專利名稱：干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)的測量，特別是一種干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)的提高，對光學(xué)系統(tǒng)的要求越來越高，因而對各種光學(xué)元件的要求也越來越高，干涉檢測隨之得到不斷提高?，F(xiàn)在干涉儀的測量精度在不斷提高，并在光學(xué)裝調(diào)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
為了提高光學(xué)系統(tǒng)精度，不少專利涉及組裝光學(xué)系統(tǒng)，例如CN00130721.5，CN200420012162.9，CN99251361.8。CN00130721.5用光譜儀裝調(diào)光學(xué)系統(tǒng)，裝調(diào)過程中需要用其他波長的光，且不能確定系統(tǒng)的焦面；CN200420012162.9中包括了太多的元件，裝調(diào)人員的經(jīng)驗顯得更為重要，系統(tǒng)難以實施裝調(diào)；CN99251361.8中涉及裝調(diào)聚焦面，但還需依靠高精度機(jī)械加工，并缺乏通用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法和裝置，適用于對有限焦距的光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)和檢測，以提高待測光學(xué)系統(tǒng)的裝配精度和焦長測量精度。
為了達(dá)到上述目的及其相關(guān)目的，本發(fā)明的工作原理是將干涉儀發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)光通過被測光學(xué)系統(tǒng)后，使光反射回干涉儀。而且利用干涉儀易于在其“貓眼”位置得到干涉條紋的道理，確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)選用Fizeau激光干涉儀作為確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的檢測儀器，該干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)面與被測光學(xué)系統(tǒng)相匹配；(2)將所述的激光干涉儀發(fā)射的檢測光束入射到待測測光學(xué)系統(tǒng)，調(diào)整所述的激光干涉儀的出射光中心與待測測光學(xué)系統(tǒng)的中心重合；繼續(xù)調(diào)整待測光學(xué)系統(tǒng)使光束會聚光斑為最小；(3)在所述的待測光學(xué)系統(tǒng)后加入一個標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，使光束沿原光路返回光學(xué)系統(tǒng)，再返回所述的激光干涉儀；(4)調(diào)整所述的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，并微調(diào)待測測光學(xué)系統(tǒng)，使所述的激光干涉儀產(chǎn)生干涉條紋，并使所述的激光干涉儀測得的被測光學(xué)系統(tǒng)的離焦量為最小；(5)在所述的激光干涉儀出射光后任意一個光束聚焦點位置插入一平面反射鏡，該平面反射鏡的反射面與一調(diào)整架的基準(zhǔn)面重合，調(diào)整所述的調(diào)整架的位置，使該平面反射鏡的反射光返回所述的激光干涉儀內(nèi)，產(chǎn)生干涉條紋，并使離焦量最小，此處即為“貓眼”位置，取走所述的平面反射鏡，則所述的調(diào)整架的基準(zhǔn)面就是所述的待測光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。
一種采用激光干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的裝置，其特征在于包括一臺激光干涉儀，在該激光干涉儀的出射光路上同光軸地設(shè)有一具有基準(zhǔn)面的調(diào)整架、一塊平面反射鏡和一塊與待測光學(xué)系統(tǒng)相匹配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡，所述的平面反射鏡置于所述的調(diào)整架的基準(zhǔn)面上，所述的平面反射鏡的反射面垂直于所述的光軸。
所述的激光干涉儀發(fā)射的相干光以平行方式、或以一定的發(fā)散角、或以一定的會聚角入射到被測光學(xué)系統(tǒng)中。
所述的被測光學(xué)系統(tǒng)是折射式光學(xué)系統(tǒng)、或反射式光學(xué)系統(tǒng)、或折反射式光學(xué)系統(tǒng)。
所述的塊標(biāo)準(zhǔn)反射鏡的反射面為平面或球面。
