CN103105283B - 单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，该装置包括激光器、分光镜、球面反射镜、遮光罩、平面反射镜以及探测处理系统；分光镜置于激光器的出射光路上并将入射激光分为透射光与反射光；平面反射镜置于经分光镜的透射光路上，平面反射镜将透射光反射经被测透镜透过后由分光镜反射至探测处理系统；球面反射镜置于经分光镜的反射光路上，球面反射镜将反射光反射至分光镜并由分光镜透射至探测处理系统；遮光罩置于球面反射镜与分光镜之间。本发明提供了一种可对大口径长焦距光学元件的焦距进行准确测试、测量精度高、适用范围广以及自动化程度高的单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置。

Description

单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置

技术领域

本发明属光学领域，涉及一种透镜焦距测试装置，尤其涉及单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置。

背景技术

随着神光III主机装置大科学工程的深入发展，神光III主机装置中大口径长焦距光学元件大量应用，大口径光学元件焦距的加工质量，直接影响着各部分光路的对接及对接后整个激光光束传输质量。因此，大口径长焦距光学元件焦距的测量十分重要。

目前在对大口径长焦距光学元件的焦距进行测量时，常用方法有三种：放大率法、精密测角法与自准直法。

放大率法要求使用平行光管，平行光管的有效通光口径要大于被测光学系统的通光口径，且平行光管的焦距要大于被测光学元件的2～5倍。在神光III主机装置中部分光学元件焦距已达到20m以上，研制大口径长焦距的平行光管耗时耗力，且造价十分昂贵。

精密测角法需要在被测透镜焦面上放置分划板，由经纬仪测量刻线对应的角度。神光III主机装置中，光学元件一般都工作在红外或紫外波段，且单个透镜很难成完善像，焦面位置确定困难，常规的光电经纬仪不能直接测量。

自准直法一般采用有经验的测试人员通过观测刀口上的近轴阴影图，进而确定被测透镜的焦距，此方法对测试人员的要求较高，且仅适用于可见光波段。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可对大口径长焦距光学元件的焦距进行准确测试、测量精度高、适用范围广以及自动化程度高的单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，其特殊之处在于：所述单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置包括激光器、分光镜、球面反射镜、遮光罩、平面反射镜以及探测处理系统；所述分光镜置于激光器的出射光路上并将入射激光分为透射光与反射光；所述平面反射镜置于经分光镜的透射光路上，所述平面反射镜将透射光反射经被测透镜透过后由分光镜反射至探测处理系统；所述球面反射镜置于经分光镜的反射光路上，所述球面反射镜将反射光反射至分光镜并由分光镜透射至探测处理系统；所述遮光罩置于球面反射镜与分光镜之间。

上述激光器是光纤激光器，或一般激光器经耦合将激光耦入光纤，使输出激光为光纤点源。

上述探测处理系统包括中继放大镜、用于采集经过中继放大镜后的光强信息的CCD探测器、采集控制计算机以及用于监视平面反射镜的角度信息的自准直平行光管；所述平面反射镜将透射光反射经被测透镜透过后至分光镜并由分光镜反射，与所述标准球面反射镜将反射光反射至分光镜并由分光镜透射，两波面干涉，产生干涉条纹；所述自准直平行光管以及CCD探测器分别与采集控制计算机连接。

上述探测处理系统还包括电控平移台；所述中继放大镜以及CCD探测器置于电控平移台上；所述采集控制计算机与电控平移台连接，通过电控平移台的移动，使CCD探测器采集到清晰的图像。

上述球面反射镜是在定焦时可提供标准球面波的标准球面反射镜，通过标准球面反射镜的反射，可使光纤点源成标准会聚球面波，与平面反射镜反射后经被测透镜的球面波产生干涉，可准确确定焦面，定焦精度可达到微米量级

本发明的优点是：

本发明提供了一种单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，该装置利用激光器、分光镜、自准直平行光管、平面反射镜、标准球面反射镜、中继放大镜、电控平移台和CCD探测器组合，采用自准直法与精密测角法的测焦优点相结合，准确测量焦距10米以上的透镜焦距；采用CCD探测器测试干涉条纹找焦面，优于一般自准直法中采用的刀口阴影图找焦面，焦面位置的准确性可达到微米量级，同时可测试出被测透镜的透射波前；利用自准直平行光管测试平面镜旋转角度，比精密测角法中采用测角转台精度更高，更经济；利用CCD探测器可对近红外、可见光及紫外工作波段的单光谱透镜进行测试，同时此方法也适合对光学系统焦距的测试，测量适用范围更广。采用本发明所提供的装置，被测透镜的焦距测量结果置信度高，自动化程度高，适合批量化测试，使用非常方便。

