一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置及利用其的測(cè)量方法，屬于光學(xué)鏡片測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]透鏡有三項(xiàng)基本參數(shù):中心厚度、折射率和曲率半徑，在光學(xué)領(lǐng)域中，透鏡中心厚度加工的誤差是影響光學(xué)系統(tǒng)成像的重要因素。
[0003]現(xiàn)有的測(cè)量透鏡中心厚度的方法有接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)煞N。
[0004]接觸式測(cè)量中，一般使用卡尺、測(cè)微器等量具來(lái)測(cè)定透鏡的中心厚度和鏡組的空氣間隔。這種類型的方法一來(lái)測(cè)量速度緩慢且不夠精確，二來(lái)易使被測(cè)透鏡的拋光面或鍍膜面擦傷，致使組裝成儀器后，額外增加了系統(tǒng)的雜散光。
[0005]非接觸式測(cè)量技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很迅速，具有快速、準(zhǔn)確、不損傷等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在也越來(lái)越受到大家的重視和利用，比如專利CN102435146和專利CN203100685就各提出了一種基于共焦法測(cè)量透鏡中心厚度的裝置，所采用的均是非接觸式的測(cè)量。但是在這兩種專利中都需要光進(jìn)入透鏡內(nèi)發(fā)生折射然后通過(guò)反射返回再發(fā)生折射，這就無(wú)可避免的減少了此種測(cè)量方法的精度，同時(shí)在測(cè)量鍍膜鏡片時(shí)也會(huì)存在比較大的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:提供一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置。該裝置是將光源發(fā)出的光通過(guò)耦合進(jìn)入光學(xué)探頭，然后利用共焦原理，光學(xué)探頭I可以接收上表面反射回的光，光學(xué)探頭II接收下表面發(fā)射回的光，然后通過(guò)把數(shù)據(jù)反饋給計(jì)算機(jī)可以得到透鏡的中心厚度。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置，其包括含有光譜儀的控制器、光學(xué)探頭
1、二維移動(dòng)架、透鏡夾具、光學(xué)探頭I1、支架以及計(jì)算機(jī)，所述光學(xué)探頭1、二維移動(dòng)架和光學(xué)探頭II均固定在支架上，所述透鏡夾具裝卡在二維移動(dòng)架上，所述含有光譜儀的控制器通過(guò)光纖分別與光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II相連，所述光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II正對(duì)設(shè)置且兩個(gè)光學(xué)探頭的中心位于同一軸線上，所述二維移動(dòng)架位于兩個(gè)光學(xué)探頭之間，且二維移動(dòng)架與兩個(gè)光學(xué)探頭的中心軸線相垂直，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與含有光譜儀的控制器相連接用以接收數(shù)據(jù)。
[0008]利用上述透鏡中心厚度測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，具體步驟為:首先用已知厚度為d的平板進(jìn)行標(biāo)定；然后在透鏡夾具內(nèi)放入被測(cè)透鏡，使其與光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II同光軸，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制二維移動(dòng)架移動(dòng)，測(cè)量出被測(cè)透鏡某一行厚度的最大/小值，系統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)架的移動(dòng)回到這一行厚度極值點(diǎn)上，通過(guò)這一點(diǎn)做垂直于這一行的透鏡厚度列掃描，測(cè)量出這一列的最大/小值，這個(gè)極值點(diǎn)就是測(cè)量透鏡的中心點(diǎn)，所以所測(cè)厚度也為中心厚度；在光學(xué)探頭I處于工作狀態(tài)，這時(shí)候計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)反饋的波長(zhǎng)記錄下共焦響應(yīng)信號(hào)移動(dòng)的位移Zl ;在光學(xué)探頭II處于工作狀態(tài)，這時(shí)候計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)反饋的波長(zhǎng)記錄下共焦響應(yīng)信號(hào)移動(dòng)的位移Z2 ;最后通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算顯示透鏡中心厚度D=d+Zl+Z2。