本發(fā)明的技術(shù)效果采用本發(fā)明顯著提高了待測光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的定位精度，并且使整個系統(tǒng)的裝調(diào)精度和檢測精度得到提高。這種確定聚焦面的結(jié)構(gòu)易于實施，易于調(diào)整，有效地解決了確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的盲目性。能夠有效的提高照相物鏡、顯微鏡、投影儀物鏡、幻燈機(jī)物鏡、電影放映物鏡和其他光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)精度，精確確定其聚焦面。本發(fā)明不僅適用于光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的精確定位，而且適用于精確確定光學(xué)系統(tǒng)的焦點位置以及精確測量光學(xué)系統(tǒng)的焦長，還可以檢測出光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)情況及其殘余像差。
本發(fā)明所采用的干涉儀發(fā)射出相干光束并入射到被測光學(xué)系統(tǒng)中，具有靈敏地反映光學(xué)系統(tǒng)像差的能力。
本發(fā)明所描述的被測光學(xué)系統(tǒng)是折射式光學(xué)系統(tǒng)，或是反射式光學(xué)系統(tǒng)，或是折反射式光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)具有有限的焦距。


圖1為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置的基本工作原理圖，平面反射鏡在聚焦點位置圖2(a)和2(b)為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置實施例1結(jié)構(gòu)原理示意3(a)和3(b)為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置實施例2結(jié)構(gòu)原理示意4(a)、4(b)和4(c)為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置實施例3結(jié)構(gòu)原理示意5為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置實施例4結(jié)構(gòu)原理示意6為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置實施例5結(jié)構(gòu)原理示意7為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置實施例6結(jié)構(gòu)原理示意圖具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請參閱圖1，圖1說明了精確確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面方法和裝置的基本工作原理。由圖可見，本發(fā)明采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)選用Fizeau激光干涉儀1做為確定光學(xué)系統(tǒng)2聚焦面的檢測儀器，該干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)面與被測光學(xué)系統(tǒng)2相匹配；(2)將所述的激光干涉儀1發(fā)射的檢測光束入射到被測光學(xué)系統(tǒng)2，調(diào)整所述的激光干涉儀1的出射光中心與被測光學(xué)系統(tǒng)2的中心重合；繼續(xù)調(diào)整待測光學(xué)系統(tǒng)2，使光束會聚光斑為最小；(3)在所述的待測光學(xué)系統(tǒng)2后加入一個標(biāo)準(zhǔn)反射鏡3，使光束沿原光路返回光學(xué)系統(tǒng)2，再返回所述的激光干涉儀1；(4)調(diào)整所述的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡3，并微調(diào)被測光學(xué)系統(tǒng)2，使激光干涉儀1上產(chǎn)生干涉條紋，并使所述的激光干涉儀1測得的被測光學(xué)系統(tǒng)2的離焦量為最??；(5)在所述的激光干涉儀1出射光后任意一個光束聚焦點位置插入一平面反射鏡4，該平面反射鏡4的反射面與一調(diào)整架5的基準(zhǔn)面6重合，調(diào)整所述的調(diào)整架5的位置，使該平面反射鏡4的反射光返回所述的激光干涉儀1內(nèi)，產(chǎn)生干涉條紋，并使離焦量最小，此處即為“貓眼”位置，取走所述的平面反射鏡4，則所述的調(diào)整架5的基準(zhǔn)面6就是所述的待測光學(xué)系統(tǒng)2的聚焦面。
