CN103063413A - 基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置 - Google Patents

基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，包括激光器、非球面准直物镜、一面增透一面增反透镜、平面反射镜、半反半透镜、泰伯干涉仪、成像透镜、第一CCD、对点系统和待测长焦距透镜；泰伯干涉仪包括第一光栅、第二光栅、第一散射板，对点系统包括会聚透镜、第二散射板、第二CCD；待测长焦距透镜未放入时，利用对点系统调整系统光轴一致；然后将第一CCD采集到的莫尔条纹L1输入到计算机；放入待测长焦距透镜，再次通过第一CCD采集包含焦距信息的莫尔条纹L2并输入到计算机；利用计算机求得莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角
Figure DDA00002642900000011
进而求得待测透镜的焦距f。本装置设计有对点系统，确保系统光轴的一致性，可以实现高精度的长焦距测量。

Description

基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置
技术领域
本发明涉及光学元件和光学系统的焦距测量领域，特别是一种基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置。
背景技术
目前对长焦距光学元件和光学系统焦距的测量主要有传统测量方法和泰伯-莫尔条纹法两种。传统测量方法在测量焦距较小的光学元件时方便而且精度高，但对于长焦距光学元件，这些方法需要复杂的光学系统和严格的测量环境。基于泰伯-莫尔条纹技术测长焦距是一种精确度比较高的测量方法，该方法测量装置中的光源系统、泰伯干涉仪和图像采集系统是通常采用分体式结构，不便于现场测量；有的测量装置把光源系统和泰伯干涉仪整合为一体，但其无对点装置，使得测量过程比较复杂、操作繁琐、不便于携带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量范围广、测量精度高、使用方便、便于携带的基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，包括激光器1、非球面准直物镜2、一面增透一面增反透镜3、平面反射镜4、半反半透镜5、第一光栅6、第二光栅7、第一散射板8、成像透镜9、第一CCD10、会聚透镜11、第二散射板12、第二CCD13和待测长焦距透镜14；激光器1发出的光经过非球面准直物镜2后形成准直激光光束，入射到一面增透一面增反透镜3镀有增透膜的一面并完全透射，透射光经过待测长焦距透镜14，被平面反射镜4反射回来再次经过待测长焦距透镜14，入射到一面增透一面增反透镜3镀有增反膜的一面并被完全反射到半透半反透镜5上，出射光分成透射光束和反射光束两路：其中反射光束入射到第一光栅6、第二光栅7，在第一散射板8上形成莫尔条纹，成像透镜9把散射板8上的莫尔条纹成像在第一CCD10；透射光束入射到聚透镜11，并会聚光斑到散射板12上，把散射板12上的光斑成像在第二CCD13。
本发明基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，所述的激光器1发出的光波为球面波，非球面准直物镜2采用双波长非球面单透镜，即在一块平凸透镜的基础上，根据消球差要求把平面修磨抛光成非球面。
本发明基于权利要求1所述泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤一：由激光器1产生一束激光光束，经非球面准直物镜2后出射准直激光光束，通过光阑调节光束的口径；
步骤二：待测长焦距透镜14未放入时，通过观察第二CCD13采集到的光斑图像，调整使系统光轴一致，然后将第一CCD10采集到的莫尔条纹L1输入到计算机；
步骤三：放入待测长焦距透镜14，准直光束两次经过待测长焦距透镜14，出射后的光束包含待测长焦距透镜14的焦距信息，通过第一CCD10采集包含焦距信息的莫尔条纹L2并输入到计算机；
步骤四：利用计算机求得莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角
Figure BDA00002642899800021
进而求得待测透镜的焦距f，计算公式为：
其中d为第一光栅6和第二光栅7间的距离，θ为第一光栅6的栅线与第二光栅7的栅线之间的夹角，S为待测长焦距透镜14到第一光栅6的距离。
本发明基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置的测量方法，其特征在于：步骤二中所述的调整使系统光轴一致，具体为：通过观察第二CCD13采集到的光斑图像，判断光斑是否在图像十字中心，若在图像十字中心则系统光轴一致性良好；若不在图像十字中心，则调整平面反射镜4的角度，调整范围-10°～10°，保证光斑在图像十字中心。
本发明与现有技术相比，其显著优势在于：
(1)本装置通过反射镜调整光路，使系统光源、泰伯干涉仪和图像采集系统位于待测系统的同侧，即它们安装在同一个光学平板上，实现系统一体化；
(2)本装置设计有对点系统，确保系统光轴的一致性，提高装置的测量精度；
