03的XY位置来调整被测微透镜元件018的XY位置，使得成像到成像接收器件017上的标记图案中圆线的中心与被测微透镜元件018外圆的中心重合；

4、利用Z向精密位移台02带动投影显微测量系统01做Z向精密移动，找到被测微透镜元件的曲面0181顶点反射的十字线清晰成像在成像接收器件017上时的Z向位置，记录为Z2，则被测微透镜元件018的矢高为|Z1-Z2|。

本发明设置了带有标记图案的毛玻璃标记版012，通过标记图案中的十字线，可以观察十字线在成像接收器件017上成像的清晰度和均匀性，从而对被测微透镜元件18进行对焦调平。通过标记图案中的圆线或多个同心圆，可以对被测微透镜元件18进行对心。通过对被测微透镜元件18调平、对焦、对心等操作，可以减少测量过程中的操作误差，提高微透镜矢高的测量精度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种微透镜矢高测量装置，包括投影显微测量系统（01）、Z向精密位移台（02）和四维调节平台（03），其中投影显微测量系统（01）位于四维调节平台（03）的上方并固定在Z向精密位移台（02）上；其特征在于：所述投影显微测量系统（01）包括照明光源（011）、毛玻璃标记版（012）、分光元件（014）、显微管镜系统（015）、显微物镜系统（016）和成像接收器件（017），其中照明光源（011）的光线出射方向上依次设置毛玻璃标记版（012）和分光元件（014），显微物镜系统（016）设置在分光元件（014）的反射光路上，分光元件（014）的透射光路上依次设置显微管镜系统（015）和成像接收器件（017）；所述毛玻璃标记版（012）上刻有标记图案，所述标记图案包括十字线和圆线，且十字线的交点与圆线的圆心重合。

2.根据权利要求1所述的微透镜矢高测量装置，其特征在于：所述毛玻璃标记版（012）为负版，毛玻璃标记版（012）分为两面，靠近照明光源（011）的面为漫反射面，远离照明光源（011）的面刻有标记图案。

3.根据权利要求1所述的微透镜矢高测量装置，其特征在于：所述标记图案中的圆线为一个圆线或多个直径不同的同心圆线。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的微透镜矢高测量装置，其特征在于：所述投影显微测量系统（01）还包括准直成像系统（013），准直成像系统（013）设置在毛玻璃标记版（012）和分光元件（014）之间。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的微透镜矢高测量装置，其特征在于：所述照明光源（011）和毛玻璃标记版（012）之间设置有准直透镜。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的微透镜矢高测量装置，其特征在于：所述分光元件（014）为分光棱镜或分光板。

7.根据权利要求1至3中任意一项所述的微透镜矢高测量装置，其特征在于：所述成像接收器件（017）为CCD或CMOS。

8.一种利用权利要求1所述的微透镜矢高测量装置的微透镜矢高测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将被测微透镜元件（18）放置在四维调节平台（03）上，将显微物镜系统（016）对准被测微透镜元件（18），照明光源（011）照射到带有标记图案的毛玻璃标记版（012）上，形成的标记图案光束经分光元件（014）反射进入显微物镜系统（016）后再投影到被测微透镜元件（018）上；利用Z向精密位移台（02）带动投影显微测量系统（01）做Z向精密移动，使标记图案投影到被测微透镜元件的基准平面（0182）上，记录此时的Z向位置为Z1；

2）标记图案光束经被测微透镜元件（018）反射后穿过显微物镜系统（016），透射过分光元件（014），穿过显微管镜系统（015），成像到成像接收器件（017）上；调节四维调节平台（03）上被测微透镜元件（018）的XY角度，使得成像到成像接收器件（017）上的标记图案中十字线的像均匀清晰；

3）调节四维调节平台（03）上被测微透镜元件（018）的XY位置，使得成像到成像接收器件（017）上的标记图案中圆线的中心与被测微透镜元件（018）外圆的中心重合；

4）利用Z向精密位移台（02）带动投影显微测量系统（01）做Z向精密移动，找到被测微透镜元件的曲面（0181）顶点反射的标记图案中十字线清晰成像在成像接收器件（017）上的Z向位置，记录为Z2，则被测微透镜元件（018）的矢高为|Z1-Z2|。

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