一種采用激光干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的裝置，其特征在于包括一臺激光干涉儀1，在該激光干涉儀1的出射光路上同光軸地設(shè)有一具有基準(zhǔn)面6的調(diào)整架5、一塊平面反射鏡4和一塊與待測光學(xué)系統(tǒng)2相匹配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡3，所述的平面反射鏡4置于所述的調(diào)整架5的基準(zhǔn)面6上，所述的平面反射鏡4的反射面垂直于所述的光軸。
所述的激光干涉儀1發(fā)射的相干光以平行方式、或以一定的發(fā)散角、或以一定的會聚角入射到被測光學(xué)系統(tǒng)2中。
所述的被測光學(xué)系統(tǒng)2是折射式光學(xué)系統(tǒng)、或反射式光學(xué)系統(tǒng)、或折反射式光學(xué)系統(tǒng)。
所述的塊標(biāo)準(zhǔn)反射鏡3的反射面為平面或球面。
從激光干涉儀1發(fā)出的相干光束7，入射到被測光學(xué)系統(tǒng)2中，并使光束會聚在光學(xué)系統(tǒng)2的聚焦面6上。在光學(xué)系統(tǒng)的出射光束后加入一個標(biāo)準(zhǔn)的球面反射鏡3，使出射光束沿原光路8反射回去，在激光干涉儀1中產(chǎn)生干涉條紋，調(diào)整光路使離焦量最小。激光干涉儀1出射光束后面的所有光束聚焦位置都可認(rèn)為是“貓眼”。在任意一個“貓眼”位置插入一個帶有基準(zhǔn)面6調(diào)整架5的平面反射鏡4，并使平面反射鏡4在調(diào)整架5的基準(zhǔn)面6上。調(diào)整調(diào)整架5，使平面反射鏡4將光束7沿光路9返回干涉儀內(nèi)，產(chǎn)生“貓眼”處的干涉條紋，并使離焦量最小。取走平面反射鏡4，則調(diào)整架的基準(zhǔn)面6就是待測光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。
圖2(a)和2(b)為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面方法和裝置的實施例1結(jié)構(gòu)原理示意圖。在圖2(a)中，從干涉儀1發(fā)出的相干光束7是平行光，入射到被測光學(xué)系統(tǒng)2中，在光學(xué)系統(tǒng)2的出射光束7后加入一個標(biāo)準(zhǔn)反射鏡3為凹面的球面反射鏡，使出射光束7沿原光路8反射回去，在激光干涉儀1中可以得到干涉條紋，調(diào)整光路使系統(tǒng)的像差最小。在圖2(b)中，在該被測光學(xué)系統(tǒng)2和標(biāo)準(zhǔn)凹面球面反射鏡3之間的“貓眼”位置插入一塊平面反射鏡4，該平面反射鏡4置于調(diào)整架5上，使所述的平面反射鏡4的反射平面與所述的基準(zhǔn)面6重合。調(diào)整調(diào)整架5，使平面反射鏡4將光束7沿光路9返回干涉儀內(nèi)，產(chǎn)生干涉條紋，并使離焦量最小。取走平面反射鏡4，則調(diào)整架的基準(zhǔn)面6就是待測光學(xué)系統(tǒng)2的聚焦面。這個聚焦面也就是光學(xué)系統(tǒng)的焦平面。通過測得光學(xué)系統(tǒng)的入瞳大小，已知標(biāo)準(zhǔn)球面波反射鏡的相對孔徑，即可得到系統(tǒng)的焦長。
圖3(a)和3(b)為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面方法和裝置的實施例2結(jié)構(gòu)原理示意圖。在圖3(a)中，會聚點在光學(xué)系統(tǒng)前焦面上。實施過程與實例1類似。只是從激光干涉儀1發(fā)出的相干光束7是會聚光，先會聚于光學(xué)系統(tǒng)2的前聚焦面上，出射光是平行光，被一個標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡14沿原光路8反射回去。該被測光學(xué)系統(tǒng)2的前聚焦面“貓眼”位置如圖3(b)中所示，在該位置上確定了光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。
圖4(a)、4(b)和4(c)為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面方法和裝置的實施例3結(jié)構(gòu)原理示意圖。在圖4(a)中，在光學(xué)系統(tǒng)前后各有一個會聚點。實施過程與實例1和實例2類似。從干涉儀1發(fā)出的相干光束7首先會聚于光學(xué)系統(tǒng)的前聚焦面，入射到被測光學(xué)系統(tǒng)2后，又會聚于后聚焦面上。在光學(xué)系統(tǒng)的出射光束后加入一個標(biāo)準(zhǔn)反射鏡3為凹面球面反射鏡，使出射光束沿原光路8反射回去。該被測光學(xué)系統(tǒng)2的后聚焦面“貓眼”位置如圖4(b)中所示，在該位置上確定了光學(xué)系統(tǒng)2的后聚焦面。在確定了后聚焦面后，還可以在該被測光學(xué)系統(tǒng)2的前聚焦面“貓眼”位置插入一個帶有基準(zhǔn)面12和調(diào)整架11的平面反射鏡10。調(diào)整調(diào)整架11，使平面反射鏡10將光束7沿光路13返回干涉儀內(nèi)，產(chǎn)生干涉條紋，并使離焦量最小。如圖4(c)中所示，在該位置上確定了光學(xué)系統(tǒng)的前聚焦面，這樣就同時確定了光學(xué)系統(tǒng)的前后兩個共軛聚焦面。
