CN103063414B - 一种采用对称光栅的焦距测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用对称光栅的焦距测量装置，包括在同一光轴上顺次放置的激光器、准直扩束镜、待测透镜、第一光栅、第二光栅、接收屏、成像物镜、CCD相机，其中第二光栅为对称光栅；放入待测透镜前，激光器发出的激光经过准直扩束镜形成准直光，入射到待测透镜上，再经第一光栅，在第二光栅处形成泰伯像，与第二光栅叠加得到莫尔条纹，形成的莫尔条纹被接收屏接收，再经过成像物镜成像于CCD相机，此时接收到的图像记为莫尔条纹L1，放入待测透镜后接收到的图像记为莫尔条纹L2，计算莫尔条纹L1与莫尔条纹L2的夹角就可以得到被测系统的焦距。本发明结构简单、精度高、易于实现，可以用于长焦距系统的精确测量。

Description

一种采用对称光栅的焦距测量装置
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，特别是一种采用对称光栅的焦距测量装置。
背景技术
在光学、天文和军事领域，长焦距透镜是非常关键的基础部件，发挥着越来越重要的作用，而且所需的焦距越来越长，口径越来越大。在大型系统中，比如国家点火装置，长焦距透镜是关键的聚光元件，这些透镜的焦距长达四十米。长焦距透镜的使用需要相应的检测技术，目前对长焦距光学系统焦距的测量主要有传统测量方法和泰伯莫尔法。传统测量方法在测量焦距较小光学元件时方便而且精度高，但对于长焦距光学元件其需要复杂的光学系统和严格的测量环境；用泰伯莫尔法测长焦距，泰伯干涉仪是其关键部件，其中两块光栅都是采用直线型的朗奇光栅，测量焦距前要标定栅线夹角，标定方法复杂且精度有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作过程简单、测量结果精度高的采用对称光栅的焦距测量装置。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种采用对称光栅的焦距测量装置，包括在同一光轴上顺次放置的激光器1、准直扩束镜2、待测透镜3、第一光栅4、第二光栅5、接收屏6、成像物镜7、CCD相机8，其中第二光栅5为对称光栅；激光器1发出的激光经过准直扩束镜2形成准直光，入射到待测透镜3上，再经第一光栅4，在第二光栅5处形成泰伯像，与第二光栅5叠加得到莫尔条纹，形成的莫尔条纹被接收屏6接收，莫尔条纹再经过成像物镜7成像于CCD相机8。
本发明采用对称光栅的焦距测量装置，所述的激光器1为光纤导出的激光器，第二光栅5采用对称光栅。
一种基于采用对称光栅的焦距测量装置的焦距测量方法，包括以下步骤：
步骤一：由激光器1发出的激光由光纤导出，经过准直扩束镜2形成准直光束，通过光阑调节光束的口径；
步骤二：待测透镜3未放入时，通过观察CCD相机8采集到的莫尔条纹L1，采集到的条纹分为对称的两个部分，分别位于两个视场中，如果两个视场的莫尔条纹数量相等，则说明第二光栅5的中心线与第一光栅4的栅线平行，如果两个视场中莫尔条纹数量不等，则微调第二光栅5的角度使得两个视场中莫尔条纹数量相等；
步骤三：放入待测透镜3，然后通过CCD相机8采集莫尔条纹记为L2；步骤四：通过傅里叶变换频谱法求出莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角即可求得被测系统的焦距f：
式中s是待测透镜3与第一光栅4的距离；d为第一光栅4与第二光栅5的间距；θ为第一光栅4的栅线与第二光栅5的栅线之间的夹角。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
(1)本发明使用对称光栅，可以直接根据两个视场中采集的条纹判断栅线角度，测量前不需要对光栅夹角进行标定，使测量简单；
(2)本发明使用对称光栅，采集到的莫尔条纹分别在两个视场中，且两个视场中的莫尔条纹数量相同、相互对称，对条纹进行傅里叶变换处理后得到两组频谱点，分别进行处理并计算出焦距，然后取平均值，处理精度高。
附图说明
图1是本发明采用对称光栅的焦距测量装置的光路结构示意图。
图2是本发明采用对称光栅的焦距测量装置的第一光栅的结构图。
图3是本发明采用对称光栅的焦距测量装置的第二光栅的结构图。
图4是本发明采用对称光栅的焦距测量装置产生的莫尔条纹的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
结合图1，本发明一种采用对称光栅的焦距测量装置，包括在同一光轴上顺次放置的激光器1、准直扩束镜2、待测透镜3、第一光栅4、第二光栅5、接收屏6、成像物镜7、CCD相机8，其中第二光栅5为对称光栅；激光器1发出的激光经过准直扩束镜2形成准直光，入射到待测透镜3上，再经第一光栅4，在第二光栅5处形成泰伯像，与第二光栅5叠加得到莫尔条纹，形成的莫尔条纹被接收屏6接收，莫尔条纹再经过成像物镜7成像于CCD相机8。
本发明采用对称光栅的焦距测量装置，所述的激光器1为光纤导出的激光器，结合图2、图3本发明所用两个光栅的结构图，其中第二光栅5采用对称光栅。
一种基于采用对称光栅的焦距测量装置的焦距测量方法，包括以下步骤：
步骤一：由激光器1发出的激光由光纤导出，经过准直扩束镜2形成准直光束，通过光阑调节光束的口径；
步骤二：待测透镜3未放入时，入射光经过第一光栅4，在第二光栅5处形成泰伯图像，与第二光栅5叠加得到莫尔条纹L1，通过观察CCD相机8采集到的莫尔条纹L1；采集到的条纹如图4所示，分为对称的两个部分，分别位于两个视场中，条纹分界线与第一光栅4的栅线平行，莫尔条纹L1的方向是垂直于两块光栅的栅线夹角平分线；如果两个视场的莫尔条纹数量相等，则说明第二光栅5的中心线与第一光栅4的栅线平行，如果两个视场中莫尔条纹数量不等，则微调第二光栅5的角度使得两个视场中莫尔条纹数量相等；
步骤三：放入待测透镜3，然后通过CCD相机8采集莫尔条纹记为L2；
步骤四：通过傅里叶变换频谱法求出莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角即可求得被测系统的焦距f：
式中s是待测透镜3与第一光栅4的距离；d为第一光栅4与第二光栅5的间距；θ为第一光栅4的栅线与第二光栅5的栅线之间的夹角。

