CN102735188B - 一种测量球面曲率半径的方法 - Google Patents
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Abstract
一种测量球面曲率半径的方法，该方法中，与显微物镜（3）同轴设置、距离被测球面（4）定点L、L可独立轴向变化、尺寸为a的标准物（2），被载物平台（5）上的被检测球面反射成尺寸为b的像（6），继而被显微***显微放大为尺寸为c的像（7），进而被设置于显微目镜（1）上的CCD摄像机采集并存入计算机。被测球面曲率半径r可用上述参数a、c、L的函数表示。直接测量a、L，利用计算机软件测量c，可测量出被测球面曲率半径r。标准物优选为环状叉丝或环状发光物，其尺寸可根据需要配备多组。显微物镜放大倍率优选为连续可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于测量球面曲率半径的方法，属于光电检测的技术领域。
背景技术
球面曲率半径测量具有非常重要的意义，是光学类透镜加工、检测和装配过程中的一个重要参数，快速、准确地测量一直是光学领域的一个难点。接触式的测量易于实现，但测量速度较慢且会造成曲面表面的损伤，且无法测量液体类曲面；非接触的光学方法如干涉测量较复杂，对***调整要求较高，且易受环境干扰影响。光电自准直仪采用电子目镜的瞄准方式，但需高精度的传感器，成本较高。
本发明的目的是提出一种简单、低成本、非接触的球面曲率半径检测的方法，可快速、准确检测各种球面、平面甚至非球面曲率半径，同时易实现在线检测，还可快速测量出多层球面的曲率半径。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于：提出一种测量球面曲率半径的方法，用于解决现有球面曲率半径检测手段复杂及多层球面曲率半径不能检测等问题，使其检测成本低，检测容易。
技术方案：本发明的测量球面曲率半径的方法采用显微拍摄***和设置于该***显微物镜附近的标准参照物及载物平台上的被测球面；所述标准参照物与显微物镜同轴设置，标准参照物距离被测球面顶点的距离为L，L可独立轴向变化，尺寸为a；
标准参照物被被检测球面反射成尺寸为b的像，继而被显微***显微放大为尺寸为c的像，进而被设置于显微目镜上的CCD摄像机采集并存入计算机，被测球面曲率半径r用上述参数a、c、L的函数表示， ；直接测量a、L，利用计算机软件测量c，可测量出被测球面曲率半径r，其中显微镜的垂轴放大率是已知的参数。
所述的标准参照物为环状发光物，其尺寸可根据需要配备多组。
所述被测球面为多层透明曲面时，由于各曲面成像的区域不同，通过调整L来测量不同层面的曲率半径。
有益效果：根据以上叙述可知，本发明具有如下特点：
本发明通过“镜面成像-显微拍摄”的技术来测量球面的曲率半径，特别是小曲率半径，具有重要的技术价值。本发明设计的检测方法具有结构简单、制作简单、组装容易、成本低廉等优点。由于不需要复杂的计算使得制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，将在检测领域得到广泛的应用。
创新之处在于：
1） 对一定物距且已知尺寸的标准物所成的像包含了球面曲率半径信息，此像的像距可通过显微拍摄、测量后，可计算而出，根据镜面成像公式可计算被测球面曲率半径。
2） “镜面成像-显微拍摄”经多次成像，特别适合于小曲率半径球面的测量。
3） 由于显微***的焦深短，能测量多层球面的曲率半径。
附图说明
图1 是基于“镜面成像-显微拍摄”方法的测量示意图。图中有：显微目镜1；标准物2；显微物镜3；被测曲面4；载物平台5；镜面反射像6；CCD捕获的像7。
