CN100491912C - 长焦距镜头的焦距精确测量装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长焦距镜头的焦距精确测量装置及其测量方法，其特点是该装置由强激光光源引出的激光(1)，经扩束器(2)适当扩束并成为平行光后由透镜(3)会聚，再经被测的大口径透镜(11)射出，调节第一滑板4直到被测透镜(11)的出射光为平行光，此时被测焦点(9)就应在正确位置上，焦点(9)的定位和直径大小测量由一个经过放大和定标的面阵CCD测量头(13)完成，焦距L的测量由本发明者已获中国专利权的专利01108773.0《大尺寸零件无导轨测量仪》完成。本发明可不用巨型、昂贵的准直光管，采用反向工作的方法，让被测透镜本身成为平行光管的物镜，由一个面阵CCD测量头取代传统的刀口仪寻找和测定焦点，可连续，准确测量并易于自动化。

Description

长焦距镜头的焦距精确测量装置及其测试方法

一、技术领域

本发明涉及一种长焦距镜头的焦距精确测量装置及其测试方法，属于强激光技术领域。

二、背景技术

强激光技术领域所用聚光镜头都很大，焦距也很长，近20米，一般是多路并行使用，要求空间滤波，所以焦距测量很重要。常用的仍是测量一般镜头的传统光学方法，即用准直光管产生平行光，经被测镜头聚焦后用刀口仪测焦距大小和位置，再用基线尺量出距离。因为在测量一般镜头时这种方法非常直观，所以专门的论述不多，一般在光具座的使用中提到，如《光学测试技术》北京理工大学出版社1996年。但在强激光的应用中却成了一个难题，因为镜头口径达到φ500mm，如果用传统方法则用制造工艺的原因、准直光管的长度将达到7米左右，这样的光具座必须特别，不仅昂贵，而且它本身的调校安装、使用也都很麻烦。此外刀口仪寻找焦点是很费事的，因为这种方法不能连续测量而且每一点都要人工调节，难以自动化。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种长焦距镜头的精确测量装置及其测试方法，其特点是采用反相进行，让被测透镜本身为巨型平行光管的物镜，焦点的位置和尺寸大小由一个经过放大和定标的面阵CCD测量头完成。

本发明的目的由以下技术措施实现

长焦距镜头的焦距精确测量装置由强激光光源引出的激光，经扩束器适当扩束并成为平行光后由透镜会聚，再经被测大口径透镜射出，调节到被测透镜的出射光为平行光，此时焦距点的位置就是被测焦点的正确位置，焦点的定位和直径大小由一个经过放大和定标的面阵CCD测量头完成，焦距的测量由本发明著已获中国专利权的专利01108773.0《大尺寸零件无导轨测量仪》完成。

激光光源，扩束器和透镜都固定于第一滑板上。该滑板可沿短导轨顺光轴方向往返移动调节到被测透镜的出射光为平行光。此时焦点的位置必定就是被测焦点的正确位置，用于作平行光精确判定的平行光鉴别器、其主体只是一块精度和尺寸合适的平行平晶。观察其反射光的干涉图，完全平行时应为全黑或全亮。

测量头由分光镜、衰减器和CCD组成，该测量头固定于第二滑板上并安放在上述导轨上。测量头可前后移动、寻找焦点，并测量其大小。

长焦距镜头的焦距精确测量装置的测试方法：a.光源用光纤从被测透镜将要使用的强激光源引入；b.短导轨先架设在被测透镜的焦距名义尺寸附近，再调整到对准被测透镜；c.调整第一滑板直到在平行光判别器处看到证实平行光的干涉图；d.第二滑板借助计算机找到焦点的位置、并测出形状和大小；e.使用无导轨大尺寸测量仪，通过两次对准靶镜的测距法，测出焦距L值。

本发明具有如下优点：

1、省去了重、大、昂贵的准直光管(平行光管)，采用反向工作，让被测透镜本身成为巨型平行光管的物镜，由一个经过放大和定标的面阵CCD测量头完成。因其转换环节少，测量精度更高。

2、采用面阵CCD测量头取代传统的刀口仪寻找和测定焦点、有和摄像机一样的连续测量，准确、方便，而且易于自动化。

3、本装置的光源、会聚透镜的制造精度不会给测量结果带来一次误差，进一步降低了成本。

四、附图说明

图1为长焦距镜头的焦距精确测量装置的结构原理图

1引入强激光源或同频率激光；2扩束器；3透镜；4第一滑板；5导轨；6分光镜；7衰减器；8面阵CCD；9焦点；10第二滑板；11被测透镜；12平行光判别器；13测量头；14计算机；L焦距

