[发明专利]用凸透镜产生平行光的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学调整装置以及光源发生装置，尤其是一种用三维调节机构调整光学接收装置以获取凸透镜焦点的空间位置，并以此来产生平行光源的装置。

背景技术

目前，平行光在光学检测仪器上的应用非常广泛，比如用于测量透镜的焦距、透射率、镜片的光学质量等参数，这些场合大多是依靠平行光管或者准直镜之类的光学发生装置来产生平行光。而根据光学基本原理可知，在凸透镜的焦点位置处，利用点光源就可以透过透镜产生一束平行光，因此如何自动确定透镜的焦点（该焦点是空间中确定的某一点三维位置）是一个技术难点。

现有技术的检测装置一般只能确定焦平面位置或者焦点的大致位置。大部分透镜焦距检测装置往往依赖人工观察和手工调整，根据玻罗板成像数据从而计算出焦距，但是这种检测装置操作麻烦，效率低下，而且很大程度上依赖操作人员的经验，产生的误差较大。如中国专利号为200920227939.6、名称为“一种自动化焦距检测仪”涉及的检测仪，包括平行光管、透镜夹持器、直线运动单元以及一套检测控制处理系统，将透镜夹持器安装在直线运动单元上，平行光管、透镜夹持器和检测系统装置都沿着同一水平轴线安装在支撑平台上。检测时将待检测的透镜装在透镜夹持器上，平行光管的图像通过透镜后在CCD镜头上成像，通过采集的CCD图像信息，计算机自动判断焦面，然后驱动电机控制直线运动单元前后移动，使平行光管的图像清晰地显示在CCD镜头上，即可自动计算出透镜的焦距。这种焦距检测仪存在以下缺点：（1）利用空间的维数少，测定的焦距也只是在线上确定一点的位置，仅在一维的直线上进行调节，调节局限性大；（2）仅能初步确定出焦距的位置，却不能找到焦点在空间内的准确位置，为平行光的产生带来的是不确定性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足而提出一种用凸透镜产生平行光的装置和方法，利用计算机检测系统在空间内自动寻找到焦点的三维位置，增加焦点检测精度，降低操作复杂度，提高效率。 

 本发明所述用凸透镜产生平行光的装置采用的技术方案是：包括位于平行光管和光学接收系统之间的凸透镜，凸透镜的中心轴、平行光管出射的平行光光轴和光学接收系统接收的平行光光轴三者共线，光学接收系统包括x轴移动机构、y轴移动机构、z轴移动机构、CCD摄像机镜头和光学控制系统，所述移动机构可使CCD摄像机镜头分别沿x、y、z轴方向上移动；CCD摄像机镜头连接光学控制系统，光学控制系统连接计算机控制系统。

本发明所述用凸透镜产生平行光的装置的方法采用的技术方案是：

1） 由平行光管产生一束标准平行光线射到凸透镜，经凸透镜折射汇聚到CCD摄像机镜头上，CCD摄像机镜头采集光斑的图像信息并通过光学控制系统传递给计算机控制系统，计算机控制系统控制x轴移动机构动作，沿光轴方向调整CCD摄像机镜头接收面与凸透镜之间的距离，

2）计算机控制系统判断CCD摄像机镜头所采集的光斑，如果光斑最小，控制y轴、z轴移动机构动作，调整CCD摄像机接收面的中心位置与光斑的中心位置相重合，如果光斑不是最小，继续沿光轴方向调整CCD摄像机镜头接收面与凸透镜之间的距离，直到所接收的光斑最小时，对最小光斑的图像信息进行计算，得出CCD摄像机镜头接收面的中心到光斑的中心的直线距离和得出y轴、z轴方向的投影距离，根据所述投影距离分别在y轴、z轴方向上调整CCD摄像机镜头，使CCD摄像机镜头接收面的中心位置与光斑的中心位置相重合，重合处即凸透镜的焦点位置；

3） 将点光源固定在凸透镜的焦点位置处，透过凸透镜折射即产生一束平行光。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明采用三维光学调整装置，利用计算机检测系统在线控制，自动寻找平行光透过凸透镜会聚的焦点空间位置，自动获取凸透镜的焦平面和寻求到焦点的空间位置，在检测的焦点空间位置上放置点光源，利用几何光学原理产生平行光，透镜焦点测量的精度高，减少人工操作，提高工作效率。装置体积小，布局合理，操作方便， 可方便集成到检测仪器中或者用于仪器产生平行光，适应仪器装置发展智能化、自动化、小型化的要求。

2、本发明使用替换法，用大体积的准直镜寻找焦距的三维方法来实现小体积的凸透镜产生平行光，不再依靠人工操作，而是利用计算机控制系统使操作更加简便，保证焦点位置判断的一致性，提高测量的准确性。  

3、本发明中的光学接收系统，CCD阵列捕获焦点信息，调整焦点聚集到镜头图像坐标中心，以CCD像素为间距，焦点定位精度高。