图2是液体透镜结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的测量方法，在显微物镜附近同轴设置的标准物，通过显微镜物镜获得放置于载物平台上的被检测球面反射的图像，被显微目镜上的CCD摄像机拍摄采集，通过数据线送入计算机进行储存。尺寸为a的标准物通过被检测球面反射后，被显微物镜采集到尺寸为b的图像，此图像被显微***放大倍后在CCD上成尺寸为c的图像。设标准物距离被测球面顶点L即为物距，根据球面成像理论，
（1），
、、分别为物距（等于L）、像距和曲率半径。被测球面的垂轴放大率 （2），
显微镜的垂轴放大率 （3）。
通过计算机软件很容易测量c，而显微镜的垂轴放大率又是已经知的，由公式（3）可算出b，进而由公式（2）算出，将和的值代入公式（1）即可算出。对球面成像，标准物优选为一组或多组由发光叉丝或发光点构成的环状发光物。为便于扩大曲率测量范围，标准物可沿轴向滑动即可改变物距，从而改变被测球面镜面成像的尺寸，同时可改变显微***的放大倍率，来调节显微***的视场，使经球面反射的像处在显微***的视场中。
一种测量球面曲率半径的方法采用显微拍摄***和设置于该***显微物镜3附近的标准参照物2及载物平台5上的被测球面4；所述标准参照物2与显微物镜3同轴设置，标准参照物2距离被测球面4顶点的距离为L，L可独立轴向变化，尺寸为a；
标准参照物2被被检测球面反射成尺寸为b的像6，继而被显微***显微放大为尺寸为c的像7，进而被设置于显微目镜上1的CCD摄像机采集并存入计算机，被测球面曲率半径r用上述参数a、c、L的函数表示，；直接测量a、L，利用计算机软件测量c，可测量出被测球面曲率半径r，其中显微镜的垂轴放大率是已知的参数。
实施例1：
检测小液滴的曲率半径。如图1，液滴尺寸在mm量级，环形光源经过液滴表面反射后成一个缩小的像，此像通过显微***放大，而后被CCD摄像机拍摄成图片通过数据线送入计算机储存。根据上述公式（2）、（3）可得，代入公式（1）得。如果把平面上空气环境中的小水珠看成一个透镜，则该液体透镜焦距可计算出： 。
实施例2：
检测液体透镜的焦距。如图2，为双液体透镜结构示意图，图中互不相溶的两种液体即油和水的弯月形接触面就是一个液体透镜。图中有两个平面和一个曲面，利用本方法测量曲面曲率半径时，标准物通过三个面将成三个像，但经曲面成像尺寸较小，使用物镜放大倍数稍大的显微***观察记录，可有效将其余两像排除在视场之外。可使用本案进行焦距的实时动态测量，例如可测量基于电湿效应的液体变焦透镜的加电压变焦曲线。此时由于油和水的折射率较接近，反射光不明显，可使用亮度较高的环形点光源（如环形排布的LED阵列）代替环形叉丝作为标准物。测量有关数据时以环形光源所成像的光学中心为准。
Claims (2)
1.一种测量球面曲率半径的方法，其特征在于该方法采用显微拍摄***和设置于该***显微物镜（3）附近的标准参照物（2）及载物平台（5）上的被测球面（4）；所述标准参照物（2）与显微物镜（3）同轴设置，标准参照物（2）距离被测球面（4）顶点的距离为L，L可独立轴向变化，尺寸为a；
标准参照物（2）被被检测球面反射成尺寸为b的像（6），继而被显微***显微放大为尺寸为c的像（7），进而被设置于显微目镜上（1）的CCD摄像机采集并存入计算机，被测球面曲率半径r用上述参数a、c、L的函数表示，直接测量a、L，利用计算机软件测量c，可测量出被测球面曲率半径r，其中显微镜的垂轴放大率β2是已知的参数；所述的标准参照物（2）为环状发光物，其尺寸可根据需要配备多组。
2.根据权利要求1所述的一种测量球面曲率半径的方法，其特征在于所述被测球面为多层透明曲面时，由于各曲面成像的区域不同，通过调整L来测量不同层面的曲率半径。
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