CN205785767U - 一种薄凸透镜焦距自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种薄凸透镜焦距自动测量装置，包括机架，以及安装在机架上的激光器、水平轨道、薄凸透镜卡槽、第一支架、光电传感器、第二移动支架、步进电机、控制开关、显示屏和单片机控制系统；位于激光器前方的水平轨道上依次安装有第一支架和第二移动支架，第一支架上安装有薄凸透镜卡槽，第二移动支架和步进电机连接，第二移动支架上安装有光电传感器，光电传感器、薄凸透镜卡槽和激光器处于同一直线上，激光器、步进电机、光电传感器和显示屏均和单片机控制系统电连接，单片机控制系统和控制开关电连接。本实用新型可自动、高效、准确的测量薄凸透镜的焦距。

Description

一种薄凸透镜焦距自动测量装置

技术领域

本实用新型涉及光学仪器检测设备技术领域，特别涉及一种薄凸透镜焦距自动测量装置。

背景技术

透镜，无论是在传统光学还是现代光学成像系统中，均占有重要地位。透镜的相关技术参数的测量，如曲率半径、曲率中心、焦距、面形偏差等也至关重要。

其中，凸透镜焦距的测量是其成像功能发挥的基础，而目前国内生产薄凸透镜的中小型企业，基本都采用标准样粗略比对方式检验凸透镜产品焦距是否合格，而没严格测量。这与市场上没有合适的测试仪器有关。

市场现有的可测试凸透镜焦距的仪器主要分两类：一类是大型自动化光学系统参数检测设备，功能齐全，价格昂贵，对只检测凸透镜焦距的中小型企业实属大材小用。另一类是教学用仪器，这类仪器以教学为主要目的，主要有两种，一种基本都是手动测量，靠眼睛观察，操作过程繁琐，效率低，人为因素影响严重，误差大；另一种采用单片机、电动机、光强传感器等代替人手和眼睛，但基本还是采用物理实验传统的成像法、共轭法等，过程仍很繁琐，效率低、误差大。

凸透镜具有一个特性，平行光经凸透镜后，光强先变大，直至焦点处达到最大，然后光强慢慢减小，其中光强最大处到光强减小到和平行光入射前的光强大小一致的位置时，两者之间的距离即为该凸透镜的焦距。

鉴于此，本发明人为此研制出一种薄凸透镜焦距自动测量装置，有效的解决了上述问题，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型提供的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，可自动、高效、准确的测量薄凸透镜的焦距。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种薄凸透镜焦距自动测量装置，包括机架，以及安装在机架上的激光器、水平轨道、第一支架、薄凸透镜卡槽、第二移动支架、光电传感器、步进电机、控制开关、显示屏和单片机控制系统；激光器固定安装在水平轨道的上方，位于激光器前方的水平轨道上依次安装有第一支架和第二移动支架，第一支架上安装有薄凸透镜卡槽，第二移动支架和用于驱动其移动的步进电机连接，第二移动支架上安装有光电传感器，光电传感器、薄凸透镜卡槽和激光器处于同一直线上，步进电机、光电传感器和显示屏均和控制其工作的单片机控制系统电连接，单片机控制系统和控制开关电连接。

所述激光器的前方等高共轴安装有将激光光束扩展后并准直成平行光线的扩束-准直镜。

所述水平轨道上固定安装有激光器支架，激光器和扩束-准直镜安装在激光器支架上。

所述第一支架底部具有前后移动座，第一支架安装有用于驱动其移动的第一驱动电机，第一驱动电机驱动第一支架在前后两个方向上移动，第一驱动电机和单片机控制系统电连接。

所述第二移动支架底部具有前后左右移动座，步进电机驱动第二移动支架在前后左右四个方向上移动。

所述光电传感器包括圆盘，以及附着在圆盘中心的主传感器和附着在圆盘周围的辅传感器。

所述控制开关包括启动关闭、校准、测量或复位按钮，所述水平轨道上具有刻度。

所述激光器采用单独供电，激光器通过激光器开关控制。

所述机架包括底座，以及安装在底座上的外壳、操作平台和测试仓，控制开关、显示屏和单片机控制系统安装在操作平台上，激光器、水平轨道和测试仓安装在外壳内，薄凸透镜卡槽、第一支架、第一驱动电机、光电传感器、第二移动支架、和步进电机安装在测试仓内。

所述单片机控制系统包括控制芯片，以及和控制芯片连接的电源电路模块、显示屏驱动电路模块、控制开关电路模块、光电传感器驱动电路模块、电机驱动电路模块、复位电路模块和晶振电路模块。