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1、每個(gè)光學(xué)探頭只需探測(cè)返回波長(zhǎng)的第一峰，解決了在鏡片鍍膜情況下需要辨認(rèn)假峰存在的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍍膜鏡片進(jìn)行厚度的測(cè)量；
2、利用了兩個(gè)光學(xué)探頭，減去了因光進(jìn)入透鏡內(nèi)發(fā)生折射反射等產(chǎn)生的誤差，提高了測(cè)量的精度；
3、這種測(cè)量方法同時(shí)可以用在雙面可反射但不透明的物體的厚度測(cè)量，拓寬了基于共焦法測(cè)量的測(cè)量范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為本發(fā)明的原理圖。
[0012]其中，1、控制器，2、光學(xué)探頭I，3、二維移動(dòng)架，4、透鏡夾具，5、光學(xué)探頭II，6、支架，7、計(jì)算機(jī)，8、光纖，9、數(shù)據(jù)線。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置，其包括含有光譜儀的控制器1、光學(xué)探頭I 2、二維移動(dòng)架3、透鏡夾具4、光學(xué)探頭II 5、支架6以及計(jì)算機(jī)7，光學(xué)探頭I 2、二維移動(dòng)架3和光學(xué)探頭II 5均固定在支架6上，透鏡夾具4裝卡在二維移動(dòng)架3上，含有光譜儀的控制器I通過(guò)光纖8分別與光學(xué)探頭I 2和光學(xué)探頭II 5相連，光學(xué)探頭I 2和光學(xué)探頭II 5正對(duì)設(shè)置且兩個(gè)光學(xué)探頭的中心位于同一軸線上，二維移動(dòng)架3位于兩個(gè)光學(xué)探頭之間，且二維移動(dòng)架3與兩個(gè)光學(xué)探頭的中心軸線相垂直，計(jì)算機(jī)7通過(guò)數(shù)據(jù)線9與含有光譜儀的控制器I相連接用以接收數(shù)據(jù)。
[0014]具體測(cè)量時(shí)，開(kāi)啟光源，先用已知厚度為d的平板進(jìn)行標(biāo)定；然后在透鏡夾具內(nèi)放入被測(cè)透鏡，使其與光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II同光軸，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制二維移動(dòng)架移動(dòng)，測(cè)量出被測(cè)透鏡某一行厚度的最大/小值，系統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)架的移動(dòng)回到這一行厚度極值點(diǎn)上，通過(guò)這一點(diǎn)做垂直于這一行的透鏡厚度列掃描，測(cè)量出這一列的最大/小值，這個(gè)極值點(diǎn)就是測(cè)量透鏡的中心點(diǎn)，所以所測(cè)厚度也為中心厚度；在光學(xué)探頭I處于工作狀態(tài)，這時(shí)候計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)反饋的波長(zhǎng)記錄下共焦響應(yīng)信號(hào)移動(dòng)的位移Zl ;在光學(xué)探頭II處于工作狀態(tài)，這時(shí)候計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)反饋的波長(zhǎng)記錄下共焦響應(yīng)信號(hào)移動(dòng)的位移Z2 ;最后通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算顯示透鏡中心厚度D=d+Zl+Z2。
[0015]本發(fā)明的原理是:如圖2所示，根據(jù)共焦法原理，當(dāng)被測(cè)透鏡置于測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，從光源發(fā)出的探測(cè)光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦到被測(cè)透鏡上，如果物體恰好在某波長(zhǎng)會(huì)聚的焦點(diǎn)上，則該波長(zhǎng)的光在透鏡表面發(fā)生反射，反射的光通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚到光纖探頭。