CN211626879U - 透镜后焦测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种透镜后焦测量装置，所述透镜后焦测量装置包括标定板、底座、光源模块、夹持和位移模块、成像模块。所述底座上竖直固定有支架，所述支架上固定多个间隔分布的连接杆。所述光源模块固定于其中一个所述连接杆并提供平行光。所述夹持和位移模块可移动地安装于其中一个所述连接杆，待测透镜和所述标定板均可选择地放置于所述夹持和位移模块。所述成像模块固定于其中一个所述连接杆，所述夹持和位移模块位于所述光源模块和所述成像模块之间，使得打开所述光源模块后，在所述成像模块上分别对待测透镜后焦点和所述标定板成像。所述透镜后焦测量装置结构简单，性价比高，测量方法简便准确，不会损伤透镜表面。

Description

透镜后焦测量装置

技术领域

本实用新型涉及透镜技术领域，尤其涉及一种透镜后焦测量装置。

背景技术

透镜后焦是指透镜后表面到后焦点之间的距离，即透镜的工作距离，是透镜的重要特性参数之一，在使用透镜的各种光学系统中，该参数的确定极大地影响了系统的性能和精度。目前采用的透镜后焦测量方法主要有显微镜及千分尺测量法、CCD(Charge-coupled Device，电耦合器件)测量法、成像测量法、光强计测量法、干涉仪测量法等。

显微镜及千分尺测量法是指采用千分尺和显微镜测量透镜的厚度和直径，利用透镜后焦和透镜尺寸的理论关系公式计算出透镜后焦从而完成测量。但是这种方法一般适用于测量球面透镜，对于非球面等无法在理论上给出后焦计算公式的面型透镜则无法完成后焦测量，且利用千分尺测量时为接触式测量，易造成透镜表面的损坏。

CCD测量法是直接利用CCD对透镜的焦斑成像，当CCD上对透镜焦斑成清晰像时，测量透镜到CCD之间的距离即可完成透镜后焦的测量。但是由于CCD摄像机表面一般有一层防护罩，防护罩表面到CCD感光面有一定距离，如果透镜后焦小于防护罩表面到CCD感光面距离时就无法完成测量。

成像测量法是指利用成像模块对镜头后表面和后焦点进行成像，分别记录成清晰像的两个位置，两位置之差即为透镜后焦。成像测量法一般用于镜头后焦的测量，当用于单个透镜的测量时，由于透镜是透明的，无法找到透镜后表面成清晰像的准确位置，导致无法完成后焦测量。

光强计测量法是指将平行光经半透半反镜后垂直入射至待测透镜，当在待测透镜后焦处放置反射镜时，汇聚于后焦点的光束将反射通过待测透镜后沿原路返回，并经半透半反镜后折向一汇聚透镜，光束汇聚后经孔径光阑被光强探测器接收。当反射镜偏离后焦处时，只有部分光被接收，移动反射镜过程中，只有反射镜在后焦处时光强探测器才会出现最大值，此时反射镜与透镜后表面的距离即为透镜后焦。但是光强计测量法受限于孔径光阑的尺寸大小和汇聚透镜的聚光能力，当孔径光阑尺寸过大和透镜的聚光能力不佳时，均会导致寻找不到光强最大点从而无法完成测量。其次该方法用于测量短后焦透镜时，当反射镜和透镜后表面距离极小时才会出现光强极大值，但是该极小距离很难侧准，这也会影响测量后焦的准确性。

干涉仪测量法是指利用干涉仪的“猫眼”定位技术，确定透镜的后表面和后焦点位置，从而完成其后焦的测量。但是测量设备要求高，测试系统贵，测量过程繁复，不适用于对多个透镜进行测量。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种透镜后焦测量装置，所述透镜后焦测量装置包括标定板、底座、光源模块、夹持和位移模块、成像模块。所述底座上竖直固定有支架，所述支架上固定多个间隔分布的连接杆。所述光源模块固定于其中一个所述连接杆并提供平行光。所述夹持和位移模块可移动地安装于其中一个所述连接杆，待测透镜和所述标定板均可选择地放置于所述夹持和位移模块。所述成像模块固定于其中一个所述连接杆，所述夹持和位移模块位于所述光源模块和所述成像模块之间，使得打开所述光源模块后，在所述成像模块上分别对待测透镜后焦点和所述标定板成像。

