[发明专利]一种焦点位置检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学实验及光学加工技术领域，具体涉及一种焦点位置检测装置及其检测方法。

背景技术

在光学实验以及光学加工中，经常需要将某些光学元件精确调整到正光焦度的透镜或系统的会聚点或焦点上，因此首先要确定透镜或系统的会聚点或焦点的位置。通常确定透镜或系统的会聚点或焦点位置的方法有三种，其一是根据透镜或系统的焦距，焦距值通常为已知量，但仍然不知道其主平面或主点的位置，而把透镜或系统当成薄透镜处理，然后用量器测出焦点的位置；其二是在透镜或系统后面放置一个白屏或毛玻璃等，人眼观察白屏或毛玻璃上会聚光斑的大小，当会聚光斑最小时可认为白屏或毛玻璃所在的位置为会聚点或焦点的位置，但由于此时光斑很亮，人眼无法判断出会聚点或焦点的准确位置；其三是利用毛玻璃与光屏检测，依据激光的散斑现象，但毛玻璃与光屏没有固定支架支撑，手持时产生摇晃，而无法准确记录位置。以上三种简易的方法能都能得出会聚点或焦点的位置，但是误差比较大，准确程度不高。

对焦点定位精度较高的装置和方法也很多，如奥林巴斯映像株式会社申请的专利号为200810190526.5的专利，其包括图像传感器，具有多个电荷蓄积型的光电转换元件列，产生与蓄积电荷对应的模拟信号；其有A/D转换器等电子器件。这类光电检测仪器虽然能达到较高的检测精度，但操作繁杂，成本极高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简单，成本低，且准确性高的焦点位置检测装置及其检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

所述焦点位置检测装置，包括基座，在所述基座上设有用于产生激光光束的光束发生器；

在所述基座上位于光束发生器的一侧设有用于固定接收激光光束的透镜或光学系统的透镜夹持器；

在所述基座上沿透镜或光学系统光轴方向依次设有用于产生激光散斑效应的毛玻璃、用于产生散光散斑颗粒的半透明漫反射屏及用于摄取半透明漫反射屏上的散斑颗粒的成像单元；

所述毛玻璃、半透明漫反射屏及成像单元底端连接于滑块上，所述滑块一端连接有步进电机，所述步进电机连接有数据处理单元，所述滑块在步进电机控制下在所述基座上沿透镜或光学系统光轴方向相对移动；

所述成像单元与所述数据处理单元连接。

所述光束发生器，由发出激光光束的激光器及对激光光束进行扩束的扩束镜构成。

所述透镜夹持器，由支架、固定筒及压接筒构成，所述支架底端连接在所述基座上，所述支架顶端为筒状固定架；在固定架的一端上具有一基准平面，该基准平面上设有凸起的基准点，该基准点与透镜一侧表面中心相接触；所述固定筒外表面与所述固定架内壁螺纹连接；所述压接筒外表面与所述固定筒内壁螺纹连接，且所述压接筒一端压在所述透镜的另一侧表面边缘上。

所述激光器的峰值波长为可见光。

所述扩束镜为开普勒型扩束镜或加利略型扩束镜。

所述成像单元包括成像镜头及光电探测器件。

所述半透明漫反射屏可见光透过率大于5％。

在所述基座上设有供所述滑块移动的导轨，所述导轨工作距离大于10mm。

所述步进电机通过丝杆传动控制滑块移动。

所述焦点位置检测装置的检测方法，包括以下步骤；

(1)首先利用透镜夹持器固定好透镜，再打开激光器及扩束镜；

(2)由数据处理单元控制步进电机，步进电机再控制滑块在基座的导轨上移动，成像单元摄取半透明漫反射屏上的散斑颗粒，并将图像信息反馈给数据处理单元；

(3)在滑块沿导轨移动一个行程后，数据处理单元根据成像单元反馈的信息直接计算出半透明漫反射屏上散斑颗粒最大的图像的相对位置信息，再计算出透镜正对毛玻璃一面中心到与透镜相对的毛玻璃一侧表面间的距离，毛玻璃所在位置即为透镜或光学系统的焦点位置；最后数据处理单元将距离参数输出到监视器上。

所述焦点位置检测装置及其检测方法，采用的技术方案，具有以下优点：

首先，所述焦点位置检测装置及其检测方法，充分利用激光散斑的特性，通过数据处理单元计算得出透镜或光学系统的焦点位置，本发明不仅检测速度快，且准确性高；

其次，所述焦点位置检测装置，采用的元器件，激光器、扩束镜、毛玻璃及半透明漫反射屏等，结构简单，易于安装，成本低；

最后，所述焦点位置检测方法，利用所述焦点位置检测装置来实现，不仅操作简单，且准确性高，应该广泛，易于市场化。

附图说明