反射回來(lái)的光通過(guò)光纖傳輸給含有光譜儀的控制器，進(jìn)行光譜分析再將所得數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理最終確定被測(cè)透鏡厚度。圖2中的分光系統(tǒng)即為光譜儀和計(jì)算機(jī)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于:包括含有光譜儀的控制器、光學(xué)探頭1、二維移動(dòng)架、透鏡夾具、光學(xué)探頭I1、支架以及計(jì)算機(jī)，所述光學(xué)探頭1、二維移動(dòng)架和光學(xué)探頭II均固定在支架上，所述透鏡夾具裝卡在二維移動(dòng)架上，所述含有光譜儀的控制器通過(guò)光纖分別與光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II相連，所述光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II正對(duì)設(shè)置且兩個(gè)光學(xué)探頭的中心位于同一軸線上，所述二維移動(dòng)架位于兩個(gè)光學(xué)探頭之間，且二維移動(dòng)架與兩個(gè)光學(xué)探頭的中心軸線相垂直，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與含有光譜儀的控制器相連接，用以接收數(shù)據(jù)。
2.利用權(quán)利要求1所述的透鏡中心厚度測(cè)量裝置進(jìn)行的測(cè)量的方法，其特征在于:測(cè)量步驟為:首先用已知厚度為d的平板進(jìn)行標(biāo)定；然后在透鏡夾具內(nèi)放入被測(cè)透鏡，使其與光學(xué)探頭I和光學(xué)探頭II同光軸，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制二維移動(dòng)架移動(dòng)，測(cè)量出被測(cè)透鏡某一行厚度的最大/小值，光學(xué)測(cè)量點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)架的移動(dòng)回到這一行厚度極值點(diǎn)上，通過(guò)這一點(diǎn)做垂直于這一行的透鏡厚度列掃描，測(cè)量出這一列的最大/小值，這個(gè)極值點(diǎn)就是測(cè)量透鏡的中心點(diǎn)，所以所測(cè)厚度也為中心厚度；在光學(xué)探頭I處于工作狀態(tài)，這時(shí)候計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)反饋的波長(zhǎng)記錄下共焦響應(yīng)信號(hào)移動(dòng)的位移Zl ;在光學(xué)探頭II處于工作狀態(tài)，這時(shí)候計(jì)算機(jī)會(huì)通過(guò)反饋的波長(zhǎng)記錄下共焦響應(yīng)信號(hào)移動(dòng)的位移Z2 ;最后通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算顯示透鏡中心厚度D=d+Zl+Z2。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于雙面共焦的透鏡中心厚度測(cè)量裝置，其特征在于：包括含有光譜儀的控制器、光學(xué)探頭Ⅰ、二維移動(dòng)架、透鏡夾具、光學(xué)探頭Ⅱ、支架以及計(jì)算機(jī)，所述光學(xué)探頭Ⅰ、二維移動(dòng)架和光學(xué)探頭Ⅱ均固定在支架上，所述透鏡夾具裝卡在二維移動(dòng)架上，所述控制器通過(guò)光纖分別與光學(xué)探頭Ⅰ和光學(xué)探頭Ⅱ相連，所述二維移動(dòng)架位于兩個(gè)光學(xué)探頭之間，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與含有光譜儀的控制器相連接。本發(fā)明的有益效果是：1、每個(gè)光學(xué)探頭只需探測(cè)返回波長(zhǎng)的第一峰，解決了在鏡片鍍膜情況下需要辨認(rèn)假峰存在的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍍膜鏡片進(jìn)行厚度的測(cè)量；2、利用了兩個(gè)光學(xué)探頭，減去了因光進(jìn)入透鏡內(nèi)發(fā)生折射反射等產(chǎn)生的誤差，提高了測(cè)量的精度；3、可以用在雙面可反射但不透明的物體的厚度測(cè)量，拓寬了基于共焦法測(cè)量的測(cè)量范圍。
【IPC分類】G01B11-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104613881
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510071930
【發(fā)明人】姚紅兵, 李麗淋, 吳迪富, 孫玉娟, 單國(guó)云, 吳廣劍, 薛海燕
【申請(qǐng)人】江蘇宇迪光學(xué)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日