(3)本装置的测量过程更加简易、操作方便、便于携带。
附图说明
图1是本发明一种基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置的结构示意图。
图2是本发明一种基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置采集到的莫尔条纹L1。
图3是本发明一种基于泰伯-莫尔技术的一体化长焦距测量装置采集到的莫尔条纹L2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
结合图1，本发明基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，包括激光器1、非球面准直物镜2、一面增透一面增反透镜3、平面反射镜4、半反半透镜5、第一光栅6、第二光栅7、第一散射板8、成像透镜9、第一CCD10、会聚透镜11、第二散射板12、第二CCD13和待测长焦距透镜14；激光器1发出的光经过非球面准直物镜2后形成准直激光光束，入射到一面增透一面增反透镜3镀有增透膜的一面并完全透射，透射光经过待测长焦距透镜14，被平面反射镜4反射回来再次经过待测长焦距透镜14，入射到一面增透一面增反透镜3镀有增反膜的一面并被完全反射到半透半反透镜5上，出射光分成透射光束和反射光束两路：其中反射光束入射到第一光栅6、第二光栅7，在第一散射板8上形成莫尔条纹，成像透镜9把散射板8上的莫尔条纹成像在第一CCD10；透射光束入射到聚透镜11，并会聚光斑到散射板12上，把散射板12上的光斑成像在第二CCD13。
本发明基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，所述激光器1位于非球面准直物镜2之前，它们的位置根据激光器出射光束的性能决定；所述的激光器1发出的光波为球面波，非球面准直物镜2采用双波长非球面单透镜，即在一块平凸透镜的基础上，根据消球差要求把平面修磨抛光成非球面。
本发明基于所述泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤一：由激光器1产生一束激光光束，经非球面准直物镜2后出射准直激光光束，通过光阑调节光束的口径；
步骤二：待测长焦距透镜14未放入时，通过观察第二CCD13采集到的光斑图像，调整使系统光轴一致，然后将第一CCD10采集到的莫尔条纹L1输入到计算机；
步骤三：放入待测长焦距透镜14，准直光束两次经过待测长焦距透镜14，出射后的光束包含待测长焦距透镜14的焦距信息，通过第一CCD10采集包含焦距信息的莫尔条纹L2并输入到计算机；
步骤四：利用计算机求得莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角
Figure BDA00002642899800041
进而求得待测透镜的焦距f，计算公式为：
Figure BDA00002642899800042
其中d为第一光栅6和第二光栅7间的距离，θ为第一光栅6的栅线与第二光栅7的栅线之间的夹角，S为待测长焦距透镜14到第一光栅6的距离。
步骤二中所述的调整使系统光轴一致，具体为：通过观察第二CCD13采集到的光斑图像，判断光斑是否在图像十字中心，若在图像十字中心则系统光轴一致性良好；若不在图像十字中心，则调整平面反射镜4的角度，调整范围-10°～10°，保证光斑在图像十字中心。
泰伯干涉仪主要包括第一光栅6、第二光栅7、第一散射板8，其工作过程为：光束经过第一光栅6在其后一定距离处产生第一光栅6的自成像，第二光栅7位于其自成像处，第一散射板8紧靠在第二光栅7处，第一光栅6的自成像和第二光栅7的栅线叠加在散射板上形成莫尔条纹。
对点系统包括会聚透镜11、第二散射板12、第二CCD13，其工作过程为：光束到达会聚透镜11，会聚光斑到第二散射板12上，通过第二CCD13采集图像，判断光斑是否在图像十字中心，若在图像十字中心则系统光轴一致性良好；若不在图像十字中心，则通过调整平面反射镜4保证光斑在图像十字中心。
结合图2、图3，基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置的操作过程为：待测长焦距透镜14未放入时，利用对点系统调整系统光轴一致；然后将第一CCD10采集到的莫尔条纹L1输入到计算机，如图2；放入待测长焦距透镜14，再次通过第一CCD10采集包含焦距信息的莫尔条纹L2并输入到计算机，如图3；利用计算机求得莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角
Figure BDA00002642899800043
进而求得待测透镜的焦距f，计算公式为：
Figure BDA00002642899800044
其中d为第一光栅6和第二光栅7间的距离，θ为第一光栅6的栅线与第二光栅7的栅线之间的夹角，S为待测长焦距透镜14到第一光栅6的距离。即可得到待测系统的焦距值。
本装置通过平面反射镜4调整光路，使系统光源、泰伯干涉仪和图像采集系统位于待测系统的同侧，即它们安装在同一个光学平板上，实现系统一体化；设计有对点系统，确保系统光轴的一致性，提高装置的测量精度；测量过程简易、操作方便、便于携带。