附图说明

图1是本发明所提供的大口径长焦距透镜焦距的测量装置的结构示意图；

其中：

1-激光器；2-分光镜；3-球面反射镜；4-遮光罩；5-中继放大镜；6-CCD探测器；7-电控平移台；8-采集控制计算机；9-自准直平行光管；10-平面反射镜；11-被测透镜。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，该装置包括激光器1、分光镜2、球面反射镜3、遮光罩4、平面反射镜10以及探测处理系统；分光镜2置于激光器1的出射光路上并将入射激光分为透射光以及反射光；平面反射镜10置于经分光镜2的透射光路上，平面反射镜10将透射光反射经被测透镜11透过后至分光镜2并由分光镜2反射至探测处理系统；球面反射镜3置于经分光镜2的反射光路上，球面反射镜3将反射光反射至分光镜2并由分光镜4透射至探测处理系统；遮光罩4置于球面反射镜3与分光镜2之间，球面反射镜3是标准球面反射镜。激光器1可以是光纤激光器或一般激光器经耦合将激光耦入光纤，使输出激光为光纤点源。

探测处理系统包括中继放大镜5、CCD探测器6、采集控制计算机8以及自准直平行光管9；平面反射镜10将透射光反射经被测透镜11透过后至分光镜2并由分光镜2反射与球面反射镜3将反射光反射至分光镜2，两波面干涉，产生干涉条纹；自准直平行光管9通过采集控制计算机8采集平面反射镜的旋转角度；CCD探测器6采集经过中继放大镜5后的干涉条纹。

探测处理系统还包括电控平移台7；中继放大镜5以及CCD探测器6置于电控平移台7上；采集控制计算机8与电控平移台7连接。

本发明在具体工作时，首先将被测透镜11置于分光镜2与平面反射镜10之间，开启激光器1，通过分光镜2，将激光分成两束：一束光透过分光镜2与被测透镜11，经平面反射镜10反回，再经分光镜2反射，会聚于中继放大镜5前；另一束光通过分光镜2反射，经球面反射镜3反回，经分光镜2透射，也汇聚于中继放大镜5前。通过调整平面反射镜10的姿态及被测透镜11至分光镜2的距离，直到CCD探测器6可采集到清晰的干涉条纹为止，此时，像面已调整到位。将遮光罩4移入分光镜2与球面反射镜3之间，干涉条纹消失，在水平方向旋转平面反射镜10，由自准直平行光管9监视平面反射镜10的旋转角度，同时由CCD探测器6监视光斑移动的距离，由采集控制计算机8采集平面反射镜10旋转角度信息与光斑移动距离信息，通过精密测角法计算透镜焦距。

Claims (5)

1.一种单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，包括激光器、分光镜、平面反射镜以及探测处理系统，分光镜置于激光器的出射光路上并将入射激光分为透射光以及反射光，平面反射镜置于经分光镜的透射光路上，平面反射镜将透射光反射经被测透镜透射后至分光镜并由分光镜反射至探测处理系统，其特征在于：所述单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置还包括球面反射镜以及用于在定焦面时移出光路和在测焦距时移入光路的遮光罩；所述球面反射镜置于经分光镜的反射光路上，所述球面反射镜将反射光反射至分光镜并由分光镜透射至探测处理系统；所述遮光罩置于球面反射镜与分光镜之间。

2.根据权利要求1所述的单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，其特征在于：所述探测处理系统包括中继放大镜、CCD探测器、采集控制计算机以及用于监视平面反射镜的角度信息的自准直平行光管；所述中继放大镜置于经所述平面反射镜将透射光反射经被测透镜透射后至分光镜并由分光镜反射的反射光路以及经所述球面反射镜将反射光反射至分光镜并由分光镜透射的透射光路上；所述自准直平行光管以及CCD探测器分别与采集控制计算机连接；所述CCD探测器采集经过中继放大镜后的光强信息。

3.根据权利要求2所述的单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，其特征在于：所述探测处理系统还包括电控平移台；所述中继放大镜以及CCD探测器置于电控平移台上；所述采集控制计算机与电控平移台连接。

4.根据权利要求2所述的单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，其特征在于：所述球面反射镜是在定焦时可提供标准球面波的标准球面反射镜。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的单光谱大口径长焦距透镜的焦距测量装置，其特征在于：所述激光器是光纤激光器。