采用上述方案后，本实用新型利用激光平行性好和凸透镜本身的物理特性进行薄凸透镜的焦距测量。工作过程主要为，首先通过光电传感器测量未安装薄凸透镜时的激光光强，再在薄凸透镜卡槽上安装有薄凸透镜后，通过单片机控制系统控制步进电机工作，使第二移动支架带动光电传感器移动向薄凸透镜，单片机控制系统记录下光电传感器检测到光强等于未安装薄凸透镜时的激光光强和最强激光光强之间步进电机所走的前进步数，即可计算出该薄凸透镜的焦距。本实用新型具有自动、高效、准确测量薄凸透镜焦距的特点。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图；

图2是本实施例激光的传输示意图；

图3是本实施例单片机控制系统的电路模块图；

图4是本实施例的主要原理示意图。

标号说明

机架1，底座11，外壳12，操作平台13，测试仓14，激光器2，激光器支架21，扩束-准直镜22，激光器开关23，水平轨道3，薄凸透镜卡槽4，第一支架41，第一驱动电机42，前后移动座43，光电传感器5，第二移动支架51，步进电机52，前后左右移动座53，控制开关6，显示屏7，单片机控制系统8，控制芯片81，电源电路模块82，显示屏驱动电路模块83，控制开关电路模块84，光电传感器驱动电路模块85，电机驱动电路模块86，复位电路模块87，晶振电路模块88。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图1所示，是本实用新型揭示的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，包括机架1，以及安装在机架1上的激光器2、水平轨道3、薄凸透镜卡槽4、第一支架41、第一驱动电机42、光电传感器5、第二移动支架51、步进电机52、控制开关6、显示屏7和单片机控制系统8。

机架1包括底座11，以及安装在底座11上的外壳12、操作平台13和测试仓14。控制开关6、显示屏7和单片机控制系统8安装在操作平台13上。激光器2、水平轨道3和测试仓14安装在外壳12内。薄凸透镜卡槽4、第一支架41、第一驱动电机42、光电传感器5、第二移动支架51、和步进电机52安装在测试仓14内。测试仓14可避免外界光线的干扰而影响测试精度。

水平轨道3上具有刻度。水平轨道3上固定安装有激光器支架21，激光器2安装在激光器支架21上。激光器2的前方等高共轴安装有扩束-准直镜22，扩束-准直镜22亦安装在激光器支架21上。如图2所示，扩束-准直镜22将激光器2发出的激光光束扩展后并准直成平行光线，以扩大下述光电传感器5的检测面积，从而提高检测精度。

位于激光器2前方的水平轨道3上依次安装有第一支架41和第二移动支架51。第一支架41和第一驱动电机42连接，第一支架41底部具有前后移动座43，第一驱动电机42驱动第一支架41在前后两个方向上移动。第一支架41上安装有薄凸透镜卡槽4，薄凸透镜卡槽4用于安装薄凸透镜。

第二移动支架51和步进电机52连接，第二移动支架51底部具有前后左右移动座53，步进电机52驱动第二移动支架51在前后左右四个方向上移动。第二移动支架51上安装有光电传感器5，光电传感器5包括圆盘，以及附着在圆盘中心的主传感器和附着在圆盘周围的辅传感器。

其中光电传感器5、薄凸透镜卡槽4和激光器2处于同一直线上，第一驱动电机42、步进电机52、光电传感器5和显示屏7均和控制其工作的单片机控制系统8电连接，单片机控制系统8和控制开关6电连接。激光器2则采用单独供电，激光器2通过激光器开关23控制，以便维修和更换。

其中控制开关6包括启动关闭、校准、测量和复位按钮四个按钮。

单片机控制系统8包括控制芯片81，以及和控制芯片81连接的电源电路模块82、显示屏驱动电路模块83、控制开关电路模块84、光电传感器驱动电路模块85、电机驱动电路模块86、复位电路模块87和晶振电路模块88。

电源电路模块82，其采用交直流全桥电桥整流电路和稳压芯片构成，用于为控制芯片81、光电传感器5、显示屏7、第一驱动电机42和步进电机52供电。显示屏驱动电路模块83，用于增加单片机对液晶显示屏7的驱动能力。控制开关电路模块84，包括启动、校准、测量、复位和关闭电路，用于装置的电源及装置工作过程指示和控制。光电传感器驱动电路模块85，用于保证与光强传感器之间信号无干扰地传输。电机驱动电路模块86，用于增强单片机控制系统8对步进动机和第一驱动电机42驱动能力。复位电路模块87，用于使各机构回到初始位置。晶振电路模块88，用于确保单片机控制系统8的控制时间。

