CN112781839A - 一种透镜性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于光学检测技术领域，提供了一种透镜性能测试系统，包括：光源发射模块、入射位置控制模块、光屏、光源检测模块、透镜固定模块和上位机；光源发射模块向光屏发射激光，光屏反射激光，被光屏反射后的激光经目标透镜聚焦后被光源检测模块接收，光源检测模块将接收到的激光的光能量信息发送至上位机；上位机通过入射位置控制模块改变激光在光屏上的入射位置，以及接收不同入射位置下光源检测模块发送的光能量信息，并根据光能量信息确定目标透镜的性能参数。本发明的透镜性能测试系统能够自动、高效地对透镜进行性能测试，且具有很高的准确率。

Description

一种透镜性能测试系统

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，尤其涉及一种透镜性能测试系统。

背景技术

透镜是用透明物质制成的一种光学元件，被广泛应用于激光雷达、3D成像等各个领域。

然而，由于制造工艺、材料等因素的影响，各个透镜的性能有所不同，在实际生产中，如果使用性能不达标的透镜制作产品，会大大影响产品的良率，因此，能够对透镜性能进行自动高效测试，对实际生产具有重要意义。

本申请的发明人发现，传统的使用分离光路测试透镜性能的方法效率低、误差大，不适合在大规模生产中使用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种透镜性能测试系统，以解决传统的透镜性能测试方法效率低、误差大的问题。

本发明实施例提供的透镜性能测试系统，包括：

光源发射模块、入射位置控制模块、光屏、光源检测模块、透镜固定模块和上位机；

透镜固定模块用于固定目标透镜；光源发射模块的发光点与透镜固定模块位于同一水平线上；光屏平行放置于水平线的前侧，并与水平线相隔第一预设距离；光源检测模块放置于水平线的后侧，光源检测模块的光源检测点位于目标透镜的主光轴上，且与目标透镜相隔第二预设距离；

光源发射模块向光屏发射激光，光屏反射激光，被光屏反射后的激光经目标透镜聚焦后被光源检测模块接收，光源检测模块将接收到的激光的光能量信息发送至上位机；

上位机通过入射位置控制模块改变激光在光屏上的入射位置，以及接收不同入射位置下光源检测模块发送的光能量信息，并根据光能量信息确定目标透镜的性能参数。

可选的，光源发射模块的发光点与透镜固定模块之间的距离范围为0.1-0.3m，第一预设距离的范围为1-1.5m，第二预设距离根据目标透镜的焦距确定。

可选的，入射位置控制模块包括：

第一步进电机和旋转装置；

第一步进电机用于接收上位机的第一控制信号，并根据第一控制信号控制旋转装置的旋转角度；

旋转装置用于根据旋转角度控制光源发射模块的激光发射角度，以改变激光在光屏上的入射位置。

可选的，上位机具体用于：

确定各个入射位置对应的激光发射角度与激光初始发射角度的夹角，得到各个入射位置对应的发射角变化量；其中，激光初始发射角度为光源检测模块接收到的激光的光能量最大时对应的激光发射角度；

对各个入射位置对应的发射角变化量和各个入射位置对应的光能量信息进行拟合，得到第一光能量分布曲线；

基于第一光能量分布曲线确定目标透镜的性能参数。

可选的，上位机具体用于：

基于第一光能量分布曲线的峰值确定目标透镜的像差；

根据第一光能量分布曲线的发射角变化量的最大值与最小值的差值确定目标透镜的视场。

可选的，入射位置控制模块包括：

第二步进电机、平面镜和滑轨；

平面镜设置在滑轨上，光源发射模块以预设角度向平面镜发射激光，平面镜将激光反射至光屏；

第二步进电机用于接收上位机的第二控制信号，并根据第二控制信号控制平面镜在滑轨上的位置，以改变激光在光屏上的入射位置。

可选的，上位机具体用于：

确定各个入射位置对应的平面镜位置与平面镜初始位置的距离，得到各个入射位置对应的平面镜位置变化量；其中，平面镜初始位置为光源检测模块接收到的激光的光能量最大时对应的平面镜位置；

