一种用于光学低相干间距测量的调焦装置
阅读说明：本技术 一种用于光学低相干间距测量的调焦装置 (Focusing device for optical low coherence interval measurement ) 是由 邢利娜 何益 高峰 张欣 史国华 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于光学低相干间距测量的调焦装置,该装置通过驱动组件驱动转动组件,通过导向结构带动可动筒及胶合透镜运动进行焦距调节。本发明还涉及一种调焦镜头。通过脉冲型的步进电机输入脉冲的数量来控制胶合透镜的运动距离,镜头的焦距可以大范围调整,便于在光学低相干间距测量时将测量光聚焦于待测样品的光学面附近。采用标准的光纤接头,以满足在不同的光纤系统中替换使用,提高利用率。该装置实现将点光源准直或者聚焦,具有结构简单,易于装配调整,调整分辨率高的优点。(The invention provides a focusing device for measuring an optical low-coherence interval. The invention also relates to a focusing lens. The movement distance of the cemented lens is controlled by the number of pulses input by the pulse type stepping motor, the focal length of the lens can be adjusted in a large range, and the measurement light is conveniently focused near the optical surface of a sample to be measured during optical low-coherence distance measurement. And standard optical fiber connectors are adopted to meet the requirement of replacement in different optical fiber systems, so that the utilization rate is improved. The device realizes the collimation or the focusing of a point light source, and has the advantages of simple structure, easy assembly and adjustment and high adjustment resolution.)
技术领域
本发明涉及光学工程技术领域，尤其涉及一种用于光学低相干间距测量的调焦装置。
背景技术
光学表面间距的测量是精密光学元器件装调集成与像质评价核心支撑手段之一。现阶段，我国光学表面间距测量还有大部分场合采用传统的接触式测量，这种测量方式不仅容易破坏精密镜片的表面，并且只能实现单独镜片的测量，无法实现整个系统测量。采用光学低相干测量技术，可以很好的解决这两个问题。利用光学低相干技术实现测试时，首先需要将从光源出来的点光源经光纤准直器进行准直。
但是传统的商业光纤准直器存在可调焦距范围小，色散大的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于光学低相干间距测量的调焦装置。本发明通过电机来控制可动筒与胶合透镜的运动距离，镜头的焦距可以大范围的调增，保证光束的焦点运动到需要的位置。
本发明提供一种用于光学低相干间距测量的调焦装置，包括调焦本体，所述调焦本体包括驱动组件、传动组件、镜筒、导向结构以及套筒，所述驱动组件用于驱动所述传动组件带动所述套筒转动，所述套筒安装于所述镜筒的外壁；
所述镜筒内安装有可动筒，所述导向结构的一端固定安装于所述可动筒上；所述导向结构的另一端连接所述镜筒与套筒；
所述驱动组件驱动所述传动组件带动所述套筒转动，所述导向结构在所述套筒的驱动下带动所述可动筒及其内部的胶合透镜沿所述镜筒的轴线方向运动，以调节焦距。
优选地，所述导向结构包括螺旋槽、第一通槽以及导向柱，所述螺旋槽位于所述套筒的筒壁上，所述第一通槽位于所述镜筒的筒壁上且沿其轴线方向延伸，所述导向柱的一端固定安装于所述可动筒，所述导向柱的另一端穿过所述第一通槽并沿所述螺旋槽运动。