Claims (1)

1.一种采用对称光栅的焦距测量方法，其特征在于，包括在同一光轴上顺次放置的激光器(1)、准直扩束镜(2)、待测透镜(3)、第一光栅(4)、第二光栅(5)、接收屏(6)、成像物镜(7)、CCD相机(8)，其中第二光栅(5)为对称光栅；激光器(1)发出的激光经过准直扩束镜(2)形成准直光，入射到待测透镜(3)上，再经第一光栅(4)，在第二光栅(5)处形成泰伯像，形成的泰伯像与第二光栅(5)叠加得到莫尔条纹，形成的莫尔条纹被接收屏(6)接收，接收屏(6)将接收到的莫尔条纹经过成像物镜(7)成像于CCD相机(8)，包括以下步骤：
步骤一：由激光器(1)发出的激光由光纤导出，经过准直扩束镜(2)形成准直光束，通过光阑调节光束的口径；
步骤二：待测透镜(3)未放入时，通过观察CCD相机(8)采集到的莫尔条纹，微调第二光栅(5)的角度使得两个视场中莫尔条纹数量相等，此时采集到的莫尔条纹记为L1；
步骤三：放入待测透镜(3)，然后通过CCD相机(8)采集莫尔条纹记为L2；
步骤四：通过傅里叶变换频谱法求出莫尔条纹L1和莫尔条纹L2的夹角，即可求得被测系统的焦距f：
式中s是待测透镜(3)与第一光栅(4)的距离；d为第一光栅(4)与第二光栅(5)的间距；θ为第一光栅(4)的栅线与第二光栅(5)的栅线之间的夹角。
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