根据本实用新型一实施例，所述夹持和位移模块具有中心开孔的载物台，待测透镜和所述标定板均可选择地放置于所述载物台。

根据本实用新型一实施例，所述夹持和位移模块具有位移台，所述位移台用于移动待测透镜或者所述标定板。

根据本实用新型一实施例，所述位移台为电动位移台或者带有螺旋测微计的手动位移台。

根据本实用新型一实施例，所述光源模块包括相互配合以输出平行光的发光件和准直器，所述发光件为卤钨灯或激光器。

根据本实用新型一实施例，所述光源模块由准直LED光源提供平行光。

根据本实用新型一实施例，所述光源模块的光源为紫外光、红外光或者可见光中的一种。

根据本实用新型一实施例，所述成像模块包括相互配合的CCD相机和显微镜。

根据本实用新型一实施例，所述标定板具有黑白棋盘图样或者黑白线条图样。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本实用新型提供的所述透镜后焦测量装置采用的是非接触式测量方法，解决了传统的显微镜及千分尺测量法这种接触式测量法造成透镜表面易损坏的缺陷。

第二，由于所述透镜后焦测量装置的成像模块其成像位置与成像模块的前表面存在一定工作距离，所以采用本实用新型提供的透镜后焦测量装置可以满足不同规格的后焦透镜的测量要求，解决了CCD测量法中由于CCD摄像机表面有一层防护罩导致透镜后焦较短时无法完成测量的缺陷。

第三，由于所述透镜后焦测量装置是通过测量标定板成像时和透镜后焦成像时对应的所述夹持和位移模块所处两个位置之间的距离，从而计算出透镜后焦，因此所述夹持和位移模块的位置和距离是可以比较方便和直观地测量出来的，例如可以利用螺旋测微计或电动位移台去测量，从而解决了光强计测量法中由于对反射镜和透镜距离较小时无法准确测量距离导致透镜后焦测量不准的问题。

第四，由于采用所述透镜后焦测量装置进行测量操作时是通过对标定板成清晰像的位置来确定待测透镜后表面成清晰像的位置，从而解决了成像测量法中由于透镜透明而无法找到透镜后表面成清晰像位置的缺陷。

第五，由于所述透镜后焦测量装置的成像精度由成像模块的显微物镜放大倍数和移动所述夹持和位移模块的位移精度决定的，不存在影响测量精度的未知因素，解决了光强计测量法中测量精度受限于孔径光阑尺寸的大小和汇聚透镜的聚光能力未知等诸多缺陷的问题。

第六，所述透镜后焦测量装置结构简单，操作便捷，在通过标定板成像从而确定透镜后表面成像位置时，由于该位置取决于成像模块的工作距离，在不改变成像模块的情况下不同透镜后表面成清晰像的位置是相同的，因此该位置确定后，对不同透镜进行透镜后焦的测量时，只需对待测透镜进行成像以确定透镜后焦点成像位置即可。这样解决了干涉仪测量法设备要求高，测试系统昂贵，测试过程繁复的缺陷。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的所述透镜后焦测量装置的结构示意图；

图2A展示了本实用新型实施例提供的所述透镜后焦测量装置在第一种状态下，透镜后表面位于成像模块的工作距离处；

图2B展示了本实用新型实施例提供的所述透镜后焦测量装置在第二种状态下，透镜后焦点位于成像模块工作距离处并可在成像模块上成清晰的像；

图3A和图3B分别展示了标定板不位于成像模块工作距离时所成的模糊像和位于工作距离时所成的清晰像；

图4A和图4B分别展示了待测透镜后焦点不位于成像模块工作距离时所成的较大较暗光斑和位于工作距离时所成的最小最亮光斑。

具体实施方式

以下描述只用于揭露本实用新型以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本实用新型精神和范围的其他方案。

如图1所示，本实用新型提供一种透镜后焦测量装置，用于测量各种不同透镜的透镜后焦。具体而言，所述透镜后焦测量装置包括标定板10、底座20、光源模块30、夹持和位移模块40、成像模块50。

