CN104990692B - 一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法 - Google Patents

一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，具体步骤包括：1)利用ZEMAX软件计算待标定镜片或光学系统在不可见光工作波段下的焦面位置或者光学总长；2)使用ZEMAX多重结构模块设计附加透镜，系统的光学总长或者附加后截距总光学厚度与待标定镜片或系统的后截距等长；3)加工附加透镜，实测光学参数；4)搭建自准直光路；5)用自准直光路标定焦面。本发明提供了一种直接确定不可见光焦面方法，该方法能够适应较宽光谱范围的焦面调校光路的设计；本发明的方法结构简单，适应性强，低成本，装调方法合理可靠，可操作性强。

Description

一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法
技术领域
本发明属于光学检测领域，具体涉及一种确定不可见光透射光学系统焦面位置的方法。
背景技术
一般单纯的不可见光透射光学系统(例如近紫外和近红外波段)不与可见光消色差，例如消球差单透镜，在标定系统焦面位置的时候目前通常根据可见光焦点推算所使用的不可见光波段下的焦面位置，标定出焦面位置的误差较大，对于焦深较小、像质要求较高的光学系统，更难以满足焦面标定的要求。在具体实施的过程中还需要保证焦面组件与光轴的同心度和轴向位置度，操作难度大、效率低。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提出了一种使用附加透镜和单色可见光，利用光学设计软件ZEMAX，设计“等光学总长”调校光路，标定不可见光光学系统焦面位置的方法。
本发明的技术方案如下：
一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，具体包括如下步骤：
步骤一：利用ZEMAX软件计算加入附加透镜前的不可见光透射光学系统在不可见光工作波段下的焦面位置或者光学总长；
步骤二：使用ZEMAX多重结构模块设计附加透镜，加入附加透镜后的不可见光透射光学系统的光学总长或者附加后截距“总光学厚度”与加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的后截距等长，加入附加透镜后的不可见光透射光学系统像质不低于加入附加透镜前的不可见光透射光学系统自身的成像质量；
步骤三：加工附加透镜，实测透镜材料的光学参数，加工精度不低于加入附加透镜前的不可见光透射光学系统精度；
步骤四：搭建自准直光路，该光路由依次排列的标准平面镜、加入附加透镜前的不可见光透射光学系统、附加透镜以及干涉仪或分划板组成；
步骤五：用步骤四搭建的自准直光路标定焦面：先不装附加透镜，调校标准平面镜与加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的相对位置，然后架设附加透镜，按设计光路检测加入附加透镜后的不可见光透射光学系统的像质，调校好像质后，干涉仪的焦面即为加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的焦面，或者使用分划板结合“五角棱镜法”实测光束平行性。
进一步，步骤二中，所述ZEMAX多重结构模块所使用的多重结构优化函数可使用多重结构同时优化两个波段下附加透镜的镜面曲率、厚度以及镜间距参数。
进一步，步骤三中，所述实测透镜材料的光学参数包括折射率和阿贝数用于Zemax复算。
进一步，步骤五中，使用分划板结合“五角棱镜法”实测光束平行性时，定量测量光束的平行性，根据相应的公式得出实际的焦面分划板的离焦量，或者根据计算结果精细调整焦面组件的位置，直至达到要求。
本发明的有益效果如下：
本发明一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，提供了一种直接确定不可见光焦面方法，该方法能够适应较宽光谱范围的焦面调校光路的设计；本发明的方法结构简单，适应性强，低成本，装调方法合理可靠，可操作性强。
附图说明
图1为透镜在紫外光某一波长下的光路。
图2为透镜在使用632.8nm激光干涉仪调校焦面位置的光路。
图3为焦面调校光路的波像差结果。
图4为利用ZEMAX设计软件的多重结构模块设计变波长，优化参数设置。
图5为实际标校过程中使用的自准直光路。