圖5為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面方法和裝置的實施例4結(jié)構(gòu)原理示意圖。在圖5中，本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡為凸面反射鏡15，這就要求在確定其聚焦面時，首先將凸面反射鏡15取走，然后在該被測光學(xué)系統(tǒng)2的后聚焦面“貓眼”位置插入一個帶有基準(zhǔn)面6調(diào)整架5的平面反射鏡4，在該位置上確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。
圖6為本發(fā)明精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面方法和裝置的實施例5結(jié)構(gòu)原理示意圖。在圖6中，本發(fā)明的被測光學(xué)系統(tǒng)是由多個系統(tǒng)組成，有多個聚焦面，如聚焦面6、聚焦面18、聚焦面19等，在聚焦面位置可插入一個帶有基準(zhǔn)面調(diào)整架的平面反射鏡，這樣就在相應(yīng)位置上確定了光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。
精確調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和確定光學(xué)系統(tǒng)的焦長圖2(a)和2(b)也可做為本發(fā)明精確調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和確定光學(xué)系統(tǒng)焦長的實施例1原理示意圖。在圖2(a)中，按照上述調(diào)整光路使測得的系統(tǒng)的像差最小，這時像差的大小表明了被測光學(xué)系統(tǒng)2裝調(diào)狀況，也體現(xiàn)了本發(fā)明的調(diào)整方法和裝置對光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)的輔助作用。在圖2(b)中，按照上述調(diào)整光路得到的聚焦面也就是被測光學(xué)系統(tǒng)的后焦面。通過測得光學(xué)系統(tǒng)的入瞳大小，即可得到系統(tǒng)的后焦長。
圖3(a)和3(b)也可做為本發(fā)明精確調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和確定光學(xué)系統(tǒng)焦長的實施例2原理示意圖。在圖3(a)中也可以通過像差得到被測光學(xué)系統(tǒng)2裝調(diào)狀況。在圖3(b)中，按照上述調(diào)整光路得到的聚焦面也就是被測光學(xué)系統(tǒng)的前焦面。通過測得光學(xué)系統(tǒng)的出瞳大小，即可得到系統(tǒng)的前焦長。
圖4(a)、4(b)和4(c)也可做為本發(fā)明精確調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和確定光學(xué)系統(tǒng)共軛距的實施例原理示意圖。按照上述圖4(a)所示調(diào)整光路，使測得的系統(tǒng)的像差最小，這時像差的大小表明了被測光學(xué)系統(tǒng)2裝調(diào)狀況。按照4(b)和4(c)調(diào)整確定了光學(xué)系統(tǒng)的前后兩個共軛聚焦面，即可測得共軛距。
圖5也可做為本發(fā)明精確調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和確定光學(xué)系統(tǒng)共軛距的實施例原理示意圖。在圖5中首先放置標(biāo)準(zhǔn)凸面反射鏡，調(diào)整光路，使測得系統(tǒng)的像差最小，這時像差的大小表明了被測光學(xué)系統(tǒng)2的裝調(diào)狀況。然后移去標(biāo)準(zhǔn)凸面反射鏡，在該被測光學(xué)系統(tǒng)2的前后聚焦面“貓眼”位置分別插入帶有基準(zhǔn)面6調(diào)整架5的平面反射鏡4，即可確定光學(xué)系統(tǒng)的共軛聚焦面。
圖6也可做為本發(fā)明精確調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)和確定光學(xué)系統(tǒng)共軛距的實施實例原理示意圖。該裝置原理同圖1類似，同圖1的不同之處在于該裝置由兩組光學(xué)系統(tǒng)2和17組成，在光路中對應(yīng)的貓眼位置6、18和19分別放置帶有基準(zhǔn)面和調(diào)整架的平面反射鏡，可以實現(xiàn)兩組共軛距的測量，并可實現(xiàn)對光學(xué)系統(tǒng)2和17裝調(diào)狀況的測試。
權(quán)利要求
