光学元件视角测量用双刻度盘测量装置及测量方法

1.本发明涉及测量光学元件测量技术领域，尤其涉及光学元件视角测量用双刻度盘测量装置及测量方法。


背景技术：

2.视角是光学元件的一个重要参数，对其进行研究和测量有重要的意义。如人眼看到的是复合影像．即两个影像拼合而成的约180的视野，宝石、单一透镜、透镜组如照相机、空间望远镜系统等光学系统的视角大小也确定其应用领域与价值。
3.对于视角的测量，现有测回法、全组合测角法、多视角位移测量等，这些测量方法有其自身的特点，但是不足之处也比较明显，如测量精度较低或设备成本较高等。这些都在一定程度上限制了其在实际视角测量中的应用。


技术实现要素：

4.一束入射光照射到光学元件上，就会有光线从光学元件中出来，本技术提供一种光学元件视角测量用双刻度盘测量装置，采用双刻度盘测量法进行视角测量。当一束平行光入射到一光学元件上并经过光学元件后，通过测量出射对光线的出射角度和小刻度盘转动角度，并根据其几何关系可计算出该光学元件的视角。
5.本技术通过下述技术方案实现：本技术提供的光学元件视角测量用双刻度盘测量装置，包括：支撑架；大刻度盘，与支撑架连接；小刻度盘，与支撑架连接并可相对于所述支撑架转动，小刻度盘与大刻度盘偏心但轴线平行；游标盘，与支撑架连接并与所述大刻度盘同轴；游标，装于游标盘上并贴合在大刻度盘上；载物台，与支撑架连接并位于游标盘中心正上方；所述大刻度盘与游标盘可相对转动；小刻度盘与大刻度盘或游标盘之间设有第一锁固装置；锁固所述第一锁固装置，转动所述小刻度盘可带动所述大刻度盘或游标盘同步转动；载物台的水平度可调节或者不可调节，载物台的高度可调节或者不可调节，载物台可相对于所述支撑架转动或者不可转动，小刻度盘的高度可调节或者不可调节；所述转动指在外力作用下以所述大刻度盘的轴心为中心轴的旋转运动。
6.特别的，所述游标有两个，两个游标沿圆周方向间隔180
°
。
7.可选的，所述小刻度盘顶部同轴设有定位直杆。定位直杆主要用到测量光学元件在对称性光源入射时，其出射光的出射角度，通过光线对定位直杆的投影便于测量出光线方向的变化角度。
8.其中，实现所述大刻度盘与游标盘可相对转动的方式有以下三种：方式一、大刻度盘可相对于所述支撑架转动，游标盘不可相对于所述支撑架转动，大刻度盘与支撑架之间有第二锁固装置；方式二、大刻度盘可相对于所述支撑架转动，游标盘可相对于所述支撑架转动，大刻度盘与支撑架之间有第二锁固装置，游标盘与支撑架之间有第三锁固装置；方式三、大刻度盘不可相对于所述支撑架转动，游标盘可相对于所述支撑架转动，游标盘与支撑架之间有第三锁固装置。
9.可选的，所述大刻度盘为环形，所述游标盘为圆盘形并位于大刻度盘内围，所述游标固定装于游标盘边缘；或者所述游标盘为环形，所述大刻度盘为圆盘形并位于游标盘内围。
10.可选的，支撑架包括底座和轴，所述大刻度盘与轴同轴；所述轴上转动安装有第一轴套，所述大刻度盘与第一轴套固接，第一轴套与轴之间设有第二锁固装置；第一轴套上转动安装有第二轴套，小刻度盘通过连接杆与第二轴套固接，所述第一锁固装置设于第二轴套与第一轴套之间；或者，所述轴上转动安装有第一轴套，所述游标盘与第一轴套固接，第一轴套与轴之间设有第三锁固装置；第一轴套上转动安装有第二轴套，小刻度盘通过连接杆与第二轴套固接，所述第一锁固装置设于第二轴套与第一轴套之间；或者，所述轴上转动安装有第一轴套和第三轴套，所述大刻度盘与第一轴套固接，第一轴套与轴之间设有第二锁固装置；所述游标盘与第三轴套固接，第三轴套与轴之间设有第三锁固装置；第一轴套或第三轴套上转动安装有第二轴套，小刻度盘通过连接杆与第二轴套固接，所述第一锁固装置设于第二轴套与第一轴套或第三轴套之间；或者，所述轴上转动安装有第一轴套，所述大刻度盘与第一轴套固接，大刻度盘上装有滑块，滑块可进行所述转动，小刻度盘与滑块固接，第一锁固装置设于滑块与大刻度盘之间；或者，所述轴上转动安装有第一轴套，所述游标盘与第一轴套固接，游标盘上装有滑块，滑块可进行所述转动，小刻度盘与滑块固接，第一锁固装置设于滑块与游标盘之间。
11.特别的，载物台装于轴顶部。
12.可选的，载物台包括可调节台和固定台，固定台与支撑架固接，可调节台置于固定台上，固定台上沿圆周方向间隔装有至少三个竖向螺钉，旋拧所述竖向螺钉可使竖向螺钉从下往上顶住所述可调节台。