优选地，所述传动组件包括第一齿轮与第二齿轮，所述第一齿轮固定安装于所述驱动组件上，所述第一齿轮啮合所述第二齿轮；所述第二齿轮与所述套筒固定连接；
所述第二齿轮的内壁包括若干个凸起，所述套筒上包括与所述若干个凸起相匹配的凹槽；
所述驱动组件驱动所述第一齿轮，所述第一齿轮带动所述第二齿轮转动，所述第二齿轮带动所述套筒转动，所述导向柱在所述套筒的驱动下进行运动以使得所述可动筒连带胶合透镜一起沿所述第一通槽运动。
优选地，所述驱动组件为具有零位复位功能的脉冲步进电机，通过设定所述脉冲步进电机的脉冲数量来控制所述可动筒的运动距离。
优选地，所述调焦本体还包括光纤固定筒与光纤接头，所述光纤固定筒与所述镜筒固定连接，通过所述光纤接头将光纤固定于所述光纤固定筒内。
优选地，所述镜筒包括第一镜筒与第二镜筒，所述第一镜筒与第二镜筒一体成型，所述可动筒安装于所述第一镜筒内，所述第一镜筒靠近所述第二齿轮，所述可动筒在所述第一镜筒内运动；若干个胶合透镜固定安装于所述第二镜筒内，所述第二镜筒靠近所述光纤接头。
优选地，所述调焦本体还包括镜头固定座、固定座上盖和底座，所述镜头固定座固定安装于所述底座上，所述镜头固定座包括与所述镜筒的外壁相匹配的缺口，所述镜筒通过所述固定座上盖固定安装于所述镜头固定座上；所述固定座上盖包括卡合部与固定部，所述卡合部用于匹配所述镜筒的外壁，所述固定部用于将所述镜筒固定于所述镜头固定座上。
优选地，所述调焦本体还包括电机座与修整垫，所述电机座将所述电机固定于所述底座上，所述修整垫与所述电机座连接，所述修整垫用于补偿所述第一齿轮与第二齿轮的啮合精度。
优选地，所述镜筒或可动筒内包括若干螺纹压圈或隔圈，所述若干螺纹压圈或隔圈用于将若干胶合透镜固定于所述镜筒或可动筒内。
一种调焦镜头，包括一种用于光学低相干间距测量的调焦装置所述的调焦本体。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明公开了一种用于光学低相干间距测量的调焦装置，该装置通过脉冲步进电机驱动齿轮转动，通过导向柱带动可动筒及胶合透镜运动进行焦距调节。通过脉冲型的步进电机输入脉冲的数量来控制胶合透镜的运动距离，镜头的焦距可以大范围调整，便于在光学低相干间距测量时将测量光聚焦于待测样品的光学面附近。采用标准的光纤接头，可以满足在不同的光纤系统中替换使用，提高利用率。该装置实现将点光源准直或者聚焦，具有结构简单，易于装配调整，调整分辨率高的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的
具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的立体图；
图2为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的剖视图；
图3为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的镜头的侧视图；
图4为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的侧视图；
图5为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的固定座上盖的立体图；
图6为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的套筒的立体图；
图7为本发明的一种用于光学低相干间距测量的调焦装置的镜筒的立体图；
图8a为应用本发明的调焦镜组焦距为200mm的第一光路结构图；
图8b为应用本发明的调焦镜组焦距为500mm的第二光路结构图；
图8c为应用本发明的调焦镜组焦距为1000mm的第二光路结构图；
图8d为应用本发明的调焦镜组焦距为无穷大的第四光路结构图；
附图标记：
100、调焦本体，101、电机，102、第一齿轮，103、第二齿轮，1031、齿轮压圈，1032、凸起，104、导向柱，105、套筒，1051、螺旋槽，1052、凹槽，106、镜筒，1061、第一镜筒，1062、第二镜筒，1063、第一通槽，1064、镜筒隔离件，107、底座，108、光纤固定筒，109、光纤接头，1101、镜头固定座，1102、固定座上盖，1103、固定部，1104、卡合部，111、修整垫，112、电机座，1131、第一胶合透镜，1132、第二胶合透镜，1133、第三胶合透镜，114、可动筒，117、隔圈，118、内六角螺钉，119、200mm调焦光路，120、500mm调焦光路，121、1000mm调焦光路，122、无穷大调焦光路。