对各个入射位置对应的平面镜位置变化量和各个入射位置对应的光能量信息进行拟合，得到第二光能量分布曲线；

基于第二光能量分布曲线确定目标透镜的性能参数。

可选的，上位机具体用于：

基于第二光能量分布曲线的峰值确定目标透镜的像差；

确定第二光能量分布曲线的平面镜位置变化量的最大值与最小值，并根据平面镜位置变化量的最大值确定最大角度变化量，根据平面镜位置变化量的最小值确定最小角度变化量；

根据最大角度变化量与最小角度变化量的差值确定目标透镜的视场。

可选的，上位机具体用于：

根据

确定最大角度变化量；

式中，θ_max为最大角度变化量，D_max为平面镜位置变化量的最大值，L1为第一预设距离。

可选的，光源发射模块包括红外激光发射器，光屏的反射率为8％。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明的透镜性能测试系统通过将光源发射模块、光屏、光源检测模块和透镜固定模块放置在预设位置，使光源发射模块向光屏发射激光，光屏反射激光，被光屏反射后的激光经目标透镜聚焦后被光源检测模块接收，进而上位机只需通过入射位置控制模块改变激光在光屏上的入射位置，以及接收不同入射位置下光源检测模块发送的光能量信息，根据不同入射位置下的光能量信息即可确定目标透镜的性能参数。本发明的透镜性能测试系统能够自动、高效地对透镜进行性能测试，且具有很高的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的透镜性能测试系统的第一种结构示意图；

图2是本发明实施例提供的透镜性能测试系统的第二种结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供了一种透镜性能测试系统，参照图1或图2所示，该透镜性能测试系统包括：

光源发射模块1、入射位置控制模块2、光屏3、光源检测模块4、透镜固定模块5和上位机6。

透镜固定模块5用于固定目标透镜，光源发射模块1的发光点与透镜固定模块5位于同一水平线上；光屏3平行放置于水平线的前侧，并与水平线相隔第一预设距离L1；光源检测模块4放置于水平线的后侧，光源检测模块4的光源检测点位于目标透镜的主光轴上，且与目标透镜相隔第二预设距离f。

光源发射模块1向光屏3发射激光，光屏3反射激光，被光屏3反射后的激光经目标透镜聚焦后被光源检测模块4接收，光源检测模块4将接收到的激光的光能量信息发送至上位机6。

上位机6通过入射位置控制模块2改变激光在光屏3上的入射位置，以及接收不同入射位置下光源检测模块4发送的光能量信息，并根据光能量信息确定目标透镜的性能参数。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，光源发射模块1的发光点与透镜固定模块之间的距离范围为0.1-0.3m，第一预设距离的范围为1-1.5m，第二预设距离与目标透镜的焦距相等。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，如图1所示，入射位置控制模块2可以包括：

第一步进电机21和旋转装置22。

第一步进电机21用于接收上位机6的第一控制信号，并根据第一控制信号控制旋转装置22的旋转角度。

旋转装置22用于根据旋转角度控制光源发射模块1的激光发射角度，以改变激光在光屏3上的入射位置。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，上位机6具体用于：

确定各个入射位置对应的激光发射角度与激光初始发射角度的夹角，得到各个入射位置对应的发射角变化量；其中，激光初始发射角度为光源检测模块接收到的激光的光能量最大时对应的激光发射角度；

对各个入射位置对应的发射角变化量和各个入射位置对应的光能量信息进行拟合，得到第一光能量分布曲线；

基于第一光能量分布曲线确定目标透镜的性能参数。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，上位机6具体用于：

基于第一光能量分布曲线的峰值确定目标透镜的像差；

根据第一光能量分布曲线的发射角变化量的最大值与最小值的差值确定目标透镜的视场。

在本实施方式中，首先将光源发射模块1的发射角度控制在激光初始发射角度，即光源发射模块1照射到光屏3上的光斑在目标透镜的正前方，此时，光源检测模块4接收到的激光能量最大。然后，通过上位机6控制入射位置控制模块2使光源发射模块1旋转θ角度，使光屏3上的光斑发生偏移，偏移量为D1，进而目标透镜聚焦在光源检测模块4上的激光位置也发生偏移,偏移量为D2，目标透镜聚焦在光源检测模块4上的激光的能量变小。

具体偏移关系如下：

D1＝L1*tan(θ)