标定板10用于辅助测量待测透镜后表面成像位置。可选地，标定板10具有黑白棋盘图样或者黑白线条图样，标定板10上的图样对比度越高，整个所述透镜后焦测量装置的精度越高。

底座20对整个所述透镜后焦成像测量装置起到支撑作用。底座20竖直固定有支架21，支架21上固定有多个间隔分布的连接杆22，即连接杆22的数量为多个。可选地，于本实施例中，连接杆22的数量为三个，三个连接杆22相互平行并沿着支架21从上至下依次间隔分布。

光源模块30、夹持和位移模块40、成像模块50三者在垂直方向上依次间隔固定于支架21，其中光源模块30位于整个所述透镜后焦测量装置的顶部。光源模块30固定于其中一个连接杆22并提供平行光。光源模块30的光源为紫外光、红外光或者可见光中的一种。光源的组合方式和波长可以自由选择以满足不同工作波长的透镜测量要求。

可选地，光源模块30包括相互配合以输出平行光的发光件和准直器，发光件为卤钨灯或者激光器。

可选地，于另一实施例中，光源模块30由准直LED光源提供平行光。

夹持和位移模块40可移动地安装于其中一个连接杆，夹持和位移模块40用于水平放置待测透镜或者标定板并可沿着支架21在垂直方向上移动。夹持和位移模块40包括载物台41和位移台42。载物台41中心开孔，开孔大小视待测透镜大小而定，只要能保证待测透镜和标定板10可以水平放置即可。待测透镜和标定板10均可选择地放置并夹持于夹持和位移模块40的载物台41。位移台42用于移动整个所述夹持和位移模块40，从而移动放置于夹持和位移模块40上的待测透镜或者标定板10。载物台41和位移台42垂直连接，即位移台42的移动方向是竖直方向。可选地，位移台42为电动位移台或者带有螺旋测微计的手动位移台，这样可以更加精确地移动所述待测透镜或者标定板10的位置。位移台42精度越高，整个所述透镜后焦测量装置的测量准确性和重复性越好。

成像模块50固定于其中一个连接杆22，所述夹持和位移模块40位于光源模块30和成像模块50之间，使得打开光源模块50后，在成像模块50上分别对待测透镜后焦点和标定板10成像。可选地，成像模块50包括相互配合的相机和显微镜。相机工作波长视待测透镜的工作波长决定，可以满足不同工作波长的透镜后焦测量要求。可选地，相机为CCD相机或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机。显微物镜在保证能对透镜后焦点和标定板10成完整像的前提下应尽量选择放大倍数大的物镜，放大倍数越大，显微物镜的景深越小，景深越小，整个所述透镜后焦测量装置的测量精度越高。

如图2A和图2B所示，所述透镜后焦测量装置的原理如下：由于透镜的成像原理，平行光由透镜前表面入射后会汇聚到透镜的后焦点。由于物像共轭关系，成像模块50只能对位于其前方固定工作距离的物体成清晰像。通过移动所述夹持和位移模块40，改变透镜与成像模块50之间的距离，分别使透镜的后表面和后焦点位于成像模块的工作距离处，此时成像模块50分别对透镜的后表面和后焦点成清晰像，记录两次成清晰像时所述夹持和位移模块40的两个位置，两个位置之间的距离即为透镜后焦。但是由于待测透镜一般是透明的，利用成像模块50对待测透镜后表面进行成像时，无法获得清晰像，从而无法确定透镜后表面成清晰像的位置。为解决该问题，本实用新型采用了带图样的标定板10，将标定板10放置在所述夹持和位移模块40的载物台41上，同样地利用成像模块50对标定板成清晰像，由于成像模块50只对位于其工作距离处的物体成清晰像，并且标定板10相当于是水平放置于和待测透镜后表面成像位置相同的位置上，所以标定板10成清晰像的位置即为待测透镜后表面成清晰像的位置，从而利用标定板10成像位置代替了待测透镜后表面成像位置，解决了成像模块50对透明透镜后表面无法成清晰像的问题。