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种用于光学低相干间距测量的调焦装置，如图1-7所示，包括调焦本体100，调焦本体100包括驱动组件、传动组件、镜筒106、导向结构以及套筒105，驱动组件用于驱动传动组件带动套筒105转动，套筒105安装于镜筒106的外壁；镜筒106内安装有可动筒114，导向结构的一端固定安装于可动筒114上；导向结构的另一端连接镜筒106与套筒105；驱动组件驱动传动组件带动套筒105转动，导向结构在套筒105的驱动下带动可动筒114及其内部的胶合透镜沿镜筒106的轴线方向运动，以调节焦距。在一个实施例中，驱动组件优选为电机101，传动组件优选为齿轮传动，当然驱动组件与传动组件并不限于电机与齿轮传动。镜筒106内固定安装有若干胶合透镜，通过改变胶合透镜之间的距离来进行调焦。优选地，本实施例中包括三组胶合透镜，每组胶合透镜包括两片透镜，两片透镜通过胶粘起来，两片透镜的组合达到很好的消色差效果。可动筒114内固定安装第一胶合透镜1131，镜筒106内的另一端即下文中涉及的第二镜筒1062内安装两组胶合透镜即第二胶合透镜1132和第三胶合透镜1133，通过可动筒114内的胶合透镜的运动来进行调焦，镜头的焦距可以大范围调整，保证光束的焦点运动到需要的位置。另外，三组胶合透镜的两侧通过压圈或隔圈117来固定其位置，避免发生运动，第二胶合透镜1132与第三胶合透镜1133之间包括隔圈117。在本实施例中，通过驱动组件驱动传动组件带动镜筒106，镜筒106驱动导向结构带动可动筒114运动以使得胶合透镜之间的距离发生改变。
在一个实施例中，导向结构包括螺旋槽1051、第一通槽1063以及导向柱104，螺旋槽104位于套筒105的筒壁上，第一通槽1063位于镜筒106的筒壁上且沿其轴线方向延伸，导向柱104的一端固定安装于可动筒114，导向柱104的另一端穿过第一通槽106并沿螺旋槽1051运动。在本实施例中，当电机101带动齿轮转动，齿轮带动套筒105转动时，套筒105带动导向柱104沿螺旋槽1051运动的同时沿镜筒106的第一通槽1063运动，以带动可动筒114及其内部的胶合透镜一起沿第一通槽1063运动。通过对电机101进行调整以控制胶合透镜的运动距离，镜头的焦距可以大范围调整，保证光束的焦点运动到需要的位置。
具体地，第一通槽1063在镜筒106壁上形成的路径与镜筒106的轴线平行。镜筒106上的第一通槽1063为圆角矩形状，圆角矩形的长边与镜筒106的轴线平行，即可动筒114沿镜筒106的轴线方向运动。可动筒114上包括通孔，通孔为螺纹孔，导向柱104的一端外表面有与螺纹孔相匹配的螺纹，导向柱104通过螺纹固定于可动筒114上。固定在通孔内的部分导向柱104的直径小于其他部分的导向柱104的直径，便于导向柱104固定于可动筒114上，避免使用过程中发生松动。
在一个实施例中，调焦本体100包括电机101、第一齿轮102、第二齿轮103、镜筒106、胶合透镜组和导向柱104，第一齿轮103安装于电机101上，第一齿轮102啮合第二齿轮103；第二齿轮103的内壁包括若干个凸起1032，第二齿轮103与镜筒106之间包括套筒105，套筒105上包括与若干个凸起1032相匹配的凹槽1052以及螺旋槽1051；镜筒106的内部安装有可动筒114，可动筒114的外壁包括通孔(图中未显示)，通孔匹配导向柱104；镜筒106的外壁包括第一通槽1063，导向柱104的一端固定安装于可动筒114的通孔内并穿过第一通槽1063，导向柱104的另一端穿过并凸出于螺旋槽1051；胶合透镜组包括若干个胶合透镜，可动筒内部固定安装有第一胶合透镜1131。
电机101驱动第一齿轮102，第一齿轮102带动第二齿轮103转动，第二齿轮103带动套筒105转动，导向柱104在套筒105的驱动下进行运动以使得可动筒114连带胶合透镜一起沿第一通槽1063运动。在一个实施例中，调焦本体100包括镜头与电机101，镜头包括镜筒106、胶合透镜组、光纤接头109、光纤固定筒108和导向柱104。电机101与电机座112、镜头固定座1101与底座107、镜头固定座1101与固定座上盖1102、光纤固定筒108与镜筒106之间的都通过若干个内六角螺钉118进行固定。第二齿轮103的直径大于第一齿轮102的直径，第二齿轮103的内壁上的若干个凸起1032与套筒上的凹槽1052过盈配合，使得第二齿轮103转动的时候带动套筒105一起转动；第二齿轮103的外侧安装有齿轮压圈1031。导向柱104将套筒105、镜筒106和可动筒114进行连接，