图2是无导轨精密测量装置结构示意图

15双纵模稳频激光；16、扩束器；17分光镜；18、19偏振片；20、21雪崩管；22角锥镜；23五棱镜；24角锥镜(靶镜)25、26功分器；27短导轨；28过零定位单元；29、30混频器；31鉴零DSP电路；32计算机

五、具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例

长焦距镜头的焦距精确测量装置如图1所示，它由强激光源引出的激光或其他同频率的激光1，经扩束器2适当扩束并成为平行光后由透镜3会聚，再经被测大口经透镜11出射。上述激光源1，扩束器2的透镜3都固定于第一滑板4上。该滑板可沿一短导轨5(例如500mm)顺光轴方向往返移动。调节到被测透镜11的出射光为平行光，此时焦点9的位置必定就是被测焦点的正确位置。平行光精确判定装置12的主体是一块精度和尺寸合适的平行平晶，观察其反射光的干涉(完全平行时应为全黑或全亮)。焦点的定位和直径大小测量由一个经过放大和定标的面承CCD测量头完成，该测量头由分光镜6、衰减器7、CCD8组成。这个测量头固定于第二滑板10上，它也安装在上述轻导轨5上，可前后移动借助计算机14寻找焦点的最小直径，此面阵CCD测量头不仅能准确找到焦点位置，并可测出大小和形状。最后，焦距L的测量由本发明者已获中国专利权的专利01108773.0《大尺寸零件无导轨测量装置》完成。该装置如图2所示，它采用双纵模热稳频He-Ne激光器15作为光源，激光器15输出偏振方向固定且偏振面相互垂直的两个频率的光波，经扩束器16扩束、准直后被分光镜17分为两部分，反射一小部分经45°安装的偏振片18使正交偏振光干涉形成拍波，由雪崩管21接收作为大尺寸参考信号，透射光经角锥镜24、22及23五棱镜23反射后，再经45°安装的偏振片19使正交偏振光干涉，由雪崩管20接收作为大尺寸测量信号。大尺寸测量信号和参考信号分别经功分器26、25至混频器29、30与鉴零DSP电路31连接，当拍波电平为0时输出节点脉冲信号送至计算机32，记录过零定位光路28的精确位置。过零定位光路28可在一短导轨27(长度不短于运动λ/2，λ为拍波波长)上运动。本装置可测出拍波波长的节点位置，不足一个拍波波长的剩余长度由分光路的干涉仪测出(因这部份属常规技术此处省略)。由此求出所测的大尺寸长度。可实现20m范围内精度为±(30+1.5×10^-6L)μm的测量。

长焦距镜头的焦距精确测量装置的测试方法：

a.光源用光纤从被测透镜将要使用的强激光源引入；

b.短导轨5先架设在被测透镜11的焦距名义尺寸附近，再调整到对准被测透镜11；

c.调整第一滑板4直到在平行光判别器12处看到证实平行光的干涉图；

d.第二滑板10借助计算机14找到焦点9的位置、并测出形状和大小；

e.使用大尺寸零件无导轨测量仪，通过两次对准锥镜24的测距法，测出焦距L值。

Claims (2)

1、长焦距镜头的焦距精确测量装置，含有大尺寸零件无导轨测量仪，其特征在于该装置由强激光光源引出的激光(1)经扩束器(2)适当扩束并成为平行光后由透镜(3)会聚，再经被测大口径透镜(11)射出，调节短导轨(5)上的第一滑板(4)直到被测透镜(11)的出射光为平行光，此时被测焦点(9)就应在正确位置上，焦点的定位和直径大小由一个经过放大和定标的面阵CCD测量头(13)完成，焦距的测量由大尺寸零件无导轨测量仪完成；其中，激光光源(1)、扩束器(2)和透镜(3)都固定于第一滑板(4)上，该滑板可沿短导轨(5)顺光轴方向往返移动调节、直到被测透镜(11)的出射光为平行光；测量头(13)由分光镜(6)、衰减器(7)和面阵CCD(8)组成，该测量头固定于第二滑板(10)上，并安放在上述短导轨(5)上，测量头(13)可前后移动借助计算机找到焦点。

2、如权利要求1所述的长焦距镜头的焦距精确测量装置的测试方法，其特征在于：

a.光源用光纤从被测透镜将要使用的强激光源引入；

b.短导轨(5)先架设在被测透镜(11)的焦距名义尺寸附近，再调整到对准被测透镜(11)；

c.调整第一滑板(4)直到在平行光判别器(12)处看到证实平行光的干涉图；

d.第二滑板(10)借助计算机(14)找到焦点(9)的位置、并测出形状和大小；

e.使用大尺寸零件无导轨测量仪，通过两次对准锥镜(24)的测距法，测出焦距L值。

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