Claims (4)

1.一种基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，其特征在于包括激光器(1)、非球面准直物镜(2)、一面增透一面增反透镜(3)、平面反射镜(4)、半反半透镜(5)、第一光栅(6)、第二光栅(7)、第一散射板(8)、成像透镜(9)、第一CCD(10)、会聚透镜(11)、第二散射板(12)、第二CCD(13)和待测长焦距透镜(14)；激光器(1)发出的光经过非球面准直物镜(2)后形成准直激光光束，入射到一面增透一面增反透镜(3)镀有增透膜的一面并完全透射，透射光经过待测长焦距透镜(14)，被平面反射镜(4)反射回来再次经过待测长焦距透镜(14)，入射到一面增透一面增反透镜(3)镀有增反膜的一面并被完全反射到半透半反透镜(5)上，出射光分成透射光束和反射光束两路：其中反射光束入射到第一光栅(6)、第二光栅(7)，在第一散射板(8)上形成莫尔条纹，成像透镜(9)把散射板(8)上的莫尔条纹成像在第一CCD(10)；透射光束入射到聚透镜(11)，并会聚光斑到散射板(12)上，把散射板(12)上的光斑成像在第二CCD(13)。
2.根据权利要求1所述的基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置，其特征在于所述的激光器(1)发出的光波为球面波，非球面准直物镜(2)采用双波长非球面单透镜，即在一块平凸透镜的基础上，根据消球差要求把平面修磨抛光成非球面。
3.一种基于权利要求1所述泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：由激光器(1)产生一束激光光束，经非球面准直物镜(2)后出射准直激光光束，通过光阑调节光束的口径；
步骤二：待测长焦距透镜(14)未放入时，通过观察第二CCD(13)采集到的光斑图像，调整使系统光轴一致，然后将第一CCD(10)采集到的莫尔条纹L1输入到计算机；
步骤三：放入待测长焦距透镜(14)，准直光束两次经过待测长焦距透镜(14)，出射后的光束包含待测长焦距透镜(14)的焦距信息，通过第一CCD(10)采集包含焦距信息的莫尔条纹L2并输入到计算机；
步骤四：利用计算机求得莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角
Figure FDA00002642899700011
进而求得待测透镜的焦距f，计算公式为：
Figure FDA00002642899700012
其中d为第一光栅(6)和第二光栅(7)间的距离，θ为第一光栅(6)的栅线与第二光栅(7)的栅线之间的夹角，S为待测长焦距透镜(14)到第一光栅(6)的距离。
4.根据权利要求3所述的基于泰伯-莫尔条纹技术的一体化长焦距测量装置的测量方法，其特征在于步骤二中所述的调整使系统光轴一致，具体为：通过观察第二CCD(13)采集到的光斑图像，判断光斑是否在图像十字中心，若在图像十字中心则系统光轴一致性良好；若不在图像十字中心，则调整平面反射镜(4)的角度，调整范围-10°～10°，保证光斑在图像十字中心。
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