13.可选的，光学元件视角测量用双刻度盘测量装置还包括光源安装部件，光源安装部件与或者不与支架固接，光源安装部件有光源放置位，所述光源放置位在大刻度盘外侧。
14.本技术提供的光学元件视角测量方法，包括以下步骤：s1，将光源置于大刻度盘外侧，将待测光学元件置于大刻度盘正上方，使光源、测光学元件在同一水平线l1上；s2，以大刻度盘的轴线为中心沿圆周方向移动小刻度盘，使小刻度盘中心轴线与大刻度盘中心轴线的垂直连接线l2与水平线l1垂直；通过游标读取此时大刻度盘刻度，记为；如果有两个游标，通过两个游标分别读取此时大刻度盘的刻度，记为，；同时记录下垂直连接线l2正对小刻度盘2上的刻度，记
为；s3，以大刻度盘的轴线为中心沿圆周方向继续移动小刻度盘，同时大刻度盘或游标盘跟着小刻度盘同步移动，当小刻度盘上出现清晰的光线投影现象时，继续移动小刻度盘使光线影经过小刻度盘的圆心时，停止移动小刻度盘；若小刻度盘顶部设有定位直杆，则当小刻度盘上刚好出现定位直杆的投影时，停止移动小刻度盘；通过游标4读取此时大刻度盘1刻度，记为；如果有两个游标，通过两个游标4分别读取此时大刻度盘1刻度，记为，；同时记录下光线投影与小刻度盘2相叠处小刻度盘2上的刻度，记为；采用以下公式计算得到待测光学元件的视角；，上式中，；若只有一个游标，则；若有两个游标，则。
15.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术通过游标与大刻度盘的刻度读取小刻度盘在圆周方向的运动角度；通过光线在小刻度盘上的变化测量出光线方向的变化角度，并以此计算出视角的大小。其结构简单，能降低成本，可用于对单一光学元件、光学元件组的有视角进行测量，通过视角这一重要参数来对光学元件或系统进行评价，可为该光学元件的应用领域提供指导和参考。
附图说明
16.此处所说明的附图用来提供对本技术实施方式的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施方式的限定。
17.图1是实施例中大刻度盘、小刻度盘和游标盘的三维图；图2是实施例一中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图；图3是实施例中水平度可调节的载物台的结构示意图；图4是实施例中光源、测光学元件在同一水平线l1上且使小刻度盘中心轴线与大刻度盘中心轴线的垂直连接线l2与水平线l1垂直时的示意图；图5是实施例中小刻度盘移动到位时的示意图；图6是实施例中的光路示意图；图7是视角与光路的几何关系图；图8是实施例二中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图；图9是实施例三中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图；图10是实施例四中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图；图11是实施例四中大刻度盘、圆环和游标的示意图；图12是实施例五中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图；图13是实施例六中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图；图14是实施例七中高度可调节的载物台的结构示意图；
图15是实施例八中光学元件视角测量用双刻度盘测量装置的结构示意图。
具体实施方式
18.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、
ꢀ“
内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.实施例一如图1所示，本实施例提供一种光学元件视角测量用双刻度盘测量装置，包括大刻度盘1、小刻度盘2、游标盘3、游标4、载物台5和支撑架7。
25.大刻度盘1与支撑架7连接，小刻度盘2与支撑架7连接并可相对于支撑架7转动，小刻度盘2与大刻度盘1偏心但轴线平行。
26.游标盘3与支撑架7连接并与大刻度盘1同轴，游标4装于游标盘3上并贴合在大刻度盘1上。
27.载物台5与支撑架7连接并位于游标盘3中心正上方。