上述薄凸透镜焦距自动测量装置的测量方法，结合图2和4所示，包括如下步骤 ：

步骤1：打开激光器2电源，开启启动控制开关6，单片机控制系统8做初步自检，检验系统光路是否等高共轴；如未达标，系统自动启动校准控制开关6，系统自动驱动步进电机52，使激光束通过光电传感器5中心的主传感器，完成自动校准，单片机控制系统8记录下此时光电压。

步骤2：校准完成后，开启测试仓14，在凸透镜卡槽上放上待测薄凸透镜，单片机控制系统8依据光电传感器5光电压变化，驱动第一驱动电机42带动第一支架41左右移动，使光束通过透镜中心。

步骤3：调整好待测薄凸透镜位置后，系统自动启动测量控制开关6，系统进入薄凸透镜焦距自动测量阶段。单片机控制系统8驱动步进电机52带动光电传感器5向薄凸透镜移动，移动过程中光电压逐渐增大，当光电压数值达到未放待测薄凸透镜时（图4中位置①），控制系统开启步进电机52前进步数记录，直到光电传感器5中心处光电压最大（图4中位置②），即找到了待测凸透镜的焦点，步数记录停止。单片机控制系统8根据记录的步数计算此间光电传感器5前进的距离，即为待测凸透镜的焦距。单片机控制系统8将计算得到的待测凸透镜焦距显示在显示屏7上显示。

进一步需重新测量或测量其它薄凸透镜的焦距时，下面以测量其它薄凸透镜的焦距为例，还包括步骤4：取下步骤3测试的薄凸透镜，按下复位控制开关6，各机构复位，重复上述步骤1-3即可。可实现多个薄凸透镜焦距连续自动测量。

本实用新型利用激光平行性好和凸透镜本身的物理特性，即，图4中平行光经凸透镜后，光强先变大，直至焦点处达到最大（图中位置①），然后光强慢慢减小，其中光强最大处到光强减小到和平行光入射前的光强大小一致的位置时（图中位置②），那么，距离F和距离F＇将相等，即距离F＇为该凸透镜的焦距。充分利用该物理特性进行薄凸透镜的焦距测量，具有自动、高效、准确测量薄凸透镜焦距的特点。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：包括机架，以及安装在机架上的激光器、水平轨道、第一支架、薄凸透镜卡槽、第二移动支架、光电传感器、步进电机、控制开关、显示屏和单片机控制系统；激光器固定安装在水平轨道的上方，位于激光器前方的水平轨道上依次安装有第一支架和第二移动支架，第一支架上安装有薄凸透镜卡槽，第二移动支架和用于驱动其移动的步进电机连接，第二移动支架上安装有光电传感器，光电传感器、薄凸透镜卡槽和激光器处于同一直线上，步进电机、光电传感器和显示屏均和控制其工作的单片机控制系统电连接，单片机控制系统和控制开关电连接。

2.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述激光器的前方等高共轴安装有将激光光束扩展后并准直成平行光线的扩束-准直镜。

3.如权利要求2所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述水平轨道上固定安装有激光器支架，激光器和扩束-准直镜安装在激光器支架上。

4.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述第一支架底部具有前后移动座，第一支架安装有用于驱动其移动的第一驱动电机，第一驱动电机驱动第一支架在前后两个方向上移动，第一驱动电机和单片机控制系统电连接。

5.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述第二移动支架底部具有前后左右移动座，步进电机驱动第二移动支架在前后左右四个方向上移动。

6.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述光电传感器包括圆盘，以及附着在圆盘中心的主传感器和附着在圆盘周围的辅传感器。

7.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述控制开关包括启动关闭、校准、测量或复位按钮，所述水平轨道上具有刻度。

8.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述激光器采用单独供电，激光器通过激光器开关控制。

9.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述机架包括底座，以及安装在底座上的外壳、操作平台和测试仓，控制开关、显示屏和单片机控制系统安装在操作平台上，激光器、水平轨道和测试仓安装在外壳内，薄凸透镜卡槽、第一支架、光电传感器、第二移动支架、和步进电机安装在测试仓内。

10.如权利要求1所述的一种薄凸透镜焦距自动测量装置，其特征在于：所述单片机控制系统包括控制芯片，以及和控制芯片连接的电源电路模块、显示屏驱动电路模块、控制开关电路模块、光电传感器驱动电路模块、电机驱动电路模块、复位电路模块和晶振电路模块。