在测量过程中，首先将标定板10水平放置于所述夹持和位移模块40上，利用成像模块50对标定板10成清晰像，记录此时所述夹持和位移模块40的位置读数；然后先保持所述夹持和位移模块40的位置不变，将标定板10用待测透镜替换后打开光源，再移动所述夹持和位移模块40，利用成像模块50对透镜后焦点成清晰像，记录此时所述夹持和位移模块40的位置读数；最后计算出两个位置之间的距离，该距离即为待测透镜后焦。

所述透镜后焦测量装置的测量方法包括如下步骤：

标定板成像步骤：将标定板10放置在所述夹持和位移模块40，再打开光源模块30，在竖直方向上移动所述夹持和位移模块40以调整标定板10和成像模块50之间的距离，使得标定板10在成像模块50上成像，调节过程中像会有一个从模糊到清晰的变化，调节至成像模块50对标定板10成最清晰像为止，此时标定板10位于成像模块50的工作距离处，记录此时所述夹持和位移模块40的位置，该位置即为透镜后表面成清晰像位置。

透镜成像步骤：将放置在所述夹持和位移模块40上的标定板10替换成待测透镜，即将标定板10从载物台41拿走，再水平放置待测透镜，透镜前表面朝上，打开光源模块30，此时成像模块50会成一个直径较大的光斑，在竖直方向上移动所述夹持和位移模块40以调整待测透镜和成像模块50之间的距离，光斑直径会随着距离的改变而变小或者变大。朝光斑变小的方向移动所述夹持和位移模块40，使得成像模块50上形成的光斑变得最小最亮，记录此时所述夹持和位移模块40的位置。通过这两个测量步骤获得成两个清晰像的位置后即可计算得到待测透镜的后焦。

透镜后焦计算步骤：计算所述夹持和位移模块40在标定板成像步骤和透镜成像步骤中两个位置之间的距离即为透镜后焦。

在测量其它透镜时不必重复测量透镜后表面成清晰像位置，该位置取决于成像模块50的工作距离，在不改变成像模块50的情况下不同透镜后表面成清晰像的位置是相同的，所以该位置确定后，对不同透镜后焦进行测量只要进行透镜成像步骤和透镜后焦计算步骤即可。

本实用新型提供的所述透镜后焦测量装置结构简单，性价比高，测量方法简便，可满足不同工作波长、后焦的透镜后焦测量需求，而且在测量后焦的同时也可以检测透镜是否存在损伤、缺陷、聚光性能不佳等缺点。所述透镜后焦测量装置的性能主要由位移台42精度和成像模块50的显微物镜放大倍数决定，通过选择合适的配件，可以达到优异的测量性能。

本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例，并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本实用新型的实施方式可以有任何变形和修改。

Claims (9)

1.一种透镜后焦测量装置，其特征在于，包括：

标定板；

底座，所述底座上竖直固定有支架，所述支架上固定多个间隔分布的连接杆；

光源模块，固定于其中一个所述连接杆并提供平行光；

夹持和位移模块，可移动地安装于其中一个所述连接杆，待测透镜和所述标定板均可选择地放置于所述夹持和位移模块；

成像模块，固定于其中一个所述连接杆，所述夹持和位移模块位于所述光源模块和所述成像模块之间，使得打开所述光源模块后，在所述成像模块上分别对待测透镜后焦点和所述标定板成像。

2.根据权利要求1所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述夹持和位移模块具有中心开孔的载物台，待测透镜和所述标定板均可选择地放置于所述载物台。

3.根据权利要求1或2任一所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述夹持和位移模块具有位移台，所述位移台用于移动待测透镜或者所述标定板。

4.根据权利要求3所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述位移台为电动位移台或者带有螺旋测微计的手动位移台。

5.根据权利要求1所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述光源模块包括相互配合以输出平行光的发光件和准直器，所述发光件为卤钨灯或激光器。

6.根据权利要求1所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述光源模块由准直LED光源提供平行光。

7.根据权利要求5或6任一所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述光源模块的光源为紫外光、红外光或者可见光中的一种。

8.根据权利要求1所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述成像模块包括相互配合的CCD相机和显微镜。

9.根据权利要求1所述的透镜后焦测量装置，其特征在于，所述标定板具有黑白棋盘图样或者黑白线条图样。

Images