因此，通过测试不同发射角变化量θ下光源检测模块4接收到的激光的能量，将发射角变化量θ和对应的光源检测模块4接收到的激光的能量进行拟合，可以得到θ与光能量的关系曲线，即第一光能量分布曲线，曲线形态为高斯曲线，需要指出的是，激光初始发射角度的发射角变化量为0，相应的，发射角变化量θ有正负之分，第一光能量分布曲线的峰值即为目标透镜的像差，第一光能量分布曲线的发射角变化量范围即为目标透镜的视场，像差越小、视场越大，说明目标透镜的性能越好。作为一种较优的实施方式，还可以直接计算第一光能量分布曲线的半峰宽度，根据半峰宽度的大小判断目标透镜的性能。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，如图2所示，入射位置控制模块2可以包括：

第二步进电机23、平面镜24和滑轨25。

平面镜24设置在滑轨25上，光源发射模块1以预设角度向平面镜24发射激光，平面镜24将激光反射至光屏3。

第二步进电机23用于接收上位机6的第二控制信号，并根据第二控制信号控制平面镜24在滑轨25上的位置，以改变激光在光屏3上的入射位置。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，上位机6具体用于：

确定各个入射位置对应的平面镜位置与平面镜初始位置的距离，得到各个入射位置对应的平面镜位置变化量；其中，平面镜初始位置为光源检测模块接收到的激光的光能量最大时对应的平面镜位置；

对各个入射位置对应的平面镜位置变化量和各个入射位置对应的光能量信息进行拟合，得到第二光能量分布曲线；

基于第二光能量分布曲线确定目标透镜的性能参数。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，上位机6具体用于：

基于第二光能量分布曲线的峰值确定目标透镜的像差；

确定第二光能量分布曲线的平面镜位置变化量的最大值与最小值，并根据平面镜位置变化量的最大值确定最大角度变化量，根据平面镜位置变化量的最小值确定最小角度变化量；

根据最大角度变化量与最小角度变化量的差值确定目标透镜的视场。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，上位机6具体用于：

根据

确定最大角度变化量，式中，θ_max为最大角度变化量，D_max为平面镜位置变化量的最大值，L1为第一预设距离。

以及，根据

确定最小角度变化量，式中，θ_min为最小角度变化量，D_min为平面镜位置变化量的最小值，L1为第一预设距离。

在本实施方式中，光源发射模块1发射的激光经过平面镜24反射至光屏3，平面镜24可以在滑轨25上上下滑动，由于光源发射模块1的发射角度是固定的，因此可以通过改变平面镜24的位置来改变激光在光屏3上的入射位置。

在本实施方式中，首先将平面镜24控制在平面镜初始位置，以使光源发射模块1照射到光屏3上的光斑在目标透镜的正前方，此时，光源检测模块4接收到的激光能量最大。通过控制平面镜24在滑轨25上移动一定距离D3，使光屏3上的光斑发生偏移，偏移量为D1，进而目标透镜聚焦在光源检测模块4上的激光位置也发生偏移,偏移量为D2，目标透镜聚焦在光源检测模块4上的激光的能量变小。具体偏移关系如下：

D1＝D3*2

因此，通过测试不同平面镜位置下光源检测模块4接收到的激光的能量，将平面镜位置变化量D3和对应的光源检测模块4接收到的激光的能量进行拟合，可以得到平面镜位置变化量D3与光能量的关系曲线，即第二光能量分布曲线，曲线形态为高斯曲线，需要指出的是，平面镜初始位置的平面镜位置变化量为0，相应的，平面镜位置变化量D3有正负之分，第二光能量分布曲线的峰值即为目标透镜的像差，对于目标透镜视场的计算，可以根据推导公式将平面镜位置变化量的最大值和最小值转化为相应的角度变化量的最大值和最小值，进而根据第二光能量分布曲线的角度变化量范围，得到目标透镜的视场。同理，作为一种较优的实施方式，还可以根据第二光能量分布曲线的半峰宽度判断目标透镜的性能，在此不在进行赘述。

可选的，作为本发明实施例提供的透镜性能测试系统的一种具体的实施方式，光源发射模块1包括红外激光发射器，光屏3的反射率为8％。

另外，在本发明实施例中，透镜固定模块5为光学镜座，三维位移可调，光源检测模块4为雪崩光电二极管，且光源检测模块4的三维位移可调，滑轨25的长度为0.1-0.5m，平面镜24通过干板夹和支撑杆安装在滑轨25上。