在一个实施例中，电机101为具有零位复位功能的脉冲步进电机，通过设定脉冲步进电机101的脉冲数量来控制第一胶合透镜1131的运动距离。在本实施例中，步进电机101是脉冲型的，例如，优选地步进电机可实现10000脉冲转一圈，电机轴上小齿轮即第一齿轮102的齿数为21个与镜头上大齿轮即第二齿轮103的齿数为32个，镜头的套筒的加工螺旋槽1051的螺距优选为7mm，即每个脉冲对应的胶合镜运动距离为7/32*21/10000＝0.00046mm。本例中的脉冲步进电机为东方马达的步进电机，可实现零度复位设置1000/10000脉冲两个档位。本实施例中的第一齿轮102与第二齿轮103的齿数、螺旋槽1051的螺距可根据需要进行设定，易于装配调整。
在一个实施例中，调焦本体100还包括光纤固定筒108与光纤接头109，光纤固定筒108与镜筒106固定连接，通过光纤接头109将光纤固定于光纤固定筒108内。在本实施例中，光纤通过光纤接头109固定在光纤固定筒108内，光纤固定筒108与镜筒106过度配合，在调整好光纤位置后通过紧钉螺钉将其固定。采用标准的光纤接头，可以满足在不同的光纤系统中替换使用，提高利用率。
在一个实施例中，镜筒106包括第一镜筒1061与第二镜筒1062，第一镜筒1061与第二镜筒1062一体成型，可动筒114安装于第一镜筒1061内，第一镜筒1061靠近第二齿轮103，可动筒114在第一镜筒1061内运动；若干个胶合透镜固定安装于第二镜筒内，第二镜筒1062靠近光纤接头109。本实施例中，通过镜筒隔离件1064将镜筒106分成第一镜筒1061与第二镜筒1062，镜筒隔离件1064、第一镜筒1061和第二镜筒1062一体成型，可动筒114安装于第一镜筒1061的内部，可动筒114通过导向柱104带动其运动，可动筒114被镜筒隔离件1064及导向柱104限制只能在第一镜筒1061内运动。若干个胶合透镜固定安装于第二镜筒1062内，第二镜筒1062接近光纤接头109。优选地，
在一个实施例中，调焦本体100还包括镜头固定座1101、固定座上盖1102和底座107，镜头固定座1101固定安装于底座107上，镜头固定座1101包括与镜筒106的外壁相匹配的缺口，镜筒106通过镜头固定座1101上盖固定安装于镜头固定座1101上；固定座上盖包括卡合部1104与固定部1103，卡合部1104用于匹配镜筒106的外壁，固定部1103用于将镜筒106固定于镜头固定座1101上。调焦本体100还包括电机座112与修整垫111，电机座112将电机101固定于底座107上，修整垫111与电机座112连接，修整垫111用于调节第一齿轮102与第二齿轮103的啮合精度。在本实施例中，电机101通过电机座112固定于底座107上，底座107上包括若干个固定孔，固定孔用于将调焦本体100与其他设备进行固定连接。电机座112还固定连接有修整垫111，修整垫111通过调节其高度以提高第一齿轮102与第二齿轮103的啮合精度。如图5所示，镜头固定座1101固定于底座107上，镜头放置于镜头固定座1101上并通过固定座上盖1102进行固定，固定座上盖1102包括卡合部1104和固定部1103，卡合部1104镜头外壁相匹配，卡合部1104与固定部1103一体成型，固定部1103通过内六角螺钉与固定座进行固定。
一般地，套筒105、镜筒106、压圈、隔圈117和底座107的材料为硬铝合金，导向柱104的材料为马氏不锈钢。
光路说明，如图8a-8d所示：
为了更好地收集待测样品各光学面的反射光信号，间距测量系统设计了一组调焦模组。在对待测样品进行测量前，根据待测样品的设计参数控制调焦模组的调焦量，使测量光聚焦于待测样品最后一个光学面附近。调焦模组光学主要设计参数包括：设计波长为1.21μm～1.41μm和0.65μm，调焦范围为200mm～∞。调焦镜头由三组双胶合透镜组成，设计覆盖两个波段，即1.21μm～1.41μm和0.65μm，可见指示光源为0.65μm的LD光源。第一光路8a为调焦距离为200mm,第二光路8b为调焦距离为500mm,第三光路8c为调焦距离为1000mm,第四光路8d为调焦距离为无穷大。
本发明公开了一种用于光学低相干间距测量的调焦装置，该装置通过脉冲步进电机驱动齿轮转动，通过导向柱带动可动筒及胶合透镜运动进行焦距调节。通过脉冲型的步进电机输入脉冲的数量来控制胶合透镜的运动距离，镜头的焦距可以大范围调整，便于在光学低相干间距测量时将测量光聚焦于待测样品的光学面附近。采用标准的光纤接头，可以满足在不同的光纤系统中替换使用，提高利用率。该装置实现将点光源准直或者聚焦，具有结构简单，易于装配调整，调整分辨率高的优点。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。