图中：1、标准平面镜；2、待标定的光学元件或系统；3、附加透镜；4、焦面分划板或激光干涉仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，具体包括如下步骤：
1、ZEMAX软件计算加入附加透镜前的不可见光透射光学系统在不可见光工作波段下的焦面位置或者光学总长(见图1，椭圆圆圈)；
2、使用ZEMAX多重结构模块设计附加透镜，要求加入附加透镜后的不可见光透射光学系统的光学总长或者附加后截距“总光学厚度”与加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的后截距等长，见图1和图2圆圈标记处，另外要求加入附加透镜后的不可见光透射光学系统像质较好(像质要求不得低于加入附加透镜前的不可见光透射光学系统自身的成像质量)，如图3所示，具体多重结构优化函数参考图4；(可以使用多重结构同时优化两个波段下附加透镜的镜面曲率，厚度以及镜间距等参数)
3、加工附加透镜，要求透镜材料的光学参数实测(实测数据如折射率和阿贝数可用于Zemax复算)，加工精度不得低于加入附加透镜前的不可见光透射光学系统精度；
4、按图5所示搭建自准直光路，该光路由标准平面镜，加入附加透镜前的不可见光透射光学系统和附加透镜以及干涉仪(或分划板)组成；
5、用图5的光路标定焦面：先不装附加透镜3，调校标准平面镜1与待标定的光学元件或系统2(即加入附加透镜前的不可见光透射光学系统)的相对位置(在激光干涉仪测试波长下的焦点位置可以使用ZEMAX计算得出)，然后架设附加透镜，按设计光路检测加入附加透镜后的不可见光透射光学系统的像质，调校好像质后，干涉仪的焦面即为所需标定的光学元件或系统(即加入附加透镜前的不可见光透射光学系统)的焦面，还可以使用十字分板结合“五角棱镜法”实测光束平行性(该测量方法可定量测量光束的平行性，根据相应的公式可以得出实际的焦面分划板的离焦量，也可以根据计算结果精细调整焦面组件的位置，直至达到要求)。照射光需要加632.8nm滤光片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，具体包括如下步骤：
步骤一：利用ZEMAX软件计算加入附加透镜前的不可见光透射光学系统在不可见光工作波段下的焦面位置或者光学总长；
步骤二：使用ZEMAX多重结构模块设计附加透镜，加入附加透镜后的不可见光透射光学系统的光学总长或者附加后截距“总光学厚度”与加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的后截距等长，加入附加透镜后的不可见光透射光学系统像质不低于加入附加透镜前的不可见光透射光学系统自身的成像质量；
步骤三：加工附加透镜，实测透镜材料的光学参数，加工精度不低于加入附加透镜前的不可见光透射光学系统精度；
步骤四：搭建自准直光路，该光路由依次排列的标准平面镜、加入附加透镜前的不可见光透射光学系统、附加透镜以及干涉仪或分划板组成；
步骤五：用步骤四搭建的自准直光路标定焦面：先不装附加透镜，调校标准平面镜与加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的相对位置，然后架设附加透镜，按设计光路检测加入附加透镜后的不可见光透射光学系统的像质，调校好像质后，干涉仪的焦面即为加入附加透镜前的不可见光透射光学系统的焦面，或者使用分划板结合“五角棱镜法”实测光束平行性。
2.根据权利要求1所述的一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，其特征在于：步骤二中，所述ZEMAX多重结构模块所使用的多重结构优化函数可使用多重结构同时优化两个波段下附加透镜的镜面曲率、厚度以及镜间距参数。
3.根据权利要求1所述的一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，其特征在于：步骤三中，所述实测透镜材料的光学参数包括折射率和阿贝数，用于ZEMAX复算。
4.根据权利要求1所述的一种用附加透镜标定不可见光透射光学系统焦面的方法，其特征在于：步骤五中，使用分划板结合“五角棱镜法”实测光束平行性时，定量测量光束的平行性，根据相应的公式得出实际的焦面分划板的离焦量，或者根据计算结果精细调整焦面组件的位置，直至达到要求。
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