由以上内容可知，本发明的透镜性能测试系统通过将光源发射模块、光屏、光源检测模块和透镜固定模块放置在预设位置，使光源发射模块向光屏发射激光，光屏反射激光，被光屏反射后的激光经目标透镜聚焦后被光源检测模块接收，进而上位机只需通过入射位置控制模块改变激光在光屏上的入射位置，以及接收不同入射位置下光源检测模块发送的光能量信息，根据不同入射位置下的光能量信息即可确定目标透镜的性能参数。本发明的透镜性能测试系统能够自动、高效地对透镜进行性能测试，且具有很高的准确率。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种透镜性能测试系统，其特征在于，包括：

光源发射模块、入射位置控制模块、光屏、光源检测模块、透镜固定模块和上位机；

所述透镜固定模块用于固定目标透镜；所述光源发射模块的发光点与所述透镜固定模块位于同一水平线上；所述光屏平行放置于所述水平线的前侧，并与所述水平线相隔第一预设距离；所述光源检测模块放置于所述水平线的后侧，所述光源检测模块的光源检测点位于所述目标透镜的主光轴上，且与所述目标透镜相隔第二预设距离；

所述光源发射模块向所述光屏发射激光，所述光屏反射所述激光，被光屏反射后的激光经目标透镜聚焦后被所述光源检测模块接收，所述光源检测模块将接收到的激光的光能量信息发送至所述上位机；

所述上位机通过所述入射位置控制模块改变激光在所述光屏上的入射位置，以及接收不同入射位置下所述光源检测模块发送的光能量信息，并根据所述光能量信息确定目标透镜的性能参数。

2.如权利要求1所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述光源发射模块的发光点与所述透镜固定模块之间的距离范围为0.1-0.3m，所述第一预设距离的范围为1-1.5m，所述第二预设距离根据所述目标透镜的焦距确定。

3.如权利要求1所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述入射位置控制模块包括：

第一步进电机和旋转装置；

所述第一步进电机用于接收所述上位机的第一控制信号，并根据所述第一控制信号控制所述旋转装置的旋转角度；

所述旋转装置用于根据所述旋转角度控制所述光源发射模块的激光发射角度，以改变激光在所述光屏上的入射位置。

4.如权利要求3所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

确定各个入射位置对应的激光发射角度与激光初始发射角度的夹角，得到各个入射位置对应的发射角变化量；其中，所述激光初始发射角度为所述光源检测模块接收到的激光的光能量最大时对应的激光发射角度；

对各个入射位置对应的发射角变化量和各个入射位置对应的光能量信息进行拟合，得到第一光能量分布曲线；

基于所述第一光能量分布曲线确定目标透镜的性能参数。

5.如权利要求4所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

基于所述第一光能量分布曲线的峰值确定目标透镜的像差；

根据所述第一光能量分布曲线的发射角变化量的最大值与最小值的差值确定目标透镜的视场。

6.如权利要求1所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述入射位置控制模块包括：

第二步进电机、平面镜和滑轨；

所述平面镜设置在所述滑轨上，所述光源发射模块以预设角度向所述平面镜发射激光，所述平面镜将激光反射至所述光屏；

所述第二步进电机用于接收所述上位机的第二控制信号，并根据所述第二控制信号控制所述平面镜在所述滑轨上的位置，以改变激光在所述光屏上的入射位置。

7.如权利要求6所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

确定各个入射位置对应的平面镜位置与平面镜初始位置的距离，得到各个入射位置对应的平面镜位置变化量；其中，所述平面镜初始位置为所述光源检测模块接收到的激光的光能量最大时对应的平面镜位置；

对各个入射位置对应的平面镜位置变化量和各个入射位置对应的光能量信息进行拟合，得到第二光能量分布曲线；

基于所述第二光能量分布曲线确定目标透镜的性能参数。

8.如权利要求7所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

基于所述第二光能量分布曲线的峰值确定目标透镜的像差；

确定所述第二光能量分布曲线的平面镜位置变化量的最大值与最小值，并根据所述平面镜位置变化量的最大值确定最大角度变化量，根据所述平面镜位置变化量的最小值确定最小角度变化量；

根据所述最大角度变化量与所述最小角度变化量的差值确定目标透镜的视场。

9.如权利要求8所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述上位机具体用于：

根据

确定最大角度变化量；

式中，θ_max为最大角度变化量，D_max为平面镜位置变化量的最大值，L1为第一预设距离。

10.如权利要求1-9任一项所述的透镜性能测试系统，其特征在于，所述光源发射模块包括红外激光发射器，所述光屏的反射率为8％。

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