28.大刻度盘1与游标盘3可相对转动，本实施例中大刻度盘1可相对于支撑架7转动，游标盘3不可相对于支撑架7转动，大刻度盘1与支撑架7之间有第二锁固装置72，锁固第二锁固装置72则不可转动大刻度盘1。
29.小刻度盘2与大刻度盘1之间设有第一锁固装置71；锁固第一锁固装置71，转动小刻度盘2可带动大刻度盘1同步转动；解锁第一锁固装置71，小刻度盘2可单独转动。
30.本文中的转动指在外力作用下以大刻度盘1的轴心为中心轴的旋转运动。
31.在一种可能的设计中，如图2所示，支撑架7包括底座和轴70，大刻度盘1与轴70同轴。轴70上转动安装有第一轴套701，大刻度盘1与第一轴套701固接，第一轴套701与轴70之间设有第二锁固装置72；第一轴套701上转动安装有第二轴套702，小刻度盘2通过连接杆22与第二轴套702固接，第一锁固装置71设于第二轴套702与第一轴套701之间。锁固装置可以是紧固旋钮、夹紧装置等常用锁固结构。
32.本实施例中，大刻度盘1为环形，游标盘3为圆盘形，游标盘3位于大刻度盘1内围，游标4固定装于游标盘3的边缘位置。
33.值得说明的是，游标盘3、小刻度盘2的顶面可设计为暗色，以更利于观察光线。暗色可为黑色、深褐色、深灰色等。
34.在一种可能的设计中，小刻度盘2顶部同轴设有定位直杆21。
35.在一种可能的设计中，为消除偏心误差，提高测量精度，游标4有两个，两个游标4最好沿圆周方向间隔180
°
设置。两个游标分别读取数据，分别求差，再求和后平均得到转过的角度，这样可以降低测量误差。
36.大刻度盘1、小刻度盘2以及游标4的分度值根据需要合理设置即可。在一种可能的设计中，大刻度盘1的最小分度值为30秒，游标430个分格，最小分度值为30秒/30=1秒。小刻度盘2根据工艺及精度需求，可以在0.5度或更小的精度，取决于能够在小刻度盘2上标出多少个条纹。
37.在一种可能的设计中，载物台5的水平度可调节，如图3所示，载物台5包括可调节台51和固定台52，固定台52与支撑架7固接，可调节台51置于固定台52上，固定台52上沿圆周方向间隔装有至少三个竖向螺钉704，旋拧竖向螺钉704可使竖向螺钉704从下往上顶住可调节台51。特别的，当竖向螺钉704与可调节台51的连接为接触连接时，在可调节台51底面的对应位置有适配的凹槽，以避免打滑。通过调节竖向螺钉704的伸出长度，继而实现载物台5水平度的调节。本实施例中载物台5装于轴70或游标盘3顶部。
38.本实施例以测量虹霓现象为例，对光学元件视角测量方法进行介绍，具体包括以下步骤：s1，如图4所示，将光源9置于大刻度盘1外侧，将待测光学元件8置于载物台5上，使光源9、待测光学元件8在同一水平线l1上；s2，松开第一锁固装置71，以大刻度盘1的轴线为中心沿圆周方向移动小刻度盘2，使小刻度盘2中心轴线与大刻度盘1中心轴线的垂直连接线l2与水平线l1垂直，如图4所示；此时，通过游标4读取此时大刻度盘1刻度，记为；如果有两个游标4，通过两个游标4分别读取此时大刻度盘1刻度，记为，。同时记录下垂直连接线l2正对小刻度盘2上的刻度，记为。
39.s3，松开第二锁固装置72，紧固第一锁固装置71，以大刻度盘1的轴线为中心沿圆周方向继续移动小刻度盘2，带动大刻度盘1同步移动，当小刻度盘2上出现清晰的虹霓现象时，继续移动小刻度盘2使虹或霓现象经过小刻度盘2的圆心时，停止移动小刻度盘2。若小
刻度盘2顶部设有定位直杆21时，则当小刻度盘2上刚好出现定位直杆21的投影时，停止移动小刻度盘2。
40.通过游标4读取此时大刻度盘1刻度，记为；如果有两个游标4，通过两个游标4分别读取此时大刻度盘1刻度，记为，。同时记录下虹或霓现象与小刻度盘2相叠处小刻度盘2上的刻度，记为，如图5所示。
41.如图6、图7所示，根据几何关系，可以推出，视角。
42.其中，，若只有一个游标4，则；若有两个游标4，则。
43.可选的，在一种可能的操作中，为便于后期计算，，，小刻度盘2的0
°
正对大刻度盘1的。
44.实施例二如图8所示，本实施例中大刻度盘1可相对于支撑架7转动，游标盘3可相对于支撑架7转动，大刻度盘1与支撑架7之间有第二锁固装置72，游标盘3与支撑架7之间有第三锁固装置73，锁固第三锁固装置73则游标盘3不可转动。