1.一種采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)選用Fizeau激光干涉儀(1)做為確定光學(xué)系統(tǒng)(2)聚焦面的檢測儀器，該干涉儀的標(biāo)準(zhǔn)面與被測光學(xué)系統(tǒng)(2)相匹配；(2)將所述的激光干涉儀(1)發(fā)射的檢測光束入射到被測光學(xué)系統(tǒng)(2)，調(diào)整所述的激光干涉儀(1)的出射光中心與被測光學(xué)系統(tǒng)(2)的中心重合；繼續(xù)調(diào)整待測光學(xué)系統(tǒng)(2)，使光束會聚光斑為最??；(3)在所述的待測光學(xué)系統(tǒng)(2)后加入一個標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(3)，使光束沿原光路返回光學(xué)系統(tǒng)(2)，再返回所述的激光干涉儀(1)；(4)調(diào)整所述的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(3)，并微調(diào)被測光學(xué)系統(tǒng)(2)，使激光干涉儀(1)上產(chǎn)生干涉條紋，并使所述的激光干涉儀(1)測得的被測光學(xué)系統(tǒng)(2)的離焦量為最??；(5)在所述的激光干涉儀(1)出射光后任意一個光束聚焦點位置插入一平面反射鏡(4)，該平面反射鏡(4)的反射面與一調(diào)整架(5)的基準(zhǔn)面(6)重合，調(diào)整所述的調(diào)整架(5)的位置，使該平面反射鏡(4)的反射光返回所述的激光干涉儀(1)內(nèi)，產(chǎn)生干涉條紋，并使離焦量最小，此處即為“貓眼”位置，取走所述的平面反射鏡(4)，則所述的調(diào)整架(5)的基準(zhǔn)面(6)就是所述的待測光學(xué)系統(tǒng)(2)的聚焦面。
2.一種采用激光干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的裝置，其特征在于包括一臺激光干涉儀(1)，在該激光干涉儀(1)的出射光路上同光軸地設(shè)有一具有基準(zhǔn)面(6)的調(diào)整架(5)、一塊平面反射鏡(4)和一塊與待測光學(xué)系統(tǒng)(2)相匹配的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(3)，所述的平面反射鏡(4)置于所述的調(diào)整架(5)的基準(zhǔn)面(6)上，所述的平面反射鏡(4)的反射面垂直于所述的光軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用激光干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的裝置，其特征在于所述的激光干涉儀(1)發(fā)射的相干光以平行方式、或以一定的發(fā)散角、或以一定的會聚角入射到被測光學(xué)系統(tǒng)(2)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的裝置，其特征在于所述的被測光學(xué)系統(tǒng)(2)是折射式光學(xué)系統(tǒng)、或反射式光學(xué)系統(tǒng)、或折反射式光學(xué)系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的裝置，其特征在于所述的塊標(biāo)準(zhǔn)反射鏡(3)的反射面為平面或球面。
全文摘要
一種采用干涉儀精確確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的方法和裝置，適用于對有限焦距的光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)和檢測。本發(fā)明的工作原理是將激光干涉儀發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)光通過被測光學(xué)系統(tǒng)后，使光反射回干涉儀。而且利用干涉儀易于在其“貓眼”位置得到干涉條紋的道理，確定光學(xué)系統(tǒng)的聚焦面。由于本發(fā)明利用了激光干涉儀的檢測光，顯著提高了光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的定位精度。本發(fā)明可以實現(xiàn)照相物鏡、顯微鏡、投影儀物鏡、幻燈機(jī)物鏡、電影放映物鏡等光學(xué)系統(tǒng)的精密裝調(diào)和檢測，精確確定其聚焦面?？梢燥@著提高裝調(diào)和檢測的精度，而且易于實施，易于調(diào)整，有效地解決了確定光學(xué)系統(tǒng)聚焦面的盲目性。
文檔編號G01J3/00GK1858632SQ200610027499
公開日2006年11月8日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者曹曉君, 朱健強(qiáng), 林強(qiáng), 楊毓 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所