45.在一种可能的设计中，轴70上转动安装有第一轴套701和第三轴套703，大刻度盘1与第一轴套701固接，第一轴套701与轴70之间设有第二锁固装置72；游标盘3与第三轴套703固接，第三轴套703与轴70之间设有第三锁固装置73；第一轴套701或第三轴套703上转动安装有第二轴套702，小刻度盘2通过连接杆22与第二轴套702固接，第一锁固装置71设于第二轴套702与第一轴套701或第三轴套703之间。
46.在一种可能的设计中，载物台5与第三轴套703固接，使得载物台5与游标盘3可同步转动。
47.实施例三如图9所示，本实施例中大刻度盘1不可相对于支撑架7转动，游标盘3可相对于支撑架7转动，游标盘3与支撑架7之间有第三锁固装置73。
48.在一种可能的设计中，轴70上转动安装有第一轴套701，游标盘3与第一轴套701固接，第一轴套701与轴70之间设有第三锁固装置73；第一轴套701上转动安装有第二轴套702，小刻度盘2通过连接杆22与第二轴套702固接，第一锁固装置71设于第二轴套702与第一轴套701之间。
49.本实施例公开的光学元件视角测量方法，具体包括以下步骤：s1，将光源9置于大刻度盘1外侧，将待测光学元件8置于载物台5上，使光源9、待测光学元件8在同一水平线l1上；s2，松开第一锁固装置71，以大刻度盘1的轴线为中心沿圆周方向移动小刻度盘2，使小刻度盘2中心轴线与大刻度盘1中心轴线的垂直连接线l2与水平线l1垂直，如图4所示；此时，通过游标4读取此时大刻度盘1刻度，同时记录下垂直连接线l2正对小刻度盘2上的刻度。
50.s3，松开第二锁固装置72，紧固第一锁固装置71，以大刻度盘1的轴线为中心沿圆
周方向继续移动小刻度盘2，带动游标盘3同步移动，当出现清晰的虹霓现象时，继续移动小刻度盘2使虹或霓现象经过小刻度盘2的圆心时，停止移动小刻度盘2。若小刻度盘2顶部设有定位直杆21时，则当小刻度盘2上刚好出现定位直杆21的投影时，停止移动小刻度盘2。
51.通过游标4读取此时大刻度盘1刻度，同时记录下虹或霓现象与小刻度盘2相叠处小刻度盘2上的刻度，如图5所示。
52.实施例四本实施例中与前面三个实施例的区别在于：如图10、图11所示，本实施例中游标盘3为环形，大刻度盘1为圆盘形，大刻度盘1位于游标盘3内围。
53.在一种可能的设计中，大刻度盘1顶面为暗色。
54.实施例五为便于安装光源，如图12所示，本实施例设置了光源安装部件6，光源安装部件6与支撑架7固接或者不与支撑架7固接，光源安装部件6有光源放置位，光源放置位在大刻度盘1外侧。
55.在一种可能的设计中，当大刻度盘1与支架6固接时，光源安装部件9可直接与大刻度盘1固接。当游标盘3与支架6固接时，光源安装部件9可直接与游标盘3固接。
56.实施例六如图13所示，本实施例中载物台5通过侧连接件与支撑架7连接。
57.实施例七因测量时，小刻度盘2的顶面与待测光学元件8的中心最好在同一水平面上，所以为了适应不同尺寸的待测光学元件8，本实施例中小刻度盘2的高度可调节，或者载物台5的高度可调节。
58.实现高度调节的方式很多，例如载物台5装于伸缩调节杆上；或者小刻度盘2装于伸缩调节杆上，伸缩调节杆再与其他部件连接。
59.在一种可能的设计中，如图14所示，伸缩调节杆包括一级杆61、套在一级杆61外的二级筒62和锁紧旋钮63，锁紧旋钮63用于锁紧一级杆61外的二级筒62。
60.当载物台5装于伸缩调节杆上时，一级杆61和二级筒62中的一者与支撑架7连接，另一者与载物台5连接。
61.同理，小刻度盘2装于伸缩调节杆上，一级杆61和二级筒62中的一者与支撑架7连接，另一者与小刻度盘2连接。
62.实施例八如图15所示，本实施例中大刻度盘1可相对于支撑架7转动，大刻度盘1上装有滑块704，滑块704可转动，小刻度盘2与滑块704固接，第一锁固装置71设于滑块704与大刻度盘1之间；锁固第一锁固装置71，可锁固滑块704与大刻度盘1；反之，依然。
63.同理，在一种可能的设计中，游标盘3可相对于支撑架7转动，滑块704改为装于游标盘3上。
64.本技术主要用到测量光学元件在对称性光源入射时，其出射光的出射角度，并依次计算出视角的大小。本技术可测量单一透镜，如凸透镜，球等光学元件的视角；也可用于测量光学组合，如望远镜等光学系统的视角。
65.